集成化M编译码系统.docx
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集成化M编译码系统.docx
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集成化M编译码系统
集成化△M编译码系统
学院:
电气工程学院
专业:
电子信息工程
班级:
电子081
姓名:
李春猛
学号:
20084470116
指导老师:
陈和
一、实验目的.................................................................3
二、实验内容...................................................................3
三、基本原理...................................................................3
四、实验仪器...................................................................9
五、实验内容...................................................................9
六、实验心得体会.........................................................15
1、实验目的
1、了解语音信号的ΔM编码过程;
2、验证ΔM的编译码原理;
3、粗略了解ΔM编译码专用集成电路的基本工作原理、外部电路设计原则和一般使用方法;
4、了解语音信号数字化技术的主要指标,学习指标的测试方法。
2、实验内容
1、观察测量△M编译码过程中的各种时隙信号
2、观察限带滤波、本地译码、编码、译码和平滑等波形
3、对系统性能指标进行测试和分析
(1)过载特性的测量:
在不同频率、不同信号幅度情况下分别测量
(2)系统输出信噪比特性测量
(3)编码动态范围和系统动态范围测量
(4)空载噪声测量
(5)系统幅频特性测量
3、基本原理
1、系统组成与电路原理
系统组成的方框图如图所示,它是由定时部分、△M编译码器及收、发运放电容滤波器组成的。
2、电路原理
MC3418简介
MC3418是MOTOLOLA公司生产的通信专用集成电路,它是数字检测音节压扩增量编译码器。
它由模拟输入放大器、数字输入运算放大器、电压/电流转换运算放大器、极性开关、工作选择开关和数字检测(移位寄存器和逻辑电路)等部分构成的。
第15脚的工作电平可以控制该片工作于编码状态或译码状态:
当第15脚接高电平(VCC/2)时,该片做编码器用;当第15脚接低电平(地)时,该片做译码器用。
当单片作为编码器使用时,15脚接高电平,这时工作开关使模拟运放与移位寄存器接通。
模拟信号由1脚输入,本地译码信号由2脚输入,运算放大器对它们进行比较并将差值放大。
运算放大器输出经电平转换给出数字信码。
在14脚输入的时钟后沿时刻,运算放大器输出的结果进入移位寄存器。
这一结果也同时接到9脚和极性开关,前者作为数字码输出,后者用来控制流入积分器的电流的极性,积分运算放大器与外接的RC网络构成积分器,受极性开关控制的电流在此积分后累加形成本地译码信号。
四级移位寄存器和逻辑电路完成检测功能。
当有四个连“1”或连“0”码出现时,从11脚输出一个负极性的一致脉冲,一致脉冲经外接音节滤波器平滑之后得到量阶控制电压,此电压反映了前一段时间内模拟输入信号的平均斜率。
量阶控制电压加到第3脚。
由内部V/I转换电路决定4脚的电压随3脚的电压变化。
当4脚通过外接电阻连接到某一固定电位上,则流入4脚的电流就随3脚的控制电压变化,从而将控制电压的变化转换为控制电流的变化。
V/I转换器的输出电流与4脚的输入电流相等。
此电流经极性开关送到积分器,因此,积分量阶的大小就随着输入模拟信号的平均斜率而变化。
这样就形成了数字检测音节的压扩过程。
在作译码器应用时,第15脚通过一只10KΩ电阻接地,这时数字运算放大器与移位寄存器接通。
信码由13脚输入与12脚的阀电平比较,然后经运算放大器整形后送到移位寄存器,经再定时的信码从9脚输出。
其后的工作过程则与编码器一样,只是译码信号不再送回第2脚而是送往接收低通滤波器。
单积分电路
MC3418内部仅有积分运算放大器,为完成本地译码过程,需要外接一个网络。
用户可以根据自己的需要用外接RC网络接成单积分、双积分、△-∑等电路。
本实验给出一种单积分电路的实例。
积分电路对应的控制电流压缩比应达到258,相当于49dB。
最大与最小控制电流分别由4脚外接电阻Rx和Rmin决定。
积分运算放大器的输入阻抗很高,从极性开关的量阶控制电流几乎全部进入电阻R和电容C。
网络的阻抗传递函数可以写成:
H(s)=(V(s))/(I(s))=-(1/((1/R)+SC))
经整理后得到
-(V(s))/(I(s))=(I/C)/(S+1/(RC))=K/(S+WO)
(1)
其中K=1/C,WO=1/(RC)。
一般认为是300Hz。
当R=10KΩ,C=0.1μf时,f0=159Hz。
将式
(1)写成时域形式
-I=V/R+C(dv)/dt
(2)
有关资料指出编码器约在+12dBm(f=1000Hz)处为临界过载,另外,输入信号的最大幅度为4.36V,这时流过积分器的最大电流为
Imax≈Icmax=C(dv)/dt=0.1×10-6×2π×1000×4.36
≈2.7mA
另一方面,由编码器要求的最小量阶电压可求出当采样率fS=32KHz时,最小控制电流应为
Imin≈9.6μA
音节平滑滤波器
MC3418只具有数字检测功能,为实现压扩作用还需要一外接网络。
用户可根据需要接成线性压扩、非线性压扩、复杂推迟压扩等各种形式。
