課程設(shè)計(jì)任務(wù)書

學(xué)生姓名： 易楊 專業(yè)班級(jí)： 電信0802 指導(dǎo)教師： 蘇揚(yáng) 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目： PCM通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) 初始條件：

具備通信課程的理論知識(shí)；具備模擬與數(shù)字電路基本電路的設(shè)計(jì)能力；掌握通信電路的設(shè)計(jì)知識(shí)，掌握通信電路的基本調(diào)試方法；自選相關(guān)電子器件；可以使用實(shí)驗(yàn)室儀器調(diào)試。 要求完成的主要任務(wù)：（包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等

具體要求）

1、PCM碼速率128KB，兩路時(shí)分復(fù)用，通信雙方有線連接，

語音信號(hào)無明顯失真，采用A律壓縮13折線芯片； 2、系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)頻率2.048MHZ，時(shí)隙同步信號(hào)頻率為8KHZ； 3、選用相應(yīng)合適的芯片，設(shè)計(jì)確定電路形式，對(duì)單元電路

和整體系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算、仿真驗(yàn)證。

4、進(jìn)行系統(tǒng)仿真，調(diào)試并完成符合要求的課程設(shè)計(jì)說明書。 時(shí)間安排：

二十二周一周，其中3天硬件設(shè)計(jì)，2天硬件調(diào)試 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日

目錄

摘要 ........................................................................ I 1 理論基礎(chǔ) ................................................................... 1

1.1 PCM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ......................................................... 1 1.2 PCM調(diào)制原理 ......................................................... 1

1.2.1 抽樣 ........................................................... 1 1.2.2 量化 ........................................................... 1 1.2.3 編碼 ........................................................... 4

2 TP3067介紹 ................................................................ 6

2.1 TP3067功能概述 ...................................................... 6 2.2 TP3067內(nèi)部邏輯框圖 .................................................. 6 2.3 TP3067引腳排列圖與功能 .............................................. 7 3 工作原理分析 ............................................................... 9 4 實(shí)驗(yàn)電路與仿真 ............................................................ 11

4.1 電路原理圖 .......................................................... 11 4.2 仿真電路模塊 ........................................................ 11

4.2.1 信號(hào)源子系統(tǒng) .................................................. 13 4.2.2 編碼器模塊 .................................................... 13 4.2.3 譯碼器模塊 .................................................... 14

5 仿真結(jié)果 .................................................................. 16 心得體會(huì) .................................................................... 18 參考文獻(xiàn) .................................................................... 19

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摘要

SystemView 仿真軟件可以實(shí)現(xiàn)多層次的通信系統(tǒng)仿真。脈沖編碼調(diào)制（PCM）是現(xiàn)代語音通信中數(shù)字化的重要編碼方式。利用SystemView 實(shí)現(xiàn)脈沖編碼調(diào)制(PCM)仿真，可以為硬件電路實(shí)現(xiàn)提供理論依據(jù)。本次課程設(shè)計(jì)將通過仿真展示PCM編碼實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)思路及具體過程，并加以進(jìn)行分析。 關(guān)鍵詞: PCM 脈沖編碼 通信系統(tǒng) SystemView

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1 理論基礎(chǔ)

1.1 PCM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

PCM即脈沖編碼調(diào)制，在通信系統(tǒng)中完成將語音信號(hào)數(shù)字化的功能，是把模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸?shù)幕痉椒ㄖ弧CM的實(shí)現(xiàn)主要包括三個(gè)步驟：抽樣、量化和編碼。這三個(gè)步驟分別完成時(shí)間上離散、幅度上離散以及量化信號(hào)的二進(jìn)制表示，把一個(gè)時(shí)間連續(xù)、取值連續(xù)的模擬信號(hào)變換成時(shí)間離散、取值離散的數(shù)字信號(hào)，然后在信道中進(jìn)行傳輸。接收機(jī)將收到的數(shù)字信號(hào)經(jīng)再生、譯碼、平滑后恢復(fù)出原始的模擬信號(hào)。

其過程表示如圖1.1。

圖1.1 PCM通信過程原理

1.2 PCM調(diào)制原理

1.2.1 抽樣

所謂抽樣，就是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行周期性掃描，把時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)變成時(shí)間上離散的信號(hào)。該模擬信號(hào)經(jīng)過抽樣后還應(yīng)當(dāng)包含原信號(hào)中所有信息，也就是說能無失真的恢復(fù)原模擬信號(hào)。它的抽樣速率的下限是由抽樣定理確定的。

