2路语音全双工PCM通信系统设计制作.docx

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1、书目第1章绪论1第2章总体电路设计思路与原理32.2 PCM编码原理介绍32.3 时分复用原理介绍5第3章单元电路的设计73.1 PCM编译码电路的设计73.2 复接电路103.3 系统总电路图12第4章系统的systemview仿真134.1 信号源的组成134.2 PCM编码器子系统模块144.3 PCM分接译码模块164.4 系统的仿真18第5章总结与体会21参考文献22第1章绪论随着电子技术和计算机技术的发展，仿真技术得到了广泛的应用。基于信号的用于通信系统的动态仿真软件SystemView具有强大的功能，可以满意从底层到高层不同层次的设计、分析运用，并且供应了嵌入式的模块分析方法，形

2、成多层系统，使系统设计更加简洁明白，便于完成困难系统的设计。SyStCnIViCW具有良好的交互界面，通过分析窗口和示波器模拟等方法，供应了一个可视的仿真过程，不仅在工程上得到应用，在教学领域也得到认可，尤其在信号分析、通信系统等领域。其可以实现困难的模拟、数字及数模混合电路及各种速率系统，并供应了内容丰富的基本库和专业库。本文主要阐述了如何利用SyStemView实现脉冲编码调制（PCM）o系统的实现通过模块分层实现，模块主要由PCM编码模块、PCM译码模块、及逻辑时钟限制信号构成。通过仿真设计电路，分析电路仿真结果，为最终硬件实现供应理论依据。随着现代通信技术的发展，为了提高通信系统信道的

3、利用率，话音信号的传输往往采纳多路复用通信的方式。这里所谓的多路复用通信方式通常是指：在一个信道上同时传输多个话音信号的技术，也称复用技术。复用技术有多种工作方式，例如频分复用，时分复用以及码分复用等。在本文中运用的是两路的时分复用技术。时分复用（TDM：TimeDivisionMultiplexing）的特点是，对随意特定的通话呼叫，为其安排一个固定速率的信道资源，且在整个通话区间专用。TDM把若干个不同通道（channel）的数据依据固定位置安排时隙（TimeSlot:8Bit数据）合在肯定速率的通路上，这个通路称为一个基群。时分复用是建立在抽样定理基础上的。抽样定理使连续（模拟）的基带信

4、号有可能被在时间上离散出现的抽样脉冲所代替。这样，当抽样脉冲占据短时间时，在抽样脉冲之间就留有时间空隙，利用这个时间空隙便可以传输其他信号的抽样值。因此，这就有可能沿一条信道同时传送若干个基带信号。当采纳单片集成PCM编解码器时（如本文采纳TP3057）,其时分复用方式是先将各路信号分别抽样、编码、再经时分复用安排器合路后送入信道，接收端先分路，然后各路分别解码和重建信号。PCM的32路标准的意思是整个系统共分为32个路时隙，其中30个路时隙分别用来传送30路话音信号，一个路时隙用来传送帧同步码，另一个路时隙用来传送信令码，即一个PCM30/32系统。第2章总体电路设计思路与原理2.1设计总方

5、案:图1PCM系统方框图该设计主要包括两部分：1.PCm编译码电路2.复用与解复用电路2.2PCM编码原理介绍要完成2路语音的PCM全双工通信，此次课题采纳的是时分复用的方式。首先介绍一下PCM编码的原理。PCM的实现主要包括三个步骤：抽样、量化、编码。分别完成时间上离散、幅度上离散、及量化信号的二进制表示。依据CCnT的建议，为改善小信号量化性能，采纳压扩非匀称量化，有两种建议方式，分别为A律和律方式，我国采纳了A律方式，由于A律压缩实现困难，常运用13折线法编码并采纳非匀称量化PCM编码。下面将介绍PCM编码中抽样、量化及编码的原理。（八）抽样：所谓抽样，就是对模拟信号进行周期性扫描，把时

