試驗2PCM試驗

1、實驗2PC陋驗實驗2 PCM編譯碼實驗-、實驗?zāi)康?,理解PCM編譯碼原理及PCM編譯碼性能；2,熟習(xí)PCM編譯碼專用集成芯片的功能和使用方法及各樣時鐘間的關(guān)系；3,熟習(xí)語音數(shù)字化技術(shù)的主要指標及丈量方法。:、實驗原理.抽樣信號的量化原理模擬信號抽樣后變?yōu)樵跁r間隔散的信號后，一定經(jīng)過度化才成為數(shù)字信號。模擬信號的量化分為均勻量化和非均勻量化兩種。把輸入模擬信號的取值域按等距離切割的量化就稱為均勻量化，每個量化區(qū)間的量化電平fl號實際二堂化誤差W 弋 一r母星化值45均取在各區(qū)間的中點，以下列圖所示。圖2-1均勻量化過程表示圖均勻量化的主要弊端是不論抽樣值大小怎樣，量化噪聲的均方根值都固定不變。

2、所以，當信號m( t )較小時，則信號量化噪聲功率比也很小。這樣，關(guān)于弱信號時的量化信噪比就難以達到給定的要求。往常把知足信噪比要求的輸入信號取值范圍定義為動向范圍，那么，均勻量化時的信號動向范圍將遇到較大的限制。為了戰(zhàn)勝這個弊端，實質(zhì)中常常采納非均勻量化的方法。非均勻量化是依據(jù)信號的不一樣區(qū)間來確立量化間隔的。關(guān)于信號取值小的區(qū)間，其量化間隔Dv也??；反之，量化間隔就大。非均勻量化與均勻量化對比，有兩個突出的長處：首先，當輸入量化器的信號擁有非均勻散布的概率密度(實質(zhì)中常常是這樣)時，非均勻量化器實驗2PC陋驗的均方善了小信號時的輸出端能夠獲取較高的均勻信號量化噪聲功率比；其次，非均勻量化時

3、，量化噪聲功率根值基本上與信號抽樣值成比率，所以量化噪聲對大、小信號的影響大概同樣，即改 的信噪比。非均勻量化的實質(zhì)過程往常是將抽樣值壓縮后再進行均勻量化。此刻寬泛采納兩種對數(shù)實驗2PC陋驗壓縮，美國采納 壓縮律，我國和歐洲各國均采納 A壓縮律。本實驗中PCM編碼方式也是采納 A壓縮律。A律壓擴特征是連續(xù)曲線，實質(zhì)中常常都采納近似于 A律函數(shù)規(guī)律的13折線（A=）的壓擴特征。這樣，它基本保持連續(xù)壓擴特征曲線的長處，又便于用數(shù)字電路來實現(xiàn)，以下列圖所示圖2-2 13折線特征XX表2-1列出了 13折線時的值與計算得的值的比較。表2-1 A律和13折線比較y0123456718888888X011

4、111111128按折線分段的X011111111128643216842段落12345678斜率161684211124見，13折線各段落的分界點與A表中第二行的x值是依據(jù) A計算獲取的，第三行的 x值是13折線分段時的值?？汕€十分迫近，同時x按2的哥次切割有益于數(shù)字化。.脈沖編碼調(diào)制的基來源理實驗2PC陋驗量化后的信號是取值失散的數(shù)字信號,下一步是將這個數(shù)字信號編碼。往常把從模擬信號抽樣、量化，編碼變換成為二進制符號的基本過程，稱為脈沖編碼調(diào)制(Pulse CodeModulation , PCM)。在13折線法中，不論輸入信號是正是負，均用 8位折疊二進制碼來表示輸入信號的抽樣量化值。

5、此中，用第一位表示量化值的極性，其他七位(第二位至第八位)則表示抽樣量化值的絕對大小。詳細的做法是：用第二至第四位表示段落碼，它的8種可能狀態(tài)來分別代實驗2PC陋驗表8個段落的起點電平。其他四位表示段內(nèi)碼，它的16 種可能狀態(tài)來分別代表每一段落的16個均勻區(qū)分的量化級。這樣辦理的結(jié)果，使 8個段落被區(qū)分紅 27 = 128個量化級。段落碼和8個段落之間的關(guān)系如表 2-2 所示，段內(nèi)碼與16個量化級之間的關(guān)系見表 2-3 o上述 編碼方法是把壓縮、量化和編碼合為一體的方法。段落序號段落碼811171106101510040113 01020011000表2-2段落碼量化級段內(nèi)碼151111141