1.2.2 量化

從數(shù)學(xué)上來看，量化就是把一個(gè)連續(xù)幅度值的無限數(shù)集合映射成一個(gè)離散幅度值的有限數(shù)集合。如圖1.2.2-1所示，量化器Q輸出L個(gè)量化值yk，k=1，2，

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3，…，L。yk常稱為重建電平或量化電化器輸入信號(hào)幅度x落在xk與xk?1平。當(dāng)量化器輸入信號(hào)幅度x落在xk與xk?1之間時(shí)，量化器輸出電平為yk。這個(gè)量化過程可以表達(dá)為：y?Q(x)?Q?xk?x?xk?1??yk,k?1,2,3,?,L

這里xk稱為分層電平或判決閾值。通常?k?xk?1?xk稱為量化間隔。

x 模擬入 量化器 y 量化值 圖1.2.2-1 模擬信號(hào)的量化

模擬信號(hào)的量化分為均勻量化和非均勻量化。由于均勻量化存在的主要缺點(diǎn)是：無論抽樣值大小如何，量化噪聲的均方根值都固定不變。因此，當(dāng)信號(hào)m(t)較小時(shí)，則信號(hào)量化噪聲功率比也就很小，這樣，對(duì)于弱信號(hào)時(shí)的量化信噪比就難以達(dá)到給定的要求。通常，把滿足信噪比要求的輸入信號(hào)取值范圍定義為動(dòng)態(tài)范圍，可見，均勻量化時(shí)的信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍將受到較大的。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，實(shí)際中，往往采用非均勻量化。

非均勻量化是根據(jù)信號(hào)的不同區(qū)間來確定量化間隔的。對(duì)于信號(hào)取值小的區(qū)間，其量化間隔?v也小；反之，量化間隔就大。它與均勻量化相比，有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)。首先，當(dāng)輸入量化器的信號(hào)具有非均勻分布的概率密度（實(shí)際中常常是這樣）時(shí)，非均勻量化器的輸出端可以得到較高的平均信號(hào)量化噪聲功率比；其次，非均勻量化時(shí)，量化噪聲功率的均方根值基本上與信號(hào)抽樣值成比例。因此量化噪聲對(duì)大、小信號(hào)的影響大致相同，即改善了小信號(hào)時(shí)的量化信噪比。

實(shí)際中，非均勻量化的實(shí)際方法通常是將抽樣值通過壓縮再進(jìn)行均勻量化。通常使用的壓縮器中，大多采用對(duì)數(shù)式壓縮。廣泛采用的兩種對(duì)數(shù)壓縮律是?壓縮律和A壓縮律。美國采用?壓縮律，我國和歐洲各國均采用A壓縮律，因此，PCM編碼方式采用的也是A壓縮律。

所謂A壓縮律也就是壓縮器具有如下特性的壓縮律：

y?Ax11?lnAx1,0?X? y?,?X?1 1?lnAA1?lnAAA律壓擴(kuò)特性是連續(xù)曲線，A值不同壓擴(kuò)特性亦不同，在電路上實(shí)現(xiàn)這樣的函數(shù)規(guī)律是相當(dāng)復(fù)雜的。實(shí)際中，往往都采用近似于A律函數(shù)規(guī)律的13折線

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（A=87.6）的壓擴(kuò)特性。這樣，它基本上保持了連續(xù)壓擴(kuò)特性曲線的優(yōu)點(diǎn)，又便于用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)中所用到的PCM編碼正是采用這種壓擴(kuò)特性來進(jìn)行編碼的。圖1.2.2-2示出了這種壓擴(kuò)特性。

圖1.2.2-2 13A律的量化特性曲線

表1列出了13折線時(shí)的x值與計(jì)算x值的比較。

表 1

y x 0 0 0 1 16 1 81 1282 81 60.63 81 30. 81 15.45 81 7.796 81 3.937 81 1.981 1 1 按折線 分段時(shí)的x 段落 斜率 1 1281 1 321 161 81 41 22 16 3 8 4 4 5 2 6 1 7 1 28 1 4

表1中第二行的x值是根據(jù)A?87.6時(shí)計(jì)算得到的，第三行的x值是13折線分段時(shí)的值?？梢姡?3折線各段落的分界點(diǎn)與A?87.6曲線十分逼近，同時(shí)x按

