1、实验 4 CVSD 编译码系统实验一、实验目的1掌握增量调制编译码的基本原理，并理解实验电路的工作过程；2了解不同速率的编译码，以及低速率编译码时的输出波形；3学习增量调制编译码器的硬件实现电路，掌握它的调整测试方法。二、实验仪器1增量调制编译码模块，位号：D（实物图片如下）2时钟与基带数据产生器模块，位号:G（实物图片见第 3 页）320M 双踪示波器 1 台4低频信号源 1 台（选用）5频率计 1 台（选用）6信号连接线 3 根7小平口螺丝刀 1 只三、实验原理增量调制编码每次取样只编一位码，这一位编码不是表示信号抽样值的大小，而是表示抽样幅度的增量，即采用一位二进制数码“1”或“0”来表
2、示信号在抽样时刻的值相对于前一个抽样时刻的值是增大还在减小，增大则输出“1”码，减小则输出“0”码。输出的“1” 、 “0”只是表示信号相对于前一个时刻的增减，不表示信号的幅值。MC34115 是单片增量调制大规模集成电路芯片。其内部组成框图分别如图 4-1 所示， MC34115 集成电路内部电路由下列八个部分组成：模拟输入运算放大器、数字输入运算放大器、VI 电压/电流转换运算放大器、积分运算放大器、斜率过载检测电路、斜率极性控制电路、工作状态选择开关电路、Vcc/2 稳压电源。(1) 编码电路工作过程由图 4-1 可知，音频模拟输入信号，经过低通滤波器至 MC34115 的模拟信号输入端
3、，第 1 引脚。其编码、译码工作方式由 MC34115 芯片的第 15 引脚的电平决定（高电平为编码方式、低电平为译码方式） 。此时芯片内的模拟输入运算放大器与移位寄存器接通，从第 1引脚(ANI)输入的音频模拟信号与 2 脚(ANF)输入的本地解码信号相减并放大得到误差信号，然后根据该信号极性编成数据信码从第 9 引脚(DOT)输出。该信码在片内经过 3 级或 4 级移位寄存器及检测逻辑电路。检测过去的 3 位或 4 位信码中是否为连续“1”或连续“0”的出现。一旦当移位寄存器各级输出为全“1”码或全“0”码时，表明积分运算放大器增益过小，检测逻辑电路从第 11 引脚(COIN 端)输出负极
4、性一致脉冲，经过外接音节平滑滤波器后得到量阶控制电压输入到第 3 引脚(SYL 端)，由内部电路决定，GC 端电压与 SYL 端相同，这相当于量阶控制电压加到第 4 引脚 GC 端。该端外接调节电位器，改变此电位器即可改变 GC 端的输入电流，以此控制积分量阶的大小，从而改变环路增益，展宽动态范围。第 4 引脚(GC)输入电流经过 VI 变换运算放大器，再经量阶极性控制开关送到积分运算放大器，极性开关则由信码控制。外接积分网络(由电阻、电容组成)与芯片内部积分运算放大器相连，在二次积分网络上得到本地解码信号送回 ANF 端与输入信号再进行比较，以完成整个编码过程。该芯片的外围辅助电路由三大部分
5、组成:音节平滑滤波器电路、二次积分网络电路和直流放大器。编 码比较器解 码比较器反相驱动 器判 决 器与斜 率过载 检测斜率极性 控制低 通滤波器参 考电 平二 次积 分网 络运放运放V c c / 2 参考电压直流放大 器音节平滑滤波电路话音输入编码出121 31 27651 4 1 0 431 19251 5 1 6电源自 C P U 控制时 钟6 4 K H z 13 2 K H z 31 6 K H z 48 K H z 6K 2 0 14SW02编译码控制图 4-1 增量调制系统编译码器内部方框图在没有音频模拟信号输入时，话路是空闲状态，则编码器应能输出稳定的“1” 、 “0”交替码
6、，这需要一最小积分电流来实现，该电流可通过增大调节电位器来获得。由于极性开关的失配，积分运算放大器与模拟输入运算放大器的电压失调，此电流不能太小，否则无法得到稳定的“l” 、 “0”交替码。该芯片总环路失调电压约为 1.5mv，所以量阶可选择为 3mv。当本地积分时间常数 1mS 时，则最小积分电流取 1OA，就可得到稳定的“l” 、“0”交替码。如果输出不要求有稳定的“l” 、 “0”交替码，量阶可减小到 0.lmV，而环路仍可正常工作。(2) 译码电路工作过程连接 6P03 和 7P01 铆孔，将发端送来的编码数据信号送到 7U02(MC34115)芯片的第 13引脚，即接收数据输入端。对