6、1101311011211001110111010109100181000701116011050101表2-3段內(nèi)碼. PCM編碼硬件實現(xiàn)達成PCM編碼的方式有多種，最常用的是采納集成電路達成PCM編譯碼，如等，集成電路的長處是電路簡單，只要幾個外頭元件和三種時鐘即可實現(xiàn)，不足是沒法展現(xiàn)編碼的中間過程，這類方法比較合適實質(zhì)通訊系統(tǒng)。另一種PCM編碼方式是用軟件來實現(xiàn)，這類方法能分別出PCM編碼的中間過程，如：帶限、抽樣、量化、編碼的完好過程，對學(xué)生理解PCM編碼原理很有幫助；in_,i kTP3057實現(xiàn)PCM編譯碼，原理框圖以下列圖所示實驗2PC陋驗圖2-3 PCM編譯碼框圖實驗2PC陋驗

7、集成芯片TP3057達成PCM編譯碼除了相應(yīng)的外頭電路外，主要需要3種時鐘，即：編碼時鐘MCLK、線路時鐘BCLK、幀脈沖FS。三個時鐘需有必定的時序關(guān)系，不然芯片不可以正常工作：編碼時鐘MCLK :是一個定值，2048K ;線路時鐘 BCLK:是 64K 的 n 倍，即：64K、128K、256K、512K、 1024K、2048K 幾種;幀脈沖FS:是8K,脈寬一定是BCLK的一個時鐘周期；. PCM編碼算法實現(xiàn)(1)鑒于軟件算法達成 PCM編碼，框圖以下列圖所示:圖2-4 軟件實現(xiàn) PCM編碼框圖本實驗我們采納軟件方式達成 PCM編碼、集成芯片TP3057達成PCM譯碼，目的是希望經(jīng)過

8、微辦理器和液晶能形象展現(xiàn) PCM編碼的的完好過程，即：帶限、抽樣、量化、編碼的過程，便于學(xué) 生理解PCM編碼原理。譯碼采納集成芯片 TP3057的目的是考證軟件編碼能否正確。 軟件PCM編碼原理,A在 律13折線編碼中，正負萬向共電平，所以總的量化電平數(shù)L 25616個段落，在每一個段落內(nèi)有16個均勻散布的量化編碼位數(shù) 8 ，每個樣值用 8比特代碼1 C C8來表示，分為三部分。第一位 四位碼C2 C3C4為段落碼, 個段落的開端電平值。Ci1為極性碼，用1和0分別表示信號的正、負極性。第二到第表示信號絕對值處于那個段落,3位碼可表示8個段落，代表了 8上述編碼方法是把非線性壓縮、均勻量化、編

9、碼聯(lián)合為一體的方法。在上述方法中，固然各段內(nèi)的16個量化級是均勻的，但因段落長度不等，故不一樣段落間的量化間隔是不一樣的。當輸入信號小時，段落小，量化級間隔??；當輸入信號大時，段落大，量化級間隔大。第一、二段最短，歸-化長度為1/128，再將它平分16段，每-小段長度為1/ 2048，這就是最小的量化級13折間隔 。依據(jù)13折線的定義，以最小的量化級間隔為最小計量單位，能夠計算出線A律每個量化段的電平范圍、開端電平1 si、段內(nèi)碼對應(yīng)電平、各段落內(nèi)量化間隔i。詳細計算結(jié)果如表 2-4所示。表2-4 13折線A律有關(guān)參數(shù)表實驗2PC陋驗量化段落號i=18電平范圍()段落碼CCC段落起始電平I s

10、i()間隔i()段內(nèi)碼對應(yīng)權(quán)值()C C C C 5 6 7 88102420481 1 110246451225612864實驗2PC陋驗751210241 1 0512322561281643262565121 0 12561612864321651282561 0 0128864321684641280 1 1644321684332640 1 032216842216320 0 1161842110-160 0 0018421辦理器自帶的12位ADC ,對應(yīng)的存放器采樣C的本Ci 性碼為負，用 0表示；米樣值在 20484095 ,第一位 1的極性碼為正，用 1表小。PCM的其他 比特