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2的冪次分割有利于數(shù)字化。

1.2.3 編碼

所謂編碼就是把量化后的信號(hào)變換成代碼，其相反的過程稱為譯碼。當(dāng)然，這里的編碼和譯碼與差錯(cuò)控制編碼和譯碼是完全不同的，前者是屬于信源編碼的范疇。

在現(xiàn)有的編碼方法中，若按編碼的速度來分，大致可分為兩大類：低速編碼和高速編碼。通信中一般都采用第二類。編碼器的種類大體上可以歸結(jié)為三類：逐次比較型、折疊級(jí)聯(lián)型、混合型。在逐次比較型編碼方式中，無論采用幾位碼，一般均按極性碼、段落碼、段內(nèi)碼的順序排列。下面結(jié)合13折線的量化來加以說明。

表2 段落碼

表3 段內(nèi)碼

量化級(jí) 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 段內(nèi)碼 1111 1110 1101 1100 1011 1010 1001 1000 0111 0110 0101 0100 0011 0010 0001 段落序號(hào) 8 段落碼 111 7 110 6 101 5 100 4 011 3 010 2 1 001 000 4

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0000 在13折線法中，無論輸入信號(hào)是正是負(fù)，均按8段折線（8個(gè)段落）進(jìn)行編碼。若用8位折疊二進(jìn)制碼來表示輸入信號(hào)的抽樣量化值，其中用第一位表示量化值的極性，其余七位（第二位至第八位）則表示抽樣量化值的絕對(duì)大小。具體的做法是：用第二至第四位表示段落碼，它的8種可能狀態(tài)來分別代表8個(gè)段落的起點(diǎn)電平。其它四位表示段內(nèi)碼，它的16種可能狀態(tài)來分別代表每一段落的16個(gè)均勻劃分的量化級(jí)。這樣處理的結(jié)果，8個(gè)段落被劃分成27＝128個(gè)量化級(jí)。段落碼和8個(gè)段落之間的關(guān)系如表2所示；段內(nèi)碼與16個(gè)量化級(jí)之間的關(guān)系見表3。

PCM編譯碼器的實(shí)現(xiàn)可以借鑒單片PCM編碼器集成芯片，如：TP3067A、CD22357等。單芯片工作時(shí)只需給出外圍的時(shí)序電路即可實(shí)現(xiàn)，考慮到實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，仿真時(shí)將PCM編譯碼器分為編碼器和譯碼器模塊分別實(shí)現(xiàn)。

本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)選擇TP3067芯片作為PCM編譯碼器，它把編譯碼器（Codec）和濾波器(Filter)集成在一個(gè)芯片上，功能比較強(qiáng)，它既可以進(jìn)行A律變換，也可以進(jìn)行u律變換，它的數(shù)據(jù)既可用固定速率傳送，也可用變速率傳送，它既可以傳輸信令幀也可以選擇它傳送無信令幀，并且還可以控制它處于低功耗備用狀態(tài)，到底使用它的什么功能可由用戶通過一些控制來選擇。TP3067可以組成模擬用戶線與程控交換設(shè)備間的接口，包含有話音A律編解碼器。自調(diào)零邏輯。話音輸入放大器、RC濾波器、開關(guān)電容低通濾波器、話音推挽功放等功能單元。TP3067具有完整的話音到PCM和PCM到話音的A律壓擴(kuò)編解碼功能。它的編碼和解碼工作既可同時(shí)進(jìn)行，也可異步進(jìn)行。

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2 TP3067介紹

2.1 TP3067功能概述

TP3067在一個(gè)芯片內(nèi)部集成了編碼電路和譯碼電路，是一個(gè)單路編譯碼器。其編碼速率為2.048MHz，每一幀數(shù)據(jù)為8位，幀同步信號(hào)為8KHz。模擬信號(hào)在編碼電路中，經(jīng)過抽樣、量化、編碼，最后得到PCM編碼信號(hào)。在單路編譯碼器中，經(jīng)變換后的PCM碼是在一個(gè)時(shí)隙中被發(fā)送出去的，在其他的時(shí)隙中編譯碼器是沒有輸出的，即對(duì)一個(gè)單路編譯碼器來說，它在一個(gè)PCM幀（32個(gè)時(shí)隙）里，只在一個(gè)特定的時(shí)隙中發(fā)送編碼信號(hào)。同樣，譯碼電路也只是在一個(gè)特定的時(shí)隙（此時(shí)隙應(yīng)與發(fā)送時(shí)隙相同，否則接收不到PCM編碼信號(hào)）里才從外部接收PCM編碼信號(hào)，然后進(jìn)行譯碼，經(jīng)過帶通濾波器、放大器后輸出。