7、译码电路，CPU 中央控制单元送出低电平至 7U02 (MC34115)的 15 引脚，使模拟输入运算放大器与移位寄存器断开，而数字输入运算放大器与移位寄存器接通。这样，接收数据信码经过数字输入运算放大器接收后送到移位寄存器，后面的工作过程与编码时相同，只是解调信号不再送回第 2 引脚，而是直接送入后面的积分网络中，再通过低通滤波电路滤去高频量化噪声，然后送出话音信号，话音信号可连接至“接收端滤波放大模块” 。虽然增量调制系统的话音质量不如脉冲编码调制 PCM 数字系统的音质，但是增量调制电路比较简单，能以较低的数码率进行编码，通常为 1632kbit/s，而且在用于单路数字电话通信时，不需要
8、收发端同步，故增量调制系统仍然广泛应用于数字话音通信系统中，如应用在传输数码率较低的军事，野外及保密数字电话等方面。四、各测量点及可调元件的作用6W01：积分量阶的大小控制电位器。7W01：译码输出积分网络调整电位器。6P01：模拟信号输入铆孔。输入 3003400Hz 的模拟信号，若幅度过大，当信号的实际斜率超过译码器的最大跟踪斜率时，本地译码波形跟踪不上信号的变化，将造成过载噪声。因此信号波形幅度尽量小一些。方法是：改变相应信号源输出幅度的大小。6TP01：增量调制编码电路的本地译码信号（阶梯波形）输出测试点。波形不好可调节6W01 电位器。6TP02：一致脉冲信号输出测试点。它随输入信号
9、波形的变化而变化。当编码数字信号出现三个连 0（或三个连 1）时，一致脉冲信号输出负电平，直至连 0（或连1）现象结束，返回正电平输出。6P02：增量调制编码时钟输出铆孔，工作频率由时钟与基带数据发生模块拨码器 4SW02控制。4SW02 设置为“00100”时，时钟为 8K；设置为“00101”：16K；设置为“00110”：32K；设置为“00111”：64K；另外，接收滤波器截止频率默认为 2.65KHZ。6P03：增量调制编码电路输出数字编码信号连接铆孔。7P01：增量调制译码电路接收编码信号输入铆孔。7P02：经过二次积分网络后的本地译码波形输出铆孔，可调节 7W01 电位器。五、实
10、验内容及步骤1插入有关实验模块：在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”、“增量调制编译码模块”，插到底板“G、D”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。2信号线连接：用专用导线将 P03、6P01；6P03、7P01；7P02、P14 连接，如图 4-2。注意连接铆孔的箭头指向，将输出铆孔连接输入铆孔。3加电：打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。4增量调制的编码时钟设定：拨码器 4SW02 设置“00110”，即增量调制的编译码时
11、钟为 32KHZ（也可设置其它时钟）。5正弦波幅度调节及监测：DDS 信号源设置为正弦波状态(通常频率设置为 2KHZ)，幅度由 W01 电位器调节。6时钟为 32KHZ，正弦波为 2KHZ 与阶梯波观察：调节正弦波幅度峰峰值 2V 左右，双踪示波器探头分别接在测量点 6P01 和 6TP01，观察正弦波及本地译码输出的阶梯波。调整 6W01 电位器，使阶梯波与正弦波误差越小越好（此时呈现匀称的阶梯波）。若 6W01 电位器调整不当或正弦波幅度过大，阶梯波可能变成三角波，此时为严重的过载量化失真。调整 6W01 电位器，使测量点 6TP01 为匀称的阶梯波。7时钟为 32KHZ，增量调制编码数