11、我們經(jīng)過度化值查表方式產(chǎn)生。STM32同時將模擬信號、抽樣脈沖、量化值、編碼值顯示在彩色液晶，學(xué)生能清楚察看到這4個信號的互相關(guān)系，以下列圖所示：riliiOt) n ithiui iiiiioof oini iI 01IQDIW HltMIl H圖2-5 PCM編碼顯示上圖豎線表示抽樣地點，圖中上方數(shù)字是量化值，樣值范圍-20482048 ;A圖中下萬二進制值是律13折線編碼。如量化值：-1600C1 、.量化值為負值，故極性碼為：0;C C C電平范圍位于10242048 ,段落碼 2 3 4為：111 ,;量化間隔為64,段落開端電平為1024, 1600-1024 = 576; 576

12、/64=9 ;段內(nèi)碼 C5C6C7 C8 為：1001那么量化值-1600對應(yīng)的PCM編碼值為：01111001.實驗框圖說明卜列圖為PCM編譯碼原理的實驗原理框圖:PCM承碼：；主O|Ul I實驗2PC陋驗PC Mi碼A2圖2-6 PCM 編譯碼流程框圖框圖說明：本實驗中需要用到以下功能單元： TOC o 1-5 h z PCM編碼由A2單元達成，模擬信號經(jīng)300-3400HZ帶通濾波器后送入算法辦理器進行模數(shù)變換，模數(shù)變換精度12位，其AD采樣后量化范圍為0-4095 ,編碼數(shù)據(jù)從2P6輸出；PCM譯碼由A7單元，譯碼數(shù)據(jù)從7TP5輸入，PCM數(shù)據(jù)經(jīng)譯碼插值濾波，恢復(fù)信號從7P8輸出。圖中

13、“原始信號”按鈕用于對模擬信號種類、頻次、幅度；6.各模塊丈量點說明(1)信源編碼模塊-A22P1 :原始信號的輸入釧孔；2P7:帶限輸出釧孔2P6:編碼輸出2TP9:抽樣脈沖2TP8 : PCM編碼時鐘.信源譯碼模塊-A77TP5 : PCM譯碼數(shù)據(jù)輸入7TP4 :恢復(fù)譯碼時鐘7TP2 :恢復(fù)幀同步時鐘7TP7 : PCM譯碼輸出(濾波前)7P8 : PCM譯碼輸出(濾波后)、實驗任務(wù)實驗2PC陋驗PCM編碼原理考證，理解帶限濾波器作用、A律編碼規(guī)則;PCM編譯碼性能丈量，觀察編譯碼電路頻響、時延、失真、增益等;四、實驗步驟實驗準備(1)獲取實驗權(quán)限,從閱讀器進入在線實驗平臺；(2)選擇實驗

14、內(nèi)容使用鼠標在通訊原理實驗?zāi)夸涍x擇：PCM編譯碼實驗,進入PCM編譯碼實驗頁面。PCM編碼原理考證設(shè)置工作參數(shù)設(shè)置原始信號為：“正弦”，頻次：1KHz,幅度設(shè)置指示為45;PCM串行接口時序察看輸出時鐘和幀同步時隙信號觀察：用示波器同時觀察抽樣脈沖信號2TP9和輸出時鐘信號2TP8,觀察時以2TP9做同步。剖析和掌握 PCM編碼抽樣脈沖信號與輸出時鐘的對應(yīng)關(guān)系(同 步沿、抽樣脈沖寬度等)。(3) PCM串行接口時序察看c A2TP9和編碼輸出信抽樣時鐘信號與 PCM編碼數(shù)據(jù)丈量：用示波器同時觀察抽樣脈沖信號號2P6 ,觀察時以2TP9做同步。剖析和掌握PCM編碼輸出數(shù)據(jù)與抽樣脈沖信號(數(shù)據(jù)輸出