2.2 TP3067內(nèi)部邏輯框圖

TP3067內(nèi)部邏輯框圖如圖2.2所示。

圖2.2 TP3067內(nèi)部邏輯框圖

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2.3 TP3067引腳排列圖與功能

TP3067引腳排列如圖2.3-1所示。

圖2.3-1 TP3067引腳排列

（1）VPO+：接收功率放大器的非倒相輸出 （2）GNDA：模擬地，所有信號(hào)均以該引腳為參考點(diǎn) （3）VPO-：接收功率放大器的倒相輸出 （4）VPI：接收功率放大器的倒相輸入 （5）VFRO：接收濾波器的模擬輸出 （6）Vcc：正電源引腳，Vcc=+5V+5%

（7）FSR：接收幀同步脈沖，它啟動(dòng)BCLKR，于是PCM數(shù)據(jù)移入DR，F(xiàn)SR

為8KHz脈沖序列。

（8）DR：接收數(shù)據(jù)幀輸入。PCM數(shù)據(jù)隨著FSR前沿移入DR。

（9）BCLKR/CLKSEL： 在FSR的前沿把輸入移入DR時(shí)位時(shí)鐘，其頻率可以

從KH至2.048MHz。另一方面它也可能是一個(gè)邏輯輸入，以此為在同步模式中的主時(shí)鐘選擇頻率1.536MHz、1.4MHz或2.048MHz，BCLKR用在發(fā)送和接收兩個(gè)方向。

（10）MCLKR/PDN：接收主時(shí)鐘，其頻率可以為1.536MHz、1.4MHz 或

2.048MHz。它允許與MCLKx 異步，但為了取得最佳性能應(yīng)當(dāng)與 MCLKx 同步，當(dāng) MCLKR 連續(xù)連在低電位時(shí)，CLKx 被選用為所有內(nèi)部定時(shí)，

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當(dāng)MCLKR 連續(xù)工作在高電位時(shí)，器件就處于掉電模式。

（11）MCLKx：發(fā)送主時(shí)鐘，其頻率可以是1.536MHz、1.4MHz 或2.048MHz，

它允許與MCLKR 異步，同步工作能實(shí)現(xiàn)最佳性能。

（12）BCLKx：把PCM數(shù)據(jù)從Dx 上移出的位時(shí)鐘，其頻率可以從KHz 至

2.048MHz，但必須與MCLKx 同步。 （13）Dx：由FSx 啟動(dòng)的三態(tài)PCM數(shù)據(jù)輸出。

（14）FSx：發(fā)送幀同步脈沖輸入，它啟動(dòng)BCLKx 并使Dx 上PCM數(shù)據(jù)移出

到Dx上。

（15）TSx：開漏輸出。在編碼器時(shí)隙內(nèi)為低脈沖。

（16）ANLB：模擬環(huán)路控制輸入，在正常工作時(shí)必須置為邏輯“0”，當(dāng)拉到邏

輯“1” 時(shí)，發(fā)送濾波器和發(fā)送前置放大器輸出的連接線被斷開，而改為和接收功率放大器的VPO+輸出連接。

（17）GSx：發(fā)送輸入放大器的模擬輸出，用來在外部調(diào)節(jié)增益。 （18）VFxI - ：發(fā)送輸入放大器的倒相輸入。 （19）VFxI + ：發(fā)送輸入放大器的非倒相輸入。 （20）VBB ：負(fù)電源引腳，V BB = -5V+5%。

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3 工作原理分析

在本實(shí)驗(yàn)中我們選擇TP3067進(jìn)行A律變換，以2.048Mbit/s來傳送信息，信息幀為無信令幀，它的發(fā)送時(shí)序與接收時(shí)序直接受FSx和FSR控制。 系統(tǒng)上電：