6、间上连续的信号变成时间上离散的信号。该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中全部信息，也就是说能无失真的复原原模拟信号。它的抽样速率的下限是由抽样定理确定的。(b)量化：从数学上来看，量化就是把一个连续幅度值的无限数集合映射成一个离散幅度值的有限数集合。如图2所示，量化器Q输出1.个量化值九，k=l,2,3,1.0X常称为重建电平或量化电平。当量化器输入信号幅度X落在4与4向之间时.，量化器输出电平为力。这个量化过程可以表达为：y=QM=Qxk,a.,2=1,2,3,1.这里4称为分层电平或判决阈值。通常怎=勺4称为量化间隔。RyA量化器模拟入量化值模拟信号的量化模拟信号的量化分为匀称量化和非匀

7、称量化。由于匀称量化存在的主要缺点是：无论抽样值大小如何，量化噪声的均方根值都固定不变。因此，当信号机较小时，则信号量化噪声功率比也就很小，这样，对于弱信号时的量化信噪比就难以达到给定的要求。通常，把满意信噪比要求的输入信号取值范围定义为动态范围，可见，匀称量化时的信号动态范围将受到较大的限制。为了克服这个缺点，实际中，往往采纳非匀称量化。非匀称量化是依据信号的不同区间来确定量化间隔的。对于信号取值小的区间，其量化间隔Ay也小；反之，量化间隔就大。它与匀称量化相比，有两个突出的优点。首先，当输入量化器的信号具有非匀称分布的概率密度(实际中经常是这样)时，非匀称量化器的输出端可以得到较高的平均信

8、号量化噪声功率比；其次，非匀称量化时，量化噪声功率的均方根值基本上与信号抽样值成比例。因此量化噪声对大、小信号的影响大致相同，即改善了小信号时的量化信噪比。实际中，非匀称量化的实际方法通常是将抽样值通过压缩再进行匀称量化。通常运用的压缩器中，大多采纳对数式压缩。广泛采纳的两种对数压缩律是压缩律和A压缩律。美国采纳M压缩律，我国和欧洲各国均采纳A压缩律，因此，PCM编码方式采纳的也是A压缩律。所谓A压缩律也就是压缩器具有如下特性的压缩律：l+lnArIjXz.,一X11+lnAA(c)编码：所谓编码就是把量化后的信号变换成代码，其相反的过程称为译码。当然，这里的编码和译码与差错限制编码和译码是完

9、全不同的，前者是属于信源编码的范畴。在现有的编码方法中，若按编码的速度来分，大致可分为两大类：低速编码和高速编码。通信中一般都采纳其次类。编码器的种类大体上可以归结为三类：逐次比较型、折叠级联型、混合型。在逐次比较型编码方式中，无论采纳几位码，一般均按极性码、段落码、段内码的依次排列。2.3时分复用原理介绍时分多路复用通信（此课题为两路），是各路信号在同一信道上占有不同时间间隙进行通信。由前述的抽样理论可知，抽样的一个重要作用，是将时间上连续的信号变成时间上离散的信号，其在信道上占用时间的有限性,为多路信号沿同一信道传输供应了条件。详细说，就是把时间分成一些匀称的时间间隙，将各路信号的传输时间

10、安排在不同的时间间隙，以达到相互分开，互不干扰的目的。图2.2为时分多路复用示意图，各路信号经低通滤波器将频带限在3400Hz以下，然后加到快速电子旋转开关（称安排器）K1,K2开关不断重复地作匀速旋转，每旋转一周的时间等于一个抽样周期T,这样就做到对每一路信号每隔周期T时间抽样一次。由此可见，发端安排器不仅起到抽样的作用，同时还起到复用合路的作用。合路后的抽样信号送到PCM编码器进行量化和编码,然后将数字借码送往信道。在收端将这些从发送端送来的各路信码依次解码，还原后的PAM信号，由收端安排器旋转开关K2依次接通每一路信号，再经低通平滑，重建成话音信号。当采纳单片集成PCM编解码器时，其时分

11、复用方式是先将各路信号分别抽样、编码、再经时分复用安排器合路后送入信道，接收端先分路，然后各路分别解码和重建信号。图2.2时分复用示意图这个通信系统主要用4个电路实现，它们分别是定时器电路，PCM编译码电路，复接电路，语音处理电路。定时器电路由晶振，分频器刚好隙同步信号（抽样信号）构成,它为两个PCM编译码电路供应时钟信号和时隙同步信号，PCM编译码部分采纳芯片TP3057在时钟信号和对语音进行编码和译码。在编码时将语音信号转变为数字信号然后帧同步信号发生器电路供应帧同步码1110010和两路数字语音信号复接，形成一帧PCM信号。在这个PCM信号中有29个是空时隙，两路数字语音信号各占一个时隙

