如何选择网站托管公司,公众号链接转wordpress,孟村网 网站,佛山网站建设外包PCM编译码 实验目的
理解PCM编译码原理及PCM编译码性能熟悉PCM编译码专用集成芯片的功能和使用方法及各种时钟关系熟悉语音数字化技术的主要指标及测量方法
主要仪器设备及软件
硬件#xff1a;多功能实验箱、示波器、导线
软件#xff1a;无 实验原理
1. 抽样信号的量…PCM编译码 实验目的
理解PCM编译码原理及PCM编译码性能熟悉PCM编译码专用集成芯片的功能和使用方法及各种时钟关系熟悉语音数字化技术的主要指标及测量方法
主要仪器设备及软件
硬件多功能实验箱、示波器、导线
软件无 实验原理
1. 抽样信号的量化原理
抽样信号的量化是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号的过程。其原理如下
将连续的模拟信号进行采样得到一系列的采样值。将采样值映射为离散的数字量。具体地将采样值划分为若干个离散的量化级别每个量化级别对应一个数字量。例如将采样值划分为256个量化级别每个量化级别对应一个8位二进制数字量。将每个采样值映射为其所在的量化级别对应的数字量。具体地将采样值与量化级别进行比较确定其所在的量化级别并将该量化级别对应的数字量作为该采样值的量化结果。将量化结果编码为数字信号。具体地将每个量化结果转换为对应的二进制数字并将这些二进制数字组合为数字信号输出。
2PSK调制具有简单、易实现的优点但由于只有两个相位角度传输速率较低且对于噪声和干扰的抵抗能力较弱。因此在实际应用中通常采用更高阶的PSK调制方式来提高传输速率和抗干扰性能。
抽样信号的量化可以分为两种方式均匀量化和非均匀量化。
1、均匀量化
均匀量化是将量化区间等分为若干个等宽的子区间每个子区间代表一个量化级别。在均匀量化中量化器的精度由量化区间的数量来决定。均匀量化的优点是实现简单、易于理解和计算但是在量化低幅度信号时存在量化误差较大的问题。
2、非均匀量化
非均匀量化是将量化区间划分为不等宽的子区间每个子区间代表一个量化级别。在非均匀量化中量化器的精度由量化区间的宽度来决定。非均匀量化的优点是可以在低幅度信号处提供更高的精度从而减小量化误差。非均匀量化的常见方法包括
自适应量化根据信号的幅度动态调整量化区间的宽度以提高量化精度。
微分量化在量化之前先对信号进行微分再进行均匀量化从而在低幅度信号处提供更高的精度。
对数量化将信号转换为对数形式再进行均匀量化从而在低幅度信号处提供更高的精度。
总的来说非均匀量化相对于均匀量化来说可以提供更高的量化精度但是实现复杂度较高需要更多的硬件资源。在实际应用中需要根据具体情况选择合适的量化方式。
2. 脉冲编码调制的基本原理
脉冲编码调制PCM是一种将模拟信号转换为数字信号的技术其基本原理如下
采样对模拟信号进行采样将连续的模拟信号转换为一系列的离散样本。量化将采样值映射为离散的数字量。具体地将采样值划分为若干个离散的量化级别每个量化级别对应一个数字量。例如将采样值划分为256个量化级别每个量化级别对应一个8位二进制数字量。编码将每个采样值映射为其所在的量化级别对应的数字量。具体地将采样值与量化级别进行比较确定其所在的量化级别并将该量化级别对应的数字量作为该采样值的量化结果。调制将数字量转换为脉冲信号。具体地将每个数字量转换为对应的二进制数字并将这些二进制数字组合为脉冲信号输出。常见的调制方式包括脉冲振幅调制PAM、脉冲宽度调制PWM和脉冲位置调制PPM等。
3. PCM编码硬件实现
PCM编码的硬件实现通常包括以下几个模块
采样模块采样模块通常由模拟信号输入、采样电路和采样保持电路组成。模拟信号通过输入端口进入采样电路经过采样电路将模拟信号转换为模拟电压值然后通过采样保持电路将采样值保持在一个电容器或者保持电路中以便后续的量化和编码处理。量化模块量化模块通常由比较器、参考电压源和编码器组成。比较器将采样值与参考电压进行比较确定其所在的量化级别并将该量化级别对应的数字量输出。编码器将数字量转换为二进制数字并输出到调制模块。调制模块调制模块通常由时钟、计数器、寄存器和输出缓冲器组成。时钟提供时序信号计数器计算时钟的周期数寄存器存储采样值的二进制数字输出缓冲器将二进制数字转换为脉冲信号输出。控制模块控制模块通常由微处理器、控制逻辑和时序控制电路组成。微处理器负责控制整个PCM编码系统的工作流程控制逻辑负责控制各个模块的工作状态时序控制电路负责控制时序信号的生成和分配。
这里我们使用TP3057实现PCM编译码。TP3057是一种集成了PCM编码与解码功能的芯片被广泛应用于计算机音频、数码音频、语音存储、数字通信和音频播放等领域。它内部集成了采样、量化、编码和调制等各种模块能够实现高质量的数字信号处理。
下面是TP3057实现PCM编码的主要步骤