當(dāng)開始上電瞬間，加壓復(fù)位電路啟動(dòng)COMBO并使它處于掉電狀態(tài)，所有非主要電路都失效，而Dx、VFRO、VPO-、VPO+均處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。為了使器件上電，一個(gè)邏輯低電平或時(shí)鐘脈沖必須作用在MCLKR/PDN引腳上，并且FSx和FSR脈沖必須存在。于是有兩種掉電控制模式可以利用。在第一種中MCLKR/PDN引腳電位被拉高。在另一種模式中使FSx和FSr二者的輸入均連續(xù)保持低電平，在最后一個(gè)FSx或FSr脈沖之后相隔2ms左右，器件將進(jìn)入掉電狀態(tài)，一旦第一個(gè)FSx和FSr脈沖出現(xiàn)，上電就會(huì)發(fā)生。三態(tài)數(shù)據(jù)輸出將停留在高阻抗?fàn)顟B(tài)中，一直到第二個(gè)FSx脈沖出現(xiàn)。 系統(tǒng)時(shí)序：

幀同步工作：COMBO既可以用短幀，也可以用長幀同步脈沖。在加電開始時(shí)，器件采用短幀模式，在這種模式中，F(xiàn)Sx和FSr這兩個(gè)幀同步脈沖的長度均為一個(gè)位時(shí)鐘周期。在BCLKx的下降沿當(dāng)FSx為高時(shí)，BCLKx的下一個(gè)上升沿可啟動(dòng)輸出符號(hào)位的三態(tài)輸出Dx的緩沖器，緊隨其后的7個(gè)上升沿以時(shí)鐘送出剩余的7個(gè)位，而下一個(gè)下降沿則阻止Dx輸出。在BCLKR的下降沿當(dāng)FSr為高時(shí)（BCLKx在同步模式），其下一個(gè)下降沿將鎖住符號(hào)位，跟隨其后的7個(gè)下降沿鎖住剩余的7個(gè)保留位。

長幀同步工作：為了應(yīng)用長幀模式，F(xiàn)Sx和FSr這兩個(gè)幀同步脈沖的長度應(yīng)等于或大于位時(shí)鐘周期的三倍。在KHz工作狀態(tài)中，幀同步脈沖至少要在160ns內(nèi)保持低電位。隨著FSx或BCLKx的上升沿（無論哪一個(gè)先到）來到，Dx三態(tài)輸出緩沖器啟動(dòng)，于是被時(shí)鐘移出的第一比特為符號(hào)位，以后到來的BCLKx的7個(gè)上升沿以時(shí)鐘移出剩余的7位碼。隨著第8個(gè)上升沿或FSx變低（無論哪一個(gè)后發(fā)生），Dx輸出由BCLKx的下降沿來阻塞，在以后8個(gè)BCLKR的下降沿（BCLKR），接收幀同步脈沖FSR的上升沿將鎖住DR的PCM數(shù)據(jù)。

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編譯碼器的工作是由時(shí)序電路控制的。在編碼電路中，進(jìn)行取樣、量化、編碼，譯碼電路經(jīng)過譯碼低通、放大后輸出模擬信號(hào)，把這兩部分集成在一個(gè)芯片上就是一個(gè)單路編譯碼器.單路編譯碼器變換后的8位PCM碼字是在一個(gè)時(shí)隙中被發(fā)送出去，這個(gè)時(shí)序號(hào)是由A/D控制電路來決定的，而在其它時(shí)隙時(shí)編碼器是沒有輸出的。同樣在一個(gè)PCM幀里，它的譯碼電路也只能在一個(gè)由它自己的時(shí)序里，從外部接收8位PCM碼。單路編譯碼器的發(fā)送時(shí)序和接收時(shí)序可由外部電路來控制。只要向A/D控制電路或D/A控制電路發(fā)某種命令即可控制單路編譯碼器的發(fā)送時(shí)序和接收時(shí)序號(hào)，從而也可以達(dá)到總線交換的目的。不同的單路編譯碼器對(duì)其發(fā)送時(shí)序和接收時(shí)序的控制方式都有所不同，有些編譯碼器有二種方式，一種是編程法，即給它內(nèi)部的控制電路輸進(jìn)一個(gè)控制字，分配其時(shí)隙；另一種是直接控制，這時(shí)它有兩個(gè)控制端，我們定義為FSx和FSR，它們是周期性的，并且它的周期和多路PCM的幀周期相同，為125μs，這樣，每來一個(gè)FSx，編譯碼器就輸出一個(gè)PCM碼字，每來一個(gè)FSR，編譯碼器就從外部輸入一個(gè)PCM碼字。