12、据观察：调节正弦波幅度峰峰值 2V 左右，双踪示波器探头分别接在测量点 6P01 和 6P03，观察正弦波及增量调制编码器输出数据。并且，调节 W01 电位器，改变正弦波幅度，增量调制编码器输出数据也作相应变化。严重过载量化失真时，增量调制编码器输出交替的长连“1”、 长连“0”码。8. 时钟为 32KHZ，阶梯波及增量调制编码数据观察：调节正弦波幅度峰峰值 2V 左右，双踪示波器探头分别接在测量点 6TP01 和 6P03，观察阶梯波及增量调制编码器输出数据。阶梯波上升，对应“1”码；阶梯波下降，对应“0”码。并且，调节 W01 电位器，改变正弦波幅度，阶梯波及增量调制编码器输出数据都作相应
13、变化。9. 时钟为 32KHZ，增量调制编码数据及负极性一致脉冲信号输出观察：CVSD编码CVSD译码信号恢复滤波器6P03DDS信号源7P01 7P02 P14P03 P15图 4-2 增量调制系统连接示意方框图6P01双踪示波器探头分别接在测量点 6P03 和 6TP02，观察增量调制编码数据及负极性一致脉冲信号输出。调节 W01 电位器，改变正弦波幅度，当没有长连 “0”或长连“1”码时，6TP02 始终为高电位；当增量调制编码数据出现 3 个及 3 个以上长连 “0” 或长连“1”码时，6TP02 为低电位，即产生负极性一致脉冲，并且长连 “0” 或长连“1”个数越多，则负极性一致脉冲
14、宽度也越宽。10时钟为 32KHZ，编码阶梯波及译码阶梯波观察：双踪示波器探头分别接在测量点 6TP01 和 7P02，调整 7W01 电位器，使译码端测量点7P02 输出阶梯波形，它应与编码端 6TP01 阶梯波形相近似。11.时钟为 32KHZ，输入正弦波及译码恢复正弦波观察：双踪示波器探头分别接在测量点 P03 和 P15 观察输入正弦波及译码恢复正弦波，是否有明显失真（收端低通滤波器频率为 2.6KHZ，P14 为滤波器输入点）。12时钟为 32KHZ，语音信号增量调制编码、译码试听：信号连线改接如下：用专用导线将 P05（用户电话语音信号发送输出）与 6P01（模拟信号的输入）连接；
15、7P02（译码输出的模拟信号）与 P14 连接，6P03（编码输出）与7P01（译码输入）相连。对着用户电话话筒讲话或按动电话上的数字键，扬声器试听，直观感受增量调制编码译码的效果。13时钟为 64KHZ，16KHZ，增量调制编码、译码测量：改变编、译码工作时钟为 64KHZ，16KHZ，再重复上述 613 步骤实验，比较不同工作时钟下的通信效果。14关机拆线：实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验模块。六、实验报告要求1根据步骤 2 中的连线关系，画出实验方框图，并作简要叙述。2画出各测量各点波形，结合理论分析说明所发生的各种现象。3在通话的质量方面，你认为该实验系统如何改进方
16、能提高话音的质量，及对本实验有何改进意见？实验 23 AMI/HDB3 编译码实验一、实验目的1熟悉 AMI / HDB3 码编译码规则；2了解 AMI / HDB3 码编译码实现方法。二、实验仪器1AMI/HDB3 编译码模块，位号：F（实物图片如下）2时钟与基带数据发生模块，位号：G (实物图片见第 3 页)320M 双踪示波器 1 台4信号连接线 1 根三、实验原理AMI 码的全称是传号交替反转码。这是一种将消息代码 0（空号）和 1（传号）按如下规则进行编码的码：代码的 0 仍变换为传输码的 0，而把代码中的 1 交替地变换为传输码的1、1、1、1由于 AMI 码的信号交替反转，故由它
17、决定的基带信号将出现正负脉冲交替，而 0 电位保持不变的规律。由此看出，这种基带信号无直流成分，且只有很小的低频成分，因而它特别适宜在不允许这些成分通过的信道中传输。从 AMI 码的编码规则看出，它已从一个二进制符号序列变成了一个三进制符号序列，而且也是一个二进制符号变换成一个三进制符号。把一个二进制符号变换成一个三进制符号所构成的码称为 1B1T 码型。AMI 码除有上述特点外，还有编译码电路简单及便于观察误码情况等优点，它是一种基本的线路码，并得到广泛采用。但是，AMI 码有一个重要缺点，即当它用来获取定时信息时，由于它可能出现长的连 0 串，因而会造成提取定时信号的困难。为了保持 AMI