12、。在译码之前不须要对PCM进行分接处理,译码器的时隙同步信号可对信号分路实现分接。语音信号A,B通过麦克风输出幅度比较小，需放大到再送到PCM编码器。接入的PCM译码器输出信号RA,RB幅度较大，需衰减到适当值后再送给听筒，因此须要分别加入两个语音处理信号电路。详细整个系统的原理图方框图如图2.3所示。图2.3两路语音的PCM全双工通信原理方框图第3章单元电路的设计3.1 PCM编译码电路的设计PCM脉冲编码调制是把模拟信号数字化传输的基本方法之一，它通过抽样、量化和编码，把一个时间连续、取值连续的模拟信号变换成时间离散、取值离散的数字信号，然后在信道中进行传输。信号先经过防混叠低通滤波器，得

13、到限带信号（3（X）HZ3400Hz）,进行脉冲抽样，变成8KHz重复频率的抽样信号（即离散的脉冲调幅PAM信号），然后将幅度连续的PAM信号用“四舍五入”方法量化为有限个幅度取值的信号，再经编码，转换成二进制码。为解决共有匀称量化时小信号量化误差大、音质差的问题，在实际中采纳不匀称选取量化间隔的非线性量化方法，即量化特性在小信号时分层密、量化间隔小，而在大信号时分层疏、量化间隔大（详见2.1节PCM编码原理介绍）。本课题采纳PCM的A律的量化编码的方法。PCM的原理框图PCM的原理如上图所示。话音信号先经防混叠低通滤波器，进行脉冲抽样，变成重复频率的抽样信号（即离散的脉冲调幅PAM信号），然

14、后将幅度连续的PAM信号用“四舍五入”方法量化为有限个幅度取值的信号，再经编码，转换成二进制码。对于电话，CCITT规定抽样率为8KHz,每抽样值编8位码，即共有28=256个量化值，因而每话路PCM编码后的标准数码率是64kbs为解决匀称量化时小信号量化误差大、音质差的问题，在实际中采纳不匀称选取量化间隔的非线性量化方法，即量化特性在小信号时分层密、量化间隔小，而在大信号时分层疏、量化间隔大，（八）AfD电路(b)D-*A电路A/D及D/A电路框图本课题选择TP3057芯片作为PCM编码器，它把编译码器和滤波器集成在一个芯片上，功能比较强，它可以进行A律变换，它的数据既可用固定速率传送，也可

15、用变速率传送，它既可以传输信令帧也可以选择它传送无信令帧，并且还可以限制它处于低功耗备用状态，它的编码和解码工作既可同时进行，也可异步进行。TP3057简介：本模块的核心器件是A律PCM编译码集成电路TP3057,它是CMOS工艺制造的专用大规模集成电路，片内带有输出输入话路滤波器，其引脚图如图3.1所示，引脚功能如表3T所示。图3.1TP3057引脚图本课题将两路语音信号A,B分别进行PCM编译码，所以采纳两片TP3057芯片，两个时隙的复用通过741.S164安排，A、B分别占第2时隙和第1时隙，由此，PCM编译码电路可设计如图3.3所示。下面我们说明一下TP3057在工作时的原理和流程。表3-1TP3057引脚功能表引脚号符号功能1V接-5V电源2GND接地3VFrO接收部分漉波器模拟信号输出端4v+接+5V电源5FSr接收部分帧同信号输入端，此信号为8KHz脉冲序列6Dn接收部分PCM码流输入端7BC1.Kr/C1.KSE1.接收部分位时钟（同步）信号输入端，此信号将PCM码流在FSr上升沿后逐位移入Dr端。位时钟可以为64KHz到2.048MHz的随意频率，或者输入逻辑“1”或“0”电平器以选择1.536MHz、1.544MHZ或2.048MHZ用作同步