編譯碼器一般都有一個(gè)PDN降功耗控制端，PDN=l時(shí)，編譯碼能正常工作，PDN=0時(shí)，編譯碼器處于低功耗狀態(tài)，這時(shí)編譯碼器其它功能都不起作用，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)，可以接MUC等控制芯片以實(shí)現(xiàn)對(duì)編譯碼器的降功耗控制。

考慮到系統(tǒng)時(shí)鐘頻率較高,本系統(tǒng)利用VHDL設(shè)計(jì)pcm編碼芯片的控制,生成時(shí)鐘信號(hào),發(fā)送時(shí)添加幀同步碼,解碼時(shí)檢測(cè)幀同步碼.以控制編解碼的時(shí)序?qū)崿F(xiàn)編解碼功能. 本系統(tǒng)中所有的時(shí)隙都是從頻率為8.102MHz的外部時(shí)鐘信號(hào)頻后得到2.048MHz的碼同步時(shí)鐘，再經(jīng)分頻分相后得到8KHz的幀同步時(shí)鐘.

幀同步碼的添加是在時(shí)鐘信號(hào)控制下輸出幀同步碼的時(shí)隙中對(duì)預(yù)置幀同步編碼逐位輸出實(shí)現(xiàn)的. 幀同步信號(hào)的提取是用在時(shí)鐘信號(hào)控制下信號(hào)通過移位寄存器構(gòu)成的并/串轉(zhuǎn)換電路的輸出信號(hào)與與置信號(hào)比較而實(shí)現(xiàn)的，幀同步信號(hào)的頻率為位同步信號(hào)的256分之一。撥碼開關(guān)SW1, SW1可分別設(shè)置編解碼時(shí)幀同步碼的碼型。為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力減小誤解碼率,可以增加幀同步碼的位數(shù).這里只是為了說明原理所以選擇8位。

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4 實(shí)驗(yàn)電路與仿真

4.1 電路原理圖

實(shí)驗(yàn)電路原理如圖4.1所示

圖4.1 PCM電路原理圖

4.2 仿真電路模塊

整個(gè)電路由信號(hào)源子系統(tǒng)、編碼器模塊和譯碼器模塊構(gòu)成。其總體電路如下圖4.2所示：

圖4.2 仿真總體電路

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所有模塊屬性如下表4：

表4

符號(hào) 12 7 名稱 信號(hào)源子系統(tǒng) Sinusoid 參數(shù)設(shè)置 Amp = 1 v ， Freq = 1e+3 Hz ， Phase = 0 deg， Output 0 = Sine t4 ，Output 1 = Cosine 8 Sinusoid Amp = 1 v，F(xiàn)req = 1.5e+3 Hz， Phase = 0 deg， Output 0 = Sine t4 ，Output 1 = Cosine 9 Sinusoid Amp = 1 v，F(xiàn)req = 500 Hz， Phase = 0 deg， Output 0 = Sine t4 ，Output 1 = Cosine 10 11 3 4 5 14 19 13 Adder Meta Out Analysis Logic: ADC Inputs from 7 8 9，Outputs to 11 Input from10 Output to 3 20 Two's Complement，Gate Delay = 0 sec，Threshold = 500e-3 v， True Output = 1 v，F(xiàn)alse Output = 0 v，No. Bits = 8 ，Min Input = -2.5 v，Max Input = 2.5 v，Rise Time = 0 sec，Analog = t21 Output 0， Clock = t1 Output 0 0 Logic: DAC Two's Complement，Gate Delay = 0 sec，Threshold = 500e-3 No. Bits = 8 ，Min Output = -2.5 v，Max Output = 2.5 v， D-0 = t13 Output 0，D-1 = t13 Output 1，D-2 = t13 Output 2， D-3 = t13 Output 3，D-4 = t13 Output 4 2 20 Operator:Linear Sys Lowpass IIR 1 18 Source: Pulse Amp = 1 v，F(xiàn)req = 10e+3 Hz Train 21 6 16 Comm: DeCompand Comm: Compander PulseW = 20.e-6 sec，Offset = 0 v，Phase = 0 deg A-Law，Max Input = ±2.5 A-Law，Max Input = ±2.5 3 Poles， Fc = 1.8e+3 Hz，Quant Bits = None Butterworth Init Cndtn = Transient，DSP Mode Disabled Source: Pulse Amp = 1 v，F(xiàn)req = 30e+3 Hz，PulseW = 20.e-6 sec Train Offset = 0 v，Phase = 0 deg 17 Source: Pulse Amp = 1 v，F(xiàn)req = 20e+3 Hz，PulseW = 20.e-6 sec Train Offset = 0 v，Phase = 0 deg Gate Delay = 0 sec，Threshold = 500.e-3 v True Output = 1 v，F(xiàn)alse Output = 0 15 Logic: Mux-D-8