15、與 抽樣脈沖沿)及輸出時鐘的對應(yīng)關(guān)系。實驗2PC陋驗.廠: uuuwwn于8K.加中g(shù)（4） 在液晶觀察PCM編碼c用鼠標點擊 PCM編譯碼框圖（圖）右上角“！ ”號，液晶屏上會出現(xiàn)PCM編碼分析圖（下列圖），我們能夠察看模擬信號、抽樣脈沖、量化值、編碼值等有關(guān)波形和參數(shù)，依據(jù)實驗原理，研究量化值和編碼值間的對應(yīng)規(guī)則，即PCM編碼規(guī)則；實驗時，鼠標移至抽樣脈沖上時，屏幕上顯示該抽樣信號的PCM編碼值及對應(yīng)的編碼規(guī)則;PCM編譯碼芯片數(shù)1792 的PCM編碼注：PCM編碼數(shù)據(jù)從抽樣脈沖的下沿開始，高位在前，考慮到商用據(jù)偶數(shù)位反轉(zhuǎn)，所以編碼數(shù)據(jù)（2P6）也應(yīng)偶數(shù)位反轉(zhuǎn)，上圖中量化值值反轉(zhuǎn)后為：；（

16、5） PCM編碼輸出數(shù)據(jù)觀察用示波器同時觀察抽樣脈沖信號（2TP9）和編碼輸出數(shù)據(jù)端口（2P6）,觀察時以 2TP9做同步。在示波器上讀出一個編碼樣點值，弁和液晶上的相應(yīng)編碼數(shù)據(jù)進行比較。實驗2PC陋驗?？?OPCM譯碼觀察用鼠標點擊圖 開關(guān)，開封閉合，PCM輸出編碼數(shù)據(jù)A7模塊譯碼。用示波器同時觀察輸入模擬信號2P7和譯碼器輸出信號7P8,定性觀察編譯碼前后波形（1KHz、2Vpp）的關(guān)系： 質(zhì)量、電平4.PCM頻次響應(yīng)丈量將測試信號電平固定在2Vpp ,調(diào)整測試信號頻次，定性的觀察譯碼恢復(fù)出的模擬信號電平。觀察輸出信號信電平相對輸入信號頻次變化的相對關(guān)系。用點頻法丈量。丈量頻次范圍：250

17、Hz 4KHz實驗2PC陋驗rvwKn .*. r nrr-rcAffkMV4KHz:C6D O 05. PCM譯碼失真丈量3Vpp 。）,用示將測試信號頻次固定在1KHz,改變測試信號電平（輸入信號的最大幅度為波器定性的觀察譯碼恢復(fù)出的模擬信號質(zhì)量（經(jīng)過示波器對照編碼前和譯碼后信號波形光滑度）6. PCM編譯碼系統(tǒng)增益丈量實驗2PC陋驗DDS1產(chǎn)生一個頻次為 1KHz、電平為2Vpp的正弦波測試信號送入信號測試端口2P1。用示波器（或電平表）測輸出信號端口（7P8）的電平。將收發(fā)電平的倍數(shù)（增益）換算為dB表不。PCMi星馬7.實驗結(jié)束實驗結(jié)束，從閱讀器退出在線實驗平臺五、實驗報告1.定性描

18、繪PCM編譯碼的特征、編碼規(guī)則，弁填下表。頻次：1KHz幅度：2Vpp樣點1樣點2樣點3樣點4樣點5樣點6樣點7樣點8量化值736992192832544-192-832=992編他值0100100001101010011011112.描繪PCM編碼串行同步接口的時序關(guān)系3.填下下表，弁畫出 PCM的頻響特征。輸入頻次（Hz）20050080010002000300034003600輸出幅度（V）4.填下下表，弁畫出 PCM的動向范圍:輸入幅度（V）1.234實驗2PC陋驗:輸出幅度六、思慮題.輸入信號為0Vpp時，PCM編碼數(shù)據(jù)是多少為何PCM編碼數(shù)據(jù)應(yīng)當有兩個，00000000和關(guān)于輸入信號為0Vpp,由于它沒有正負極性，也就是說，正負極性都能夠表示，也就是不論是 1仍是0都能夠表示。再考慮絕對值，OV即是000000。0二者組合起來就是00000000和.鑒于AD和微辦理器，細述 PCM編碼流程，實現(xiàn)方法，對 AD精度要求等；.據(jù)圖回答下列問題，已知模擬信號為三角波，頻次 ，幅度