采样电路TP3057内部集成了采样电路用于对输入的模拟信号进行采样。采样电路的工作频率可通过外部晶振进行设置通常为8kHz。采样值将被传输到量化模块进行处理。量化模块TP3057内部的量化模块使用了24位的宽动态范围ΔΣ模数转换器。该模块首先将采样值限制到一个固定的量化范围内然后使用ΔΣ调制算法将其编码成数字信号。ΔΣ调制算法使用高速脉冲序列来表示数字信号通过计算这些脉冲的密度来提高编码的精度。调制器TP3057内部的调制器使用了PLL锁相环技术生成高精度的时钟信号并将数字信号转换为高速序列脉冲输出到输出缓冲器中。输出缓冲器TP3057内部的输出缓冲器负责将二进制码流转换成可输出的数字信号并提供电平调制信号。将该信号输入到数字信号解调器中将其转换回模拟信号。 此外TP3057还支持数字信号的解码可以将数字信号转换成模拟信号。通过相应的接口TP3057可以方便地与其他数字电路、计算机或音频系统连接起来实现高质量、可靠的数字信号处理。 实验电路图 节点说明
1.DDS1:模拟信号输出
2.P04:扬声器输入
3.3P1:原始信号的输入铆孔
4.3P3:带限输出铆孔
5.3P4:编码输出
6.3P5:PCM译码输入
7.3P6:模拟信号恢复输出
8.3P7:抽样脉冲
9.3P8:线路时钟 实验步骤和实验结果
1设置有关实验模块
打开多功能实验箱了解基础操作设置实验模块。实验内容选择实验项目-原理实验-信源编译码实验-PCM编译码原理。
2导线连接
使用信号连接线按照实验电路图进行连接。
3. 接入示波器
打开示波器开关将导线接入实验箱的对应要测量的节点。
4. PCM译码观测
用导线连接3P4和 3P5此时将PCM输出编码数据直接送入本地译码器,构成自环。用示波器同时观测输入模拟信号3TP1和译码器输出信号3TP6观测信号时以3TP1做同步。定性的观测解码信号与输入信号1000HZ、2Vpp)的关系:质量、电平、延时。4.PCM频率响应测量
将测试信号电平固定在2Vp-p调整测试信号频率定性的观测译码恢复出的模拟信号电平。观测输出信号信电平相对变化随输入信号频率变化的相对关系。用点频法测量。测量频率范围:200Hz~4000Hz。
5. PCM译码失真测量
将测试信号频率固定在1000Hz改变测试信号电平输入信号的最大幅度为5Vp-p)用示波器定性的观测译码恢复出的模拟信号质量(通过示波器对比编码前和译码后信号波形平滑度)。
使用双踪示波器分别观察2P1和2P3点击“基带设置”按钮,设置基带速率为“15-PN”“64K”点击“设置”进行修改。观察示波器观测波形的变化理解并掌握基带数据设置的基本方法。
6. PCM编译码系统增益测量
DDS1产生一个频率为100OHz、电平为2Vp-p的正弦波测试信号送入信号测试端口3P1。用示波器或电平表测输出信号端口3TP6的电平。将收发电平的倍数增益换算为dB表示。
7关机拆线
实验结束关闭电源拆除导线还原实验箱。 实验成果
1.定性描述PCM编译码的特性、编码规则并填下表 频率:1kHZ 幅度:2Vpp 样点1 样点2 样点3 样点4 样点5 样点6 样点7 样点8 量化值 466 -269 -860 -951 -492 269 860 951 编码值 11011 110 01010 001 01101 011 01101 110 01011 111 11010 001 11101 011 11101 110
2.描述PCM编码串行同步接口的时序关系
PCM编码串行同步接口的时序关系如下
1. 主机向PCM编码器发送同步信号使其处于同步状态。
2. 主机发送时钟信号使PCM编码器按照指定的采样率进行采样。
3. PCM编码器将采样到的模拟信号转换为数字信号并将其编码为PCM码。
4. PCM编码器将编码后的PCM码按照位序列的顺序依次输出到串行数据线上。
5. 主机在时钟信号的边沿上读取串行数据线上的数据并进行解码和处理。
6. 主机发送同步信号使PCM编码器进入下一个采样周期重复以上步骤。
3.填下下表并画出 PCM的频响特性 输入频率Hz 200 500 800 1000 2000 3000 3400 3600 输出幅度(V) 3 5 6 10 12 13 16 19
4.填下下表并画出PCM的动态范围:输入幅度(V) 输入幅度V 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 5 输出幅度 2 2.4 3 3.5 4 5.1 6 9 实验小结
通过本次实验理解PCM编译码原理及PCM编译码性能熟悉PCM编译码专用集成芯片的功能和使用方法及各种时钟间的关系熟悉语音数字化技术的主要指标及测量方法PCM编码原理验证理解带限滤波器作用、A律编码规则PCM编译码性能测量观测编译码电路频响、时延、失真、增益等。