18、 码的优点而克服其缺点，人们提出了许多改进的方法，HDB3 码就是其中有代表性的一种。HDB3 码是三阶高密度码的简称。HDB3 码保留了 AMI 码所有的优点（如前所述） ，还可将连“0”码限制在 3 个以内，克服了 AMI 码出现长连“0”过多，对提取定时钟不利的缺点。HDB3 码的功率谱基本上与 AMI 码类似。由于 HDB3 码诸多优点，所以 CCITT 建议把 HDB3 码作为 PCM 传输系统的线路码型。如何由二进制码转换成 HDB3 码呢？HDB3 码编码规则如下：1二进制序列中的“0”码在 HDB3 码中仍编为“0”码，但当出现四个连“0”码时，用取代节 000V 或 B00V
19、 代替四个连“0”码。取代节中的 V 码、B 码均代表“1”码，它们可正可负（即 V+=1，V -=1，B +=1，B -=1） 。2取代节的安排顺序是：先用 000V，当它不能用时，再用 B00V。000V 取代节的安排要满足以下两个要求：（1）各取代节之间的 V 码要极性交替出现（为了保证传号码极性交替出现，不引入直流成份） 。（2）V 码要与前一个传号码的极性相同（为了在接收端能识别出哪个是原始传号码，哪个是 V 码？以恢复成原二进制码序列） 。 当上述两个要求能同时满足时，用 000V 代替原二进制码序列中的 4 个连“0” （用000V+或 000V-） ；而当上述两个要求不能同时满
20、足时，则改用 B00V（B +00V+或 B-00V-，实质上是将取代节 000V 中第一个“0”码改成 B 码） 。3HDB3 码序列中的传号码（包括“1”码、V 码和 B 码）除 V 码外要满足极性交替出现的原则。下面我们举个例子来具体说明一下，如何将二进制码转换成 HDB3 码。二进制码序列:1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1HDB3 码码序列:V+ -1 0 0 0 V- +1 0 1 B+ 0 0 V 0 1 +1 1 0 0 0 V- B+ 0 0 V+ 0 1从上例可以看出两点：（1）当两个取代节之间原始传号码的
21、个数为奇数时，后边取代节用 000V；当两个 取代节之间原始传号码的个数为偶数时，后边取代节用 B00V（2）V 码破坏了传号码极性交替出现的原则，所以叫破坏点；而 B 码未破坏传号码极性交替出现的原则，叫非破坏点。虽然 HDB3 码的编码规则比较复杂，但译码却比较简单。从上述原理看出，每一个破坏符号 V 总是与前一非 0 符号同极性（包括 B 在内） 。这就是说，从收到的符号序列中可以容易地找到破坏点 V 于是也断定 V 符号及其前面的 3 个符号必是连 0 符号，从而恢复 4 个码，再将所有1 变成1 后便得到原消息代码。本模块是采用 SC22103 专用芯片实现 AMIHDB3 编译码的
22、。在该电路中，没有采用复杂的线圈耦合的方法来实现 AMIHDB3 码的变换，而是采用 TL084 对 HDB3 码输出进行变换。编码模块中，输入的码流由 SC22103 的 1 脚在 2 脚时钟信号的推动下输入，HDB3 码与AMI 码功能由 20K01 选择。专用芯片的 14、15 脚为正向编码和负相编码输出，正负编码再通过相加器变换成 AMIHDB3 码。译码模块中，译码电路接收正负电平的 AMIHDB3 码，整流后获得同步时钟，并通过处理获得正向编码和负向编码，送往译码电路的 SC22103 专用芯片的 11、13 脚。正确译码之后 21TP01 与 20P01 的波形应一致，但由于 H
