1. 语音模数转换实验

实验一语音模数转换实验一、实验目的了解模拟/数字,数字/模拟信号的转换过程；了解PCM的编译码原理；通过观测A/D、D/A波形，加深对模数转换的理解。二、实验内容.观测A/D转换前后及D/A转换前后的波形；.通过改变输入模拟信号，观测A/D波形的变换。三、实验原理1．模数转换的基本原理在现代数字通信系统中，传输的信号都是数字信号，而我们通信的主要业务——语音是模拟信号，要想在数字通信的网络中传输，必须进行信号的模数转换，将模拟信号转换为数字信号。在现代通信系统中以为代表的编码调制技术被广泛应用于模拟信号的数字传输。的主要优点是：抗干扰能力强；失真小；传输特性稳定，尤其是远距离信号再生中继时噪声不累积，而且可以采用压缩编码、纠错编码和保密编码等来提高系统的有效性、可靠性和保密性。另外，还可以在一个信道上将多路信号进行时分复用传输。脉冲编码调制（）是把模拟信号变换为数字信号的一种调制方式，其最大的特点是把连续输入的模拟信号变换为在时间和振幅上都离散的量，然后将其转化为代码形式传输。编码通过抽样、量化、编码三个步骤将连续变化的模拟信号转换为数字编码。为便于用数字电路实现，其量化电平数一般为2的整数次幂，有利于采用二进制编码表示。采用均匀量化时，其抗噪声性能与量化级数有关，每增加一位编码，其信噪比增加约，但实现的电路复杂程度也随之增加，占用带宽也越宽。因此实际采用的量化方式多为非均匀量化，通常使用信号压缩与扩张技术来实现非均匀量化。在保持信号固有的动态范围前提下，在量化前将小信号进行放大而对大信号进行压缩。通常的压缩方法有折线A律和p律两种标准，国际通信中多采用A律。采用信号压缩后，用位编码实际可以表示均匀量化位编码时才能表示的动态范围，能有效提高小信号时的信噪比。图示为脉冲编码调制的原理框图。*抽样—*抽样—量化一编码A/D变换（1）抽样定理及其应用低通信号均匀抽样定理：一个频带限制在到f以内的低通信号，如果以f>2f的xsx抽样速率进行均匀抽样，则x(t)可以由抽样后的信号x(t)完全地确定指x(t)包含有x(t)ss的成分，可以通过适当地理想低通滤波器不失真地恢复x(t)］而最小抽样速率f=2f称sx为奈奎斯特速率，(称为奈奎斯特间隔。x(2)量化量化的过程是指模拟信号f(t)按照适当抽样速率f进行均匀抽样，抽样周期T=1/f。sss第k个抽样值为f(kT)。抽样值在量化时转换为Q个规定电平m、m、・…、m中的一个。s12n量化后的信号是对原来信号的近似。当抽样速率一定时，量化级数目增加和量化电平选择适当，可以使与f(t)近似程度提高。量化过程分为均匀量化和非均匀量化。在均匀量化中，量化噪声与信号电平大小无关。量化误差的最大瞬时值等于量化阶距的一半。所以信号电平越低，信噪比越小。当信号的振幅动态范围越宽，需要的量化电平数就越多。为了克服均匀量化的缺点，需要量化阶距跟随输入信号电平的大小而改变。在低电平时分层细一些，用小的量化阶去近似，对大信号则用大的量化阶去近似。这样就使输入信号与量化噪声之比在小信号到大信号的整个范围内基本一致。因此，就要使用压扩技术来实现非均匀量化。(3)编码信号经过抽样、量化以后成为可以编码的量化信号。量化信号经过模/数变换可以转换成各种各样的编码信号，然后就可以将它们送到信道中去传输，这就是基带信号。代码的形式通常采用二进制，而多进制代码只是用在线路的信噪比较好，可以利用的频带比较窄的情形。(4)数模转换数模转换为模数的反过程，通过将模数转换的数据通过内插和低通滤波来完成。2和转换芯片在语音变换实验中，我们采用了公司的芯片一。具有线性和转换功能，采样频率为〜，可以编程控制，采样字长为位。具有大信噪比、输入输出增益可编程控制、低工作电压〜，并且一片两用的特点，是一种很受欢迎的芯片。AD公司的AD73311用起来非常灵活，内部有五个控制寄存器(CRA,CRB,CRC,CRD,CRE),工作时先对其进行一些必要的参数设置。前两个控制寄存器(CRA和CRB)是用来进行参数设置的，例如设置内部计数器、序列时钟分频率和主时钟分频率。其他三个寄存器用来设置模数、数模控制以及设备的电源控制等。这些寄存器的配置是由和AD73311直接相连的语音压缩芯片AMBE2000来自动完成的。AD73311的主时钟频率是16.384MHZ,采样频率是经过主时钟分频得到的，是AD73311的输出信号。A/D转换电路如图4-3所示。