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4.2.1 信號(hào)源子系統(tǒng)

信號(hào)源子系統(tǒng)由三個(gè)幅度相同、頻率不同的正弦信號(hào)（圖符7、8、9）構(gòu)成，用來產(chǎn)生信號(hào)，其結(jié)構(gòu)如下圖4.2-1所示：

圖4.2.1 信號(hào)源子系統(tǒng)

4.2.2 編碼器模塊

PCM編碼器模塊主要由低通濾波器（圖符15）、瞬時(shí)壓縮器（圖符16）、A/D轉(zhuǎn)換器（圖符8）、并/串轉(zhuǎn)換器（圖符10）、輸出端子構(gòu)成（圖符9），實(shí)現(xiàn)模型如下圖4.2-2所示:

圖4.2.2 PCM編碼器模塊

信源信號(hào)經(jīng)過 PCM 編碼器低通濾波器（圖符15）完成信號(hào)頻帶過濾，由于PCM量化采用非均勻量化，還要使用瞬時(shí)壓縮器實(shí)現(xiàn)A律壓縮后再進(jìn)行均勻量化，A/D轉(zhuǎn)換器（圖符8）完成采樣及量化，由于A/D轉(zhuǎn)換器的輸出是并行數(shù)據(jù)，必須通過數(shù)據(jù)選擇器（圖符10）完成并/串轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，最后通過圖符9輸出PCM編碼信號(hào)。 組件功能：

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（1）低通濾波器：為實(shí)現(xiàn)信號(hào)的語音頻率特性，考慮到濾波器在通帶和阻帶之間的過渡，采用了低通濾波器，而沒有設(shè)計(jì)帶通濾波器。為實(shí)現(xiàn)信號(hào)在 300Hz－3400Hz的語音頻帶內(nèi)，在這里采用了一個(gè)階數(shù)為3階的切比雪夫?yàn)V波器，其具有在通帶內(nèi)等波紋、阻帶內(nèi)單調(diào)的特性。

（2）瞬時(shí)壓縮器：瞬時(shí)壓縮器（圖符16）使用了我國現(xiàn)采用A律壓縮，注意在譯碼時(shí)擴(kuò)張器也應(yīng)采用A律解壓。對(duì)比壓縮前后時(shí)域信號(hào)（見圖6, 圖7），明顯看到對(duì)數(shù)壓縮時(shí)小信號(hào)明顯放大，而大信號(hào)被壓縮，從而提高了小信號(hào)的信噪比，這樣可以使用較少位數(shù)的量化滿足語音傳輸?shù)男枰?p>（3）A/D 轉(zhuǎn)換器：完成經(jīng)過瞬時(shí)壓縮后信號(hào)時(shí)間及幅度的離散，通常認(rèn)為語音的頻帶在300Hz－3400Hz，根據(jù)低通采樣定理，采樣頻率應(yīng)大于信號(hào)最高頻率兩倍以上，在這里A/D的采樣頻率為8Hz即可滿足，均勻量化電平數(shù)為256級(jí)量化，編碼用8bit表示，其中第一位為極性表示，這樣產(chǎn)生了kbit/s的語音壓縮編碼。

（4）數(shù)據(jù)選擇器：圖符10為帶使能端的8路數(shù)據(jù)選擇器，與74151功能相同，在這里完成A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)的并/串轉(zhuǎn)換，圖符11、12、13為選擇控制端，在這里控制輪流輸出并行數(shù)據(jù)為串行數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)選擇器還可以實(shí)現(xiàn)碼速轉(zhuǎn)換功能。

