实验十 自适应差分脉冲编码调制与解调实验

实验十自适应差分脉冲编码调制与解调实验

一、实验目的

1、加深对自适应差分脉冲编码调制工作原理的理解。

2、了解大规模集成电路MC145540的电路组成及工作原理。

二、实验内容

1、观察各测量点波形并画出图形，注意时间对应关系。

2、在有可能的情况下，编写程序并在此电路板上进行调试。

三、实验仪器

1、信号源模块

2、模拟信号数字化模块

3、终端模块（可选）

4、频谱分析模块（可选）

5、20M双踪示波器一台

6、频率计（可选）一台

7、音频信号发生器（可选）一台

8、立体声单放机（可选）一台

9、立体声耳机（可选）一副

10、连接线若干

四、实验原理

1、调制原理框图

信号

在进行ADPCM编码前，先要将A律PCM码变换成自然二进制码，即线性PCM码。

2、解调原理框图

输出

ADPCM

输入

同样在解码部分，需要进行一次反变换，把ADPCM 码解码得到用线性PCM 码变换成A 律对数PCM 信号输出。

本实验模块中实现自适应差分脉码调制ADPCM 采用的是大规模集成电路专用芯片MC145540。MC145540的量化器与预测器均为自适应方式。当以高于奈奎斯特速率对话音或视频信号抽样时，在前后样值间可以看到有明显的相关性，将这些相关样值按通常PCM 系统的方式加以编码时会使得编码信号含有多余信息。如果在编码前将这种多余信息去掉，则可得到效率较高的编码信号。为此，可先利用信号()s nT X 的相关性对未来样值进行预测，预测器通常为抽头延时滤波器（即FIR 滤波器）。线性预测器的预测值为：

∑-=-=1

0)()(n i s s i s iT nT x a nT X

其中i a 为预测系数，在DPCM 中为常数，在ADPCM 中为自适应变量。N 为预测阶数。可以根据预测误差能量最小的准则求出预测系数i a 。这样，PCM 编码器就只是对差值信号()()()s s s nT X nT X nT e -=进行量化和编码，以达到DPCM 或ADPCM 编码的目的。

模拟信号从“S-IN ”点输入，经电容E09（10μF ）、电阻R31（10K Ω）后到运放的反相输入TI -端，运放的输出端一方面送至增益调整电路和滤波器电路，另一方面，经过TG 端至反馈电阻R32（10K Ω）到运放的反相输入TI -端，运放的输出端一方面送至增益调整电路和滤波器电路 ，放大倍数=R31/R32=10K Ω/10K Ω=1，故为1:1，没有放大作用。滤波器的输出信号一方面送至侧音增益调整电路，另一方面送至模/数转换电路，变成数字信号，进入PCM 编码电路，输出PCM 信号，再经过ADPCM 编码电路，输出到发送串行移位寄存器电路中，最后ADPCM 数据从第20引脚（DT 端）输出。ADPCM 数据信号从第25引脚（DR 端）进入，串行输入至接收串行移位寄存器电路中，经过ADPCM 译码器进行译码，输出PCM 数据码，再经过接收数字增益调整电路后从第5引脚（RO 端）输出模拟信号。特别强调的是，该芯片的工作是由外部CPU 对其内部16个字节的RAM 进行编程，由程序进行控制。

五、实验步骤及注意事项

1、将信号源模块、模拟信号数字化模块、频谱分析模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良

好。

2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下三个模块中的相应开关POWER1、POWER2，

对应的发光二极管LED01、LED02发光，按一下信号源模块的复位键，三个模块均开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）

3、将信号源模块产生的频率为2KHz 、峰-峰值为1V 左右的正弦波从信号输入点“S-IN ”输入模拟

信号数字化模块，将信号源模块的信号输出点“256K ”、“8K ”分别与模拟信号数字化模块的

信号输入点“256K”、“Z8K”连接，按一下模拟信号数字化模块的“复位”键，使单片机U06复位，观察信号输出点“ADPCM”的波形，观察信号输出点“LS-OUT”“RS-OUT”输出的波形，调节模拟信号数字化模块上标号为“幅度调节”的电位器可以改变信号输出点“LS-OUT”

“RS-OUT”输出的信号幅度。（因为是对随机信号进行编码，所以用模拟示波器无法同步信号输出点“ADPCM”，必须用数字存储示波器才能清楚观察到该点波形）

4、将信号输出点“LS-OUT”与信号输出点“ADPCM”输出的信号送入频谱分析模块，分别观察两信

号的频谱，记录下来。（可选）

5、改变输入正弦信号的频率（大于3400Hz或小于300Hz）和幅度，重复观察上述各点波形。

六、实验结果

ADPCM输入：

S—IN：2KHz，Vp-p=1V的正弦波

256K：信号源测试点256K产生的方波

Z8K：信号源测试点8K产生的方波

1、20.48M测试点（20.48M晶振振荡

2、 ADPCM测试点

信号输出点）输出的波形输出的波形（调制后）

3、解调输出测试点（有两个）

4、解调输出测试点（有两个）

输出的波形（解调后）输出的波形（解调后）

5、解调输出测试点（两个一起，用示波器双踪观察）

输出的波形（解调后）

七、思考题答案

1、ADPCM与PCM两种将模拟信号转化为数字信号的方法各有什么优点和缺点？

答：可参考任何通信原理教材。此不详述。

2、单片机U06是如何对MC145540内部的16个字节的RAM进行控制的？

答：本实验中由U06的P1.3、P1.4、P1.5、P1.6对MC145540内部的16个字节的RAM进行控制的。

八、提问及解答

1、画出增量脉冲编码调制系统组成方框图

2、差分脉冲编码调制系统输出的量化信噪比与哪些因素有关？

答：信号量噪比如下：

S/N

q =3N（M-1）2/8π2 * f

s

3/f

2f

L

上式表明，信号量噪比随编码位数N和抽样频率f s的增大而增大。

九、扩展实验

1、用单放机或音频信号发生器的输出信号代替信号源模块产生的正弦波，重复上述操作和观察。

将信号输出点“LS-OUT”“RS-OUT”的波形引入终端模块，用耳机听还原出来的声音，与单放机直接输出的声音比较，判断该通信系统性能的优劣。

十、附录