實驗三增量調(diào)制（ΔM）編譯碼實驗一、實驗目的1、了解語音信號的ΔM編碼過程；2、驗證ΔM的編譯碼原理；粗略了解ΔM編譯碼專用集成電路的基本工作原理、外部電路設計原則和一般使用方法；了解語音信號數(shù)字化技術的主要指標，學習指標的測試方法。二、實驗預習要求1、復習《通信系統(tǒng)原理》中有關ΔM增量調(diào)制原理的章節(jié)；2、認真預習本實驗內(nèi)容，熟悉實驗步驟；3、了解主要指標的測試方法。增量調(diào)制M編譯碼實驗共19頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!

三、單片ΔM編碼系統(tǒng)組成和電路原理

1、系統(tǒng)組成與電路原理系統(tǒng)組成的方框圖如圖所示，它是由定時部分、△M編譯碼器及收、發(fā)運放電容濾波器組成的。△M編譯碼系統(tǒng)框圖

增量調(diào)制M編譯碼實驗共19頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!2、電路原理MC3418簡介

MC3418是MOTOLOLA公司生產(chǎn)的通信專用集成電路，它是數(shù)字檢測音節(jié)壓擴增量編譯碼器。它由模擬輸入放大器、數(shù)字輸入運算放大器、電壓/電流轉換運算放大器、極性開關、工作選擇開關和數(shù)字檢測(移位寄存器和邏輯電路)等部分構成的。

第15腳的工作電平可以控制該片工作于編碼狀態(tài)或譯碼狀態(tài)：當?shù)?5腳接高電平(VCC/2)時，該片做編碼器用；當?shù)?5腳接低電平(地)時，該片做譯碼器用。增量調(diào)制M編譯碼實驗共19頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!MC3418編譯碼器原理框圖增量調(diào)制M編譯碼實驗共19頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!量階控制電壓加到第3腳。由內(nèi)部V/I轉換電路決定4腳的電壓隨3腳的電壓變化。當4腳通過外接電阻連接到某一固定電位上，則流入4腳的電流就隨3腳的控制電壓變化，從而將控制電壓的變化轉換為控制電流的變化。V/I轉換器的輸出電流與4腳的輸入電流相等。此電流經(jīng)極性開關送到積分器，因此，積分量階的大小就隨著輸入模擬信號的平均斜率而變化。這樣就形成了數(shù)字檢測音節(jié)的壓擴過程。在作譯碼器應用時，第15腳通過一只10KΩ電阻接地，這時數(shù)字運算放大器與移位寄存器接通。信碼由13腳輸入與12腳的閥電平比較，然后經(jīng)運算放大器整形后送到移位寄存器，經(jīng)再定時的信碼從9腳輸出。其后的工作過程則與編碼器一樣，只是譯碼信號不再送回第2腳而是送往接收低通濾波器。

單積分電路MC3418內(nèi)部僅有積分運算放大器，為完成本地譯碼過程，需要外接一個網(wǎng)絡。用戶可以根據(jù)自己的需要用外接RC網(wǎng)絡接成單積分、雙積分、△－∑等電路。本實驗給出一種單積分電路的實例。積分電路對應的控制電流壓縮比應達到258，相當于49dB。最大與最小控制電流分別由4腳外接電阻Rx和Rmin決定。

增量調(diào)制M編譯碼實驗共19頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!音節(jié)平滑濾波器MC3418只具有數(shù)字檢測功能，為實現(xiàn)壓擴作用還需要一外接網(wǎng)絡。用戶可根據(jù)需要接成線性壓擴、非線性壓擴、復雜推遲壓擴等各種形式。本實驗只列舉一種非線性音節(jié)平滑濾波器。音節(jié)平滑濾波器是一個簡單的RC濾波電路，電路形式如圖所示。集成片MC3418的數(shù)字檢測器連碼一致脈沖信號是由一個集電極開路的晶體管從11腳輸出的。所以需要一個外接的集電極負載電阻。音節(jié)平滑濾波器

增量調(diào)制M編譯碼實驗共19頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!右圖給出VCS1和VCS2與C的關系曲線，曲線VCS2的斜率大于曲線VCS1的斜率，這就意味著VCS2的壓擴特性更接近于理想特性。V與G的關系曲線

語音音節(jié)包絡的變化范圍約為5ms到20ms。取τ1＝5ms，τ2＝20ms，這時τ2/τ1=4∵τ2/τ1=(CS(RS+RP))/(CSRS)=1+D∴D=3選CS=0.33μF，則RS＝15.15KΩ，RP=15.15KΩ，取RS=15KΩ，RP=47KΩ得D≈3.13。在臨界過載時，G達到最小值。對正弦信號可得G＝0.436，這時控制電壓Vcs的最大值約為(計算從略)Vmax≈4.48V此值決定了限流電阻Rx≈1.5KΩ。