4.2.3 譯碼器模塊

PCM譯碼器是實(shí)現(xiàn)PCM編碼的逆系統(tǒng)。 PCM譯碼器模塊主要由ADC出來的PCM數(shù)據(jù)輸出端、D/A轉(zhuǎn)換器、瞬時(shí)擴(kuò)張器、低通濾波器構(gòu)成。實(shí)現(xiàn)模型如下圖4.2-3所示：

圖4.2.3 PCM譯碼器模塊

組件功能：

（1）D/A轉(zhuǎn)換器(圖符1)：用來實(shí)現(xiàn)與A/D轉(zhuǎn)換相反的過程，實(shí)現(xiàn)數(shù)字量轉(zhuǎn)化

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為模擬量，從而達(dá)到譯碼最基本的要求，也就是最起碼要有步驟。

（2）瞬時(shí)擴(kuò)張器（圖符8）：實(shí)現(xiàn)與瞬時(shí)壓縮器相反的功能，由于采用 A 律壓縮，擴(kuò)張也必須采用A律瞬時(shí)擴(kuò)張器。

（3）低通濾波器（圖符3）：由于采樣脈沖不可能是理想沖激函數(shù)會(huì)引入孔徑失真，量化時(shí)也會(huì)帶來量化噪聲，及信號(hào)再生時(shí)引入的定時(shí)抖動(dòng)失真，需要對(duì)再生信號(hào)進(jìn)行幅度及相位的補(bǔ)償，同時(shí)濾除高頻分量，在這里使用與編碼模塊中相同的低通濾波器。

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5 仿真結(jié)果

用SystemView軟件進(jìn)行仿真得到下列波形：

1 信號(hào)源的波形：

2 信號(hào)源經(jīng)壓縮后的波形:

3 PCM編碼的波形：

4 PCM譯碼時(shí)經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)化并用A律擴(kuò)張后的輸出波形：

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5譯碼后恢復(fù)源信號(hào)的輸出波形：

由以上等波形可以看出：在PCM編碼的過程中，譯碼輸出的波形具有一定的延遲現(xiàn)象，但其波形基本上不失真地在接收端得到恢復(fù)，傳輸?shù)倪^程中實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化的傳輸過程。

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心得體會(huì)

在為期不長的通信原理課程設(shè)計(jì)過程中，從選課題查資料，到學(xué)軟件做仿真，再到檢測(cè)與調(diào)試，我都收獲了很多。不光理論知識(shí)得到了強(qiáng)化，實(shí)踐動(dòng)手能力也被大大增強(qiáng)了，此外我對(duì)課程設(shè)計(jì)的流程也更熟稔了。

在知識(shí)方面，我不僅回顧了這個(gè)學(xué)期所學(xué)的通信原理基礎(chǔ)理論知識(shí)，在相關(guān)的知識(shí)方面也得到了拓展與深化。

由于任務(wù)還要求對(duì)仿真軟件進(jìn)行自學(xué)，我們便全身心地投入到軟件的探索之中，并終于由開始的一竅不通到現(xiàn)在的初窺門徑。在SystemView之前，我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過了Protel，Proteus與Matlab，以及數(shù)電理論實(shí)驗(yàn)所用的EWB等軟件，它們?cè)谝欢ǖ某潭壬隙加邢嗨浦?。通過這段時(shí)間的接觸，發(fā)覺SystemView軟件還是比較好用的。

此次課程設(shè)計(jì)，讓我對(duì)通信原理等科目有了更深入細(xì)致的了解。同時(shí)我也深深發(fā)覺到，僅懂得理論、紙上談兵是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，我們還需要進(jìn)行更多的實(shí)物制作，或是軟件仿真，因?yàn)楫?dāng)理論運(yùn)用到實(shí)際中時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)很多的問題與偏差。所以這次的實(shí)踐是非常合時(shí)并且有意義的。

最后感謝指導(dǎo)教師的悉心教導(dǎo)，謝謝！

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參考文獻(xiàn)

【1】《通信原理（第六版）》，樊昌信、曹麗娜編著，國防工業(yè)出版社，2007 【2】《高頻電子線路（第三版）》，張肅文、陸兆熊編，高等教育出版社，1996 【3】《現(xiàn)代通信原理及應(yīng)用》，苗長云主編，電子工業(yè)出版社，2005

【4】《SystemView動(dòng)態(tài)系統(tǒng)分析及通信系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)》，羅衛(wèi)兵、孫樺、張捷著，西安電子

科技大學(xué)出版社，2001

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