2路语音全双工PCM通信系统设计制作

目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)第2章总体电路设计思路与原理 (2)2.1 PCM编码原理介绍 (2)2.2 时分复用原理介绍 (5)第3章各单元电路的设计 (7)3.1定时器电路的设计 (7)3.2 PCM编译码电路的设计 (9)3.3 复接电路 (12)3.4 语音处理电路 (13)3.5 系统总电路图 (14)第4章整机系统的systemview仿真 (16)4.1 信号源的组成 (16)4.2 PCM编码器子系统模块 (17)4.3 PCM分接译码模块 (19)4.4 总通信系统的仿真 (21)第5章整个系统的实验箱调试 (24)结束语 (27)参考文献 (28)致谢 (29)2路语音全双工PCM通信系统设计制作摘要：语音编码将模拟话音信号变为数字信号的过程，是数字通信中的一项重要技术。

本课题将介绍一个2路语音全双工PCM的通信系统，两路语音中任何一方都能向对方发出信息或接受对方发过来的信息，完成全双工通信，并且采用PCM编码技术。

对于语音编译码部分将采用芯片TP3057，TP3057是A律PCM编译码集成电路。

整个电路也就是一个两路语音的时分复用通信系统。

关键词：全双工；PCM编译码；时分复用The Design and Manufacture of Two Routs Speech Full-dulplex PCM Communication System Abstract：Speech coding will analog voice signal into a digital signal process, the digital communication is one of the most important technology。

In this topic we will introduce a communicating system, which can send or receive information between bothsides, to accomplish the full-duplex mode communication,and using the technology of PCM codec.For the part of encoding and decoding we will use the TP3057 chip.TP3057 is an intergrated circuit chip of using A encoding law codec.For the whole system we can see it as a two-path time division multiplexing communicating system.Keywords:full-dulplex; PCM codec; time division multiplexing;第1章绪论随着现代通信技术的发展，为了提高通信系统信道的利用率，话音信号的传输往往采用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：Time Division Multiplexing）的特点是，对任意特定的通话呼叫，为其分配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）的数据按照固定位置分配时隙（TimeSlot：8Bit数据）合在一定速率的通路上，这个通路称为一个基群，国际上有两个不同的基群标准（PRI：Primary Rate Interface）。

美国和日本采用24支路标准，我国采用欧洲标准，使用32路标准。

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。

当采用单片集成PCM 编解码器时（如本文采用TP3057），其时分复用方式是先将各路信号分别抽样、编码、再经时分复用分配器合路后送入信道，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 PCM 编码原理介绍要完成2路语音的PCM 全双工通信，此次课题采用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。

根据CCITT 的建议，为改善小信号量化性能，采用压扩非均匀量化，有两种建议方式，分别为A 律和μ律方式，我国采用了A 律方式，由于A 律压缩实现复杂，常使用 13 折线法编码并采用非均匀量化PCM 编码。

下面将介绍PCM 编码中抽样、量化及编码的原理。

（1）抽样：所谓抽样，就是对模拟信号进行周期性扫描，把时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所有信息，也就是说能无失真的恢复原模拟信号。

它的抽样速率的下限是由抽样定理确定的。

（2）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。

模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化。

由于均匀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。

通常把满足信噪比要求的输入信号取值范围定义为动态范围。

可见，均匀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，往往采用非均匀量化。

非均匀量化是根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，其量化间隔也小；反之，量化间隔就大。

它与均匀量化相比，有两个突出的优点。

首先，当输入量化器的信号具有非均匀分布的概率密度（实际中常常是这样）时，非均匀量化器的输出端可以得到较高的平均信号量化噪声功率比；其次，非均匀量化时，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，非均匀量化的实际方法通常是将抽样值通过压缩再进行均匀量化。

通常使用的压缩器中，大多采用对数式压缩。

广泛采用的两种对数压缩律是μ压缩律和A 压缩律。

美国采用μ压缩律，我国和欧洲各国均采用A 压缩律，因此，PCM 编码方式采用的也是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：AX AAx y 10,ln 1≤<+=11,ln 1ln 1<≤++=X AAAx yA 律压扩特性是连续曲线，A 值不同压扩特性亦不同，在电路上实现这样的函数规律是相当复杂的。

实际中，往往都采用近似于A 律函数规律的13折线（A =87.6）的压 路实现，本设计中所用到的PCM 编码正是采用这种压扩特性来进行编码的。

图2.1表图2.1 A 律函数13折线示出了这种压扩特性。

表1-1列出了13折线时的x 值与计算x 值的比较。

表2-1中第二行的x 值是根据A=87.6时计算得到的，第三行的x 值是13折线分段时的值。

可见，13折线各段落的分界点与A=87.6曲线十分逼近，同时x 按2的幂次分割有利于数字化。

（3）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控制编码和译码是完全不同的，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。

通信中一般都采用第二类。

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，无论采用几位码，一般均按极性码、段落码、段内码的顺序排列。

下面结合13折线的量化来加以说明。

未压缩（1）（2） （3） （4） （5） （6）（7）（8）161814121 1y187868584838281 03216411281表2-1 13折线时的x 值与计算x 值的比较y 0 81 82 83 84 85 86 87 1 x12816.6016.3014.15179.7193.3198.111按折线 分段时的x1281641321161814121 1段落 1 2 3 4 5 6 78斜率1616842121 41表2-2 段落码与段内码段落序号段落码 量化级 段内码 8 111 15 1111 14 1110 7 110 13 1101 12 1100 6 101 11 1011 10 1010 5 100 9 1001 8 1000 4 011 7 0111 6 0110 3 010 5 0101 4 0100 2 001 3 0011 2 0010 10001 0001 00000在13折线法中，无论输入信号是正是负，均按8段折线（8个段落）进行编码。

若用8位折叠二进制码来表示输入信号的抽样量化值，其中用第一位表示量化值的极性，其余七位（第二位至第八位）则表示抽样量化值的绝对大小。

具体的做法是：用第二至第四位表示段落码，它的8种可能状态来分别代表8个段落的起点电平。

其它四位表示段内码，它的16种可能状态来分别代表每一段落的16个均匀划分的量化级。

这样处理的结果，8个段落被划分成27＝128个量化级。

段落码和8个段落之间的关系和段内码与16个量化级之间的关系如表2-2所示。

PCM编译码器的实现可以借鉴单片PCM编码器集成芯片，如：TP3057A、CD22357等。

单芯片工作时只需给出外围的时序电路即可实现，考虑到实现细节，仿真时将PCM 编译码器分为编码器和译码器模块分别实现。

2.2 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提供了条件。

具体说，就是把时间分成一些均匀的时间间隙，将各路信号的传输时间分配在不同的时间间隙，以达到互相分开，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(称分配器)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。