通信原理实验报告PCMADPCM编译码实验

PCM/ADPCM编译码实验

一、实验原理和电路说明

PCM/ADPCM编译码模块将来自用户接口模块的模拟信号进行PCM/ADPCM编译码，该模块采用MC145540集成电路完成PCM/ADPCM编译码功能。该器件工作前通过显示控制模块将其配置成直接PCM或ADPCM模式，使其具有以下功能：

1、对来自接口模块发支路的模拟信号进行PCM编码输出。

2、将输入的PCM码字进行译码（即通话对方的PCM码字），并将译码之后的模拟信

号送入用户接口模块。

电路工作原理如下：

PCM/ADPCM编译码模块中，由收、发两个支路组成，在发送支路上发送信号经U501A 运放后放大后，送入U502的2脚进行PCM/ADPCM编码。编码输出时钟为BCLK（256KHz），编码数据从语音编译码集成电路U502（MC145540）的20脚输出（DT_ADPCM1），FSX为编码抽样时钟（8KHz），晶振U503（20.48MHz）。编码之后的数据结果送入后续数据复接模块进行处理，或直接送到对方PCM/ADPCM译码单元。在接收支路中，收数据是来自解数据复接模块的信号（DT_ADPCM_MUX），或是直接来自对方PCM/ADPCM编码单元信号（DT_ADPCM2），在接收帧同步时钟FSX（8KHz）与接收输入时钟BCLK（256KHz）的共同作用下，将接收数据送入U502中进行PCM/ADPCM译码。译码之后的模拟信号经运放U501B放大缓冲输出，送到用户接口模块中。

二、实验内容及现象记录与分析

1.准备工作：加电后，将KB03置于左端PCM编码位置，此时MC145540工作在PCM

编码状态。将K501设置在右边。

2.PCM/ADPCM编码信号输出时钟和抽样时钟信号观测

①输出时钟和抽样时钟即帧同步时隙信号观测：测量、分析和掌握PCM编

码抽样时钟信号与输出时钟的频率、占空比以及它们之间的对应关系等。

记录与分析：

输出时钟。由图中右侧测量数据可见，抽样信号频率为8kHz，输出时钟信

号频率为256kHz（见下图CH2频率，上图测得为260.4kHz存在误差，因为时间轴选取得太密）。

由上图可以看出，蓝色输出时钟信号占空比为50%。一个抽样时钟高电平内有8个输出时钟周期，一个抽样时钟低电平内有24个输出时钟周期，推得黄色抽样时钟信号占空比为25%，输出时钟信号与抽样时钟信号都是方波且具有相同的相位。下图为相应的芯片时序图：

PCM对电平进行256级量化，即对于每一个采样点进行8bit的编码，抽样信号为8kHz则编译码信号的频率应为64kHz。而实际中并不是整个抽样周期间隔都用来传输这8bit，只用周期的1/4来发送数据，所以抽样时钟上的占空比为25%。此举为实际应用中对信号进行多路复用提供了条件。所以输出时钟为64kHz的4倍，即256 kHz。

②抽样时钟信号与PCM编码数据测量：分析和掌握PCM编码输出数据与抽样时钟信号及输出时钟的对应关系。

记录与分析：

上图中黄色CH1信号为抽样时钟信号，蓝色CH2信号为PCM编码输出信号。可见当抽样时钟信号为高电平时，PCM编码有输出，当抽样时钟为低电平时，PCM编码输出恒为低电平。由上文已知抽样时钟高电平内有8个输出时钟周期，所以PCM编码输出信号一次输出对应8个输出时钟周期。

由上图可见PCM编码输出信号的下降沿不是垂直的，而是倾斜下滑的。由上文芯片时序图知DT的最后一个比特数据只占半个周期。如果最后一个比特是0则对PCM编码输出无影响，如果最后一个比特是1，那么在后半个周期电平会被下拉至0，则PCM编码输出信号出现下降沿不垂直而是倾斜的情况。

③在ADPCM编码状态。重复上述步骤：比较PCM编码和ADPCM编码时

序,码元传送速率上的区别。

记录与分析：

黄色CH1信号为ADPCM编码信号抽样时钟，蓝色CH2信号为输出时钟。前者为8kHz，后者为256kHz，与PCM情况相同。

由上图可见，ADPCM的输出时钟占空比与PCM相同，仍为50%，而抽样时钟高电平只对应4个输出时钟周期，所以占空比只有PCM的一半，即12.5%，而采样频率8kHz并没有变，也就是每个采样点由原来PCM的采样8bit变为采样4bit。则码元速率由PCM的64kHz降为32kHz。相应的芯片时序图见下图：

ADPCM编码信号与PCM类似，见下图：

两者区别在于ADPCM编码信号在一个抽样时钟高点平内只输出4bit，而不是PCM编码的8bit。

3.PCM编码

①分析和掌握PCM编码输出数据与抽样时钟信号（同步沿、脉冲宽度）及输出时钟的对应关系。由于是对1kHz信号进行8KHz采样，因此必须记录下连续的8个编码数据。记录与分析：

测得连续8个输出值为：

NO1:10100111

NO2:10001110

NO3:10001101

NO4;10011110

NO5;00100111

NO6:00001110

NO7:00001101

NO8;00011110

可以发现点1、2、3、4与5、6、7、8对应互为相反数，即点n与点n+4除第一位符号位不同外，其余7位数字完全相同，也即每半个周期对应4个抽样点。与8kHz对1kHz信号进行抽样的条件相符。

由于点数太多，不一一展开，选取2个点作为例子：

这是NO1：10100111

这是NO5：00100111

②由测量数据，按照A律13折线或u律15折线编码规则通过matlab计算恢复正弦波形：要求编写matlab程序将所测量的PCM编码数据按照G.711标准中的A律和u律编码规则恢复为电平值，按A律和u律需分别绘出至少3张图：PCM编码数据恢复后的波形图及其频谱图。将采样点插值后得到平滑正弦波形图。

Matlab程序与分析：

A律：

设计思路：PCM编码分为三段，第1位为符号位，2-4位为段落码，5-8位

为电平码，由下图可知对应关系。