16.3g4MHi15714MCLKSCLK1916AD73311AVDD1AVDD2DVDDSD1SDUVOUTPVOUTN47nF1III16.3g4MHi15714MCLKSCLK1916AD73311AVDD1AVDD2DVDDSD1SDUVOUTPVOUTN47nF1III—-U1串口使能20SDIFSSDOFSVINPVINNHP47木100Q10SEAGND1REFOUTAGND2REFCAP，YD73311■电『电路设计o10kQ4.7kQ-CZJ-47nF侬6100H尸MIC模拟语音信号通过麦克分成采样量化和编码，通过口可以接收数字化后的语音信到达3拟输入端口，经过内部的转换，完应的声音。其中端口串行数字输出，每个采样点比特，同时芯片的端号，进行转换，通过端口，到达喇叭。可以听到相分别为发送和接收数据的帧同步信号。四、实验步骤1将给实验箱加电，通过键盘和液晶选择“菜单”中的“二语音变换”。2将在语音变换实验中选择“1将语音模数变换”。按下2的按下2的0复0位0按钮，对2进0行0复0位。通过测试点观测中和变换的时钟输出，为4通过测试点观测73中3数1字1输出和输入的帧同步信号。通过测试点观测的转换后的数字输出信号。通过测试点观测的转换前的数字输入信号。通过测试点观测0改2变输出信号的幅度。完成转换后的模拟信号，可以通过调节面板上的将K501拨到“SIN”，将输入的模拟信号设置为可以观测到输入给的正弦信号，通过测试点的模拟信号。调节面板上的，可以改变输入信号的幅度。五．实验操作与结果CH1连接至UTP501；CH2连接至CH1连接至UTP501；CH2连接至UTP506；按下示波器的“AUTO”键；分别将CH1和CH2的电压档设为“200mV”，时间档设为“200us”；将CH1向移动，CH2向下移动。调节面板上的W501和W502,分别将TP501和TP506信号的幅度调整到300mV和500mV左右。按“RUN/STOP”键停止波形采样。CH1为输入的模拟2KHz正弦波，CH2为输出恢复信号，可以看到恢复波形比原始波形质量变差了。如图2-1-TP501~TP506。OCHIf111OCHIf111I'I■■■I203mUTime200-Sus0>0.0000e(8)CH1连接到TP502,CH2连接到TP503,电压档设置保持为“2.0V”，时间档设为“5us”。可以打开测量功能，测量CH1和CH2的频率。可以观测到时钟波形和帧同步波形，时钟信号的频率为1.048MHz(示波器测试不精确显示为1.053MHz)，帧同步信号的频率为32KHz。波形如图2-1-TP502~TP503。

（9）CH1连接到TP502,CH2连接到TP504,电压档设置保持为“2.0V”，时间档设为“5us”。可以打开测量功能，测量CH1的频率。可以观测到时钟波形和A/D转换后的数字输出信号波形，时钟信号的频率为1.048MHz（示波器测试不精确显示为1.000MHz）。波形如图2-1-TP502~TP504。（1）CH1连接到TP502,CH2连接到TP505，电压档设置保持为“2.0V”，时间档设为“5us”。可以打开测量功能，测量CH1的频率。可以观测到时钟波形和D/A转换前的数字输入信号波形，时钟信号的频率为1.048MHz（示波器测试不精确显示为1.053MHz）。波形如图2-1-TP502~TP505。注意，由于延时D/A转换前的数字信号和（9）中的A/D转换后的数字信号不是同一个时刻的信号，所以波形不同。1rtVfcMiFreq<l>=l.S53riH3Fre^<2>=42.64kHa：^—■faidL.1-*—-J__a___iPk_di_•t__L^_l__itd_J»■■li♦J■…>~~・r[lh1j.00U阊：藤用2-00UTime5