本实验只列举一种非线性音节平滑滤波器。
音节平滑滤波器是一个简单的RC滤波电路,电路形式如图所示。
集成片MC3418的数字检测器连码一致脉冲信号是由一个集电极开路的晶体管从11脚输出的。
所以需要一个外接的集电极负载电阻当晶体管导通时,电容器CS通过电阻RS充电;当晶体管截止时,电容器CS通过电阻RP放电。
充电时间常数τ=CS(RS+RP)。
设G为一致脉冲在一个音节时间内占空比的统计值。
设第3脚电位为VS,11脚电位为V0,当G值一定时,电路应维持充放电电荷相等。
设充电时间为GT,放电时间为(1-G)T,因此有
((VS-V0)/RS)GT=((VCC/2-VS)/(RS+RP)(1-G)T(3)
令D=RP/RS,则有
VS=((1+D)V0G+(VCC/2)(1-G)/(1+DG)(4)
其中,VO为晶体管饱和压降,约为0.12V。
音节控制电压为电容CS两端的电压,设它为VCS,因此有
VCS=VCC/2-VS
即VCS=VCC/2-((1-D)VOG+(VCC/2)(1-G))/(1+DG)(5)
由式(5)可以看出,当RP>>Rs,即D≈0时有
Vcs≈(Vcc/2-Vo)G(6)
这时控制电压与G成线性关系。
将Vo=0.12V,(Vcc/2)=6V代入上式,得
Vcs1≈5.98G(7)
当D=0,控制电压V与G成非线性关系。
设D=3,得
Vcs2=(23.52G)/(1+3G)(8)
上图给出VCS1和VCS2与C的关系曲线,曲线VCS2的斜率大于曲线VCS1的斜率,这就意味着VCS2的压扩特性更接近于理想特性。
语音音节包络的变化范围约为5ms到20ms。
取τ1=5ms,τ2=20ms,这时τ2/τ1=4
∵τ2/τ1=(CS(RS+RP))/(CSRS)=1+D∴D=3
选CS=0.33μF,则RS=15.15KΩ,RP=15.15KΩ,取RS=15KΩ,RP=47KΩ得D≈3.13。
在临界过载时,G达到最小值。
对正弦信号可得G=0.436,这时控制电压Vcs的最大值约为(计算从略)Vmax≈4.48V
此值决定了限流电阻Rx≈1.5KΩ。
定时电路
MC3418编译码器所需的定时脉冲均由定时部分提供,为模拟一个实际的时分多路系统的工作状态,定时部分可给出2048KHz及8路32KHz的定时,定时部分的时间关系如图3-9所示。
为确保收、发同步,本实验系统的编码和译码部分公用一个定时源,这是有别于实际情况的。
4、实验仪器
双踪同步示波器≥20MHz1台
直流稳压电源+5V-5V+12V1台
低频信号发生器输出频率范围满足50Hz-8KHz
输出电压范围满足0--5V(峰峰值)1台
失真度测试仪QZ4121测量频率范围满足50Hz-8KHz
测量信噪比范围0---50dB1台
杂音计HF5151A1台
△M实验箱1台
数字频率计测量频率范围50Hz—10MHz1台
万用表1台
5、实验内容
(一)、时钟部分
主振频率为4096KHz,经分频后得到2048KHz的定时,再经分频分相后得到8路32KHz的定时。
用示波器在测试点
(1)点观察主振波形,用频率计测量其频率。
在
(2)、(3)、(4)观察并测量2048KHz和32KHz定时信号。
(二)、发送滤波器
在(5)输入频率为1KHz、幅度为2Vp-p的音频信号。
在(5)观察输入信号,在(6)观察经发送滤波器的输出信号,记下它们的幅度和波形。
(三)、△M编码器
在(6)观察经发送滤波器限带后输入编码器的音频信号,在(7)观察本地译码信号。
在(8)观察编码输出的数字信号(幅度约为10Vp-p)。
以音频信号作为同步信号,观察信码的变化规律。
对应正弦波过零处应有连“0”或联“1”码型出现;对应正弦波的波峰和波谷处应有“0”、“1”交替码型出现。
(四)、△M译码器
用短线连接(8)—(9),即将编码信号送入译码器。
在(9)观察输入译码器的编码信号,在(10)观察译码器输出的有锯齿的模拟信号,并记录波形。
(五)、接收滤波器
在(10)观察滤波器的输入信号。
在(11)观察译码器输出的有锯齿的模拟信号经滤波器输出的模拟信号。
记下它们的波形和幅度。
(六)、系统性能测试
系统性能有三项指标:
动态范围、信噪比和频率特性。
1、动态范围
在满足一定信噪比(S/N)条件下,编译码系统所对应于800Hz(或1000Hz)音频信号的幅度范围定义为动态范围。
动态范围应大于电子工业部1982年暂定的标准框架(样板值)。
图示给出了这个样板。
在原理部分已经提到,△M编译码器允许输入信号的最大幅度为4.36V。
为了确保器件的安全使用,本实验在进行动态范围这一指标测试时,不再对输入信号的临界过载进行验证。
取输入信号的最大幅度为5Vp-p(注意:
信号要由小至大调节),测出此时的S/N值。
然后以10dB间隔衰减输入信号,将测试数据填入下表。
2、信噪比特性
在上一项测试中选择出最佳编码电平(S/N最高,推荐为2Vp-p)。
在此电平下测试不同频率下的信噪比值。
频率选择在500Hz/1KHz/2KHz/3KHz,将测试数据填入下表。
3、频率特性
选一合适的输入电平(Vin=2VP-P),改变输入信号的频率,频率范围从500Hz到3000Hz。
在(TP11)用示波器测量译码输出信号的电压值,数据填入下表。
六、实验心得体会
刚开始做这个实验和写实验报告的时候,我不知道从何下手。
后面认真看了课本和老师给的实验指导书,才有所思路,通过实验,我明白了要学习原理,主要还是要靠自己钻研出来。
其实知识是要适应社会发展,我们要学会的不仅是现在的知识,更重要的是以后我们在短时间内如何获得我们所要的知识。
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- 集成化 译码 系统
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