23、DB3 码的编译码规则较复杂，当前的输出 HDB3 码字与前 4 个码字有关，因而 HDB3 码的编译码时延较大。四、各测量点及开关的作用20K01：1-2，实现 AMI 功能；2-3，实现 HDB3 功能20P01：数字基带信码输入铆孔。可从“时钟与基带数据发生模块”引入不同的数字信号进行编码，如全“1” 、 全“0”及其它码组等。拨码器 4SW02：当设置为“01110”时，则 4P01 输出由 4SW01 拨码器设置的 8 比特数据，速率为 64K；当设置为“00001”时，则 4P01 输出 15 位的伪随机码数据，速率为 32K。20TP01：AMI 或 HDB3 码编译码的 64K
24、Hz 工作时钟测试点。20TP02：AMI 或 HDB3 码编码时的负向波形输出测试点。20TP03：AMI 或 HDB3 码编码时的正向波形输出测试点。20TP04：AMI 或 HDB3 码编码输出测试点。20P02:译码数字基带信码输出铆孔。注：20TP02、20TP03、20TP04 编码输出信号，都比数字基带信号 20P01 延时 4 个编码时钟周期，20TP01 作为 4 连 0 检测用；20P02 译码还原输出的数字基带信号，也比数字编码信号 21TP04 延时 4 个译码时钟周期。五、实验内容及步骤1插入有关实验模块：在关闭系统电源的条件下，将 AMI/HDB3 编译码模块、时钟
25、与基带数据发生模块，分别插到通信原理底板插座上（位号为：F、G） 。 （具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表” ） 。注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。2信号线连接： 用专用导线将 4P01、20P01 连接。注意连接铆孔箭头指向，将输出铆孔连接输入铆孔。3加电：打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。4AMI 码测试：1）跳线开关 20K01 选择 1-2 脚连，即实现 AMI 功能。2）拨码器 4SW02：设置为“01110” ， 拨码器 4SW01 设置“11111111” 。即给 AMI 编码
26、系统送入全“1”信号。观察有关测试点波形，分析实现原理，记录有关波形。3）拨码器 4SW02：设置为“01110” ， 拨码器 4SW01 设置“00000000” 。 ，即给 AMI 编码系统送入全“0”信号。观察有关测试点波形，特别注意 20TP04 点编码波形，分析原因。4）拨码器 4SW02：设置为“00001” ，即给 AMI 编码系统送入复杂信号（32K 的 15 位 m序列） 。对照 20TP01 点时钟读出 4P01 点的码序列，根据 AMI 编码规则，画出其编码波形。再观察有关测试点波形，验证自己的想法。记录有关波形。5HDB3 码测试：1）跳线开关 20K01 选择 2-3
27、 脚连，即实现 HDB3 功能。2）拨码器 4SW02：设置为“01110” ， 拨码器 4SW01 设置“11111111” 。即给 HDB3 编码系统送入全“1”信号。观察有关测试点波形，分析实现原理，记录有关波形。3）拨码器 4SW02：设置为“01110” ， 拨码器 4SW01 设置“00000000” 。 ，即给 HDB3 编码系统送入全“0”信号。观察有关测试点波形，特别注意 20TP04 点编码波形，分析原因。4）拨码器 4SW02：设置为“00001” ，即给 HDB3 编码系统送入复杂信号（32K 的 15 位 m序列） 。对照 20TP01 点时钟读出 4P01 点的码序列，根据 HDB3 编码规则，画出其编码波形。再观察有关测试点波形，验证自己的想法。记录有关波形。6关机拆线：实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验模块。注：因 AMI 或 HDB3 码的编码时钟固定为 64KHZ，所以送入的基带数据速率必须是 2 的n 次方，且不能超过 64Kb/s。另外，低于 64Kb/s 码元将本编码模块识别成 64Kb/s 的码元。六、实验报告要求1根据实验结果，画出 AMI/HDB3 码编译码电路的测量点波形图，在图上标上相位关系。2根据实验测量波形，阐述其波形编码过程。