增量調(diào)制M編譯碼實驗共19頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!四、實驗儀器雙蹤同步示波器≥20MHz1臺直流穩(wěn)壓電源+5V-5V+12V1臺低頻信號發(fā)生器輸出頻率范圍滿足50Hz-8KHz輸出電壓范圍滿足0--5V（峰峰值）1臺失真度測試儀QZ4121測量頻率范圍滿足50Hz-8KHz測量信噪比范圍0---50dB1臺雜音計HF5151A1臺△M實驗箱1臺數(shù)字頻率計測量頻率范圍50Hz—10MHz1臺萬用表1臺增量調(diào)制M編譯碼實驗共19頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!(三)、△M編碼器在(6)觀察經(jīng)發(fā)送濾波器限帶后輸入編碼器的音頻信號，在(7)觀察本地譯碼信號。在(8)觀察編碼輸出的數(shù)字信號(幅度約為10Vp-p)。以音頻信號作為同步信號，觀察信碼的變化規(guī)律。對應正弦波過零處應有連“0”或聯(lián)“1”碼型出現(xiàn)；對應正弦波的波峰和波谷處應有“0”、“1”交替碼型出現(xiàn)。(四)、△M譯碼器用短線連接(8)—(9)，即將編碼信號送入譯碼器。在(9)觀察輸入譯碼器的編碼信號，在(10)觀察譯碼器輸出的有鋸齒的模擬信號，并記錄波形。(五)、接收濾波器在(10)觀察濾波器的輸入信號。在(11)觀察譯碼器輸出的有鋸齒的模擬信號經(jīng)濾波器輸出的模擬信號。記下它們的波形和幅度。增量調(diào)制M編譯碼實驗共19頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!動態(tài)范圍的測試框圖如圖所示。

在原理部分已經(jīng)提到，△M編譯碼器允許輸入信號的最大幅度為4.36V。為了確保器件的安全使用，本實驗在進行動態(tài)范圍這一指標測試時，不再對輸入信號的臨界過載進行驗證。取輸入信號的最大幅度為5Vp-p(注意：信號要由小至大調(diào)節(jié))，測出此時的S/N值。然后以10dB間隔衰減輸入信號，將測試數(shù)據(jù)填入下表。動態(tài)范圍測試框圖-10dB-20dB-30dB-40dB-50dBVin(mv)p-p500015005001505015VoutKNS/N(dB)增量調(diào)制M編譯碼實驗共19頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!六、實驗報告1、整理實驗記錄，畫出相應的曲線和波形。2、集成化△M編譯碼系統(tǒng)由哪些部分構成？各部分的作用是什么？3、設想臨界過載時本地譯碼信號和信碼信號的形狀。試畫出它們的波形。4、什么叫數(shù)字檢測音節(jié)壓擴的可變斜率？在本實驗中是如何實現(xiàn)的？5、積分電路的設計原則是什么？6、對改進實驗內(nèi)容和電路有什么建議？增量調(diào)制M編譯碼實驗共19頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!當單片作為編碼器使用時，15腳接高電平，這時工作開關使模擬運放與移位寄存器接通。模擬信號由1腳輸入，本地譯碼信號由2腳輸入，運算放大器對它們進行比較并將差值放大。運算放大器輸出經(jīng)電平轉換給出數(shù)字信碼。在14腳輸入的時鐘后沿時刻，運算放大器輸出的結果進入移位寄存器。這一結果也同時接到9腳和極性開關，前者作為數(shù)字碼輸出，后者用來控制流入積分器的電流的極性，積分運算放大器與外接的RC網(wǎng)絡構成積分器，受極性開關控制的電流在此積分后累加形成本地譯碼信號。四級移位寄存器和邏輯電路完成檢測功能。當有四個連“1”或連“0”碼出現(xiàn)時，從11腳輸出一個負極性的一致脈沖，一致脈沖經(jīng)外接音節(jié)濾波器平滑之后得到量階控制電壓，此電壓反映了前一段時間內(nèi)模擬輸入信號的平均斜率。增量調(diào)制M編譯碼實驗共19頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!積分運算放大器的輸入阻抗很高，從極性開關的量階控制電流幾乎全部進入電阻R和電容C。網(wǎng)絡的阻抗傳遞函數(shù)可以寫成：

H(s)=(V(s))/(I(s))=-(1/((1/R)+SC))經(jīng)整理后得到

-(V(s))/(I(s))=(I/C)/(S+1/(RC))=K/(S+WO)(1)其中K=1/C，WO=1/(RC)。一般認為是300Hz。當R＝10KΩ，C=0.1μf時，f0＝159Hz。將式(1)寫成時域形式-I=V/R+C(dv)/dt（2）單積分電路圖有關資料指出編碼器約在+12dBm(f=1000Hz)處為臨界過載，另外，輸入信號的最大幅度為4.36V，這時流過積分器的最大電流為Imax≈Icmax＝C(dv)/dt＝0.1×10-6×2π×1000×4.36≈2.7mA另一方面，由編碼器要求的最小量階電壓可求出當采樣率fS=32KHz時，最小控制電流應為Imin≈9.6μA增量調(diào)制M編譯碼實驗共19頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!當晶體管導通時，電容器CS通過電阻RS充電；當晶體管截止時，電容器CS通過電阻RP放電。充電時間常數(shù)τ＝CS(RS+RP)。設G為一致脈沖在一個音節(jié)時間內(nèi)占空比的統(tǒng)計值。設第3腳電位為VS，11腳電位為V0，當G值一定時，電路應維持充放電電荷相等。設充電時間為GT，放電時間為(1-G)T，因此有((VS-V0)/RS)GT＝((VCC/2-VS)/(RS+RP)(1-G)T（3）令D=RP/RS，則有VS=((1+D)V0G+(VCC/2)(1-G)/(1+DG)（4）其中，VO為晶體管飽和壓降，約為0.12V。音節(jié)控制電壓為電容CS兩端的電壓，設它為VCS，因此有VCS=VCC/2-VS即VCS=VCC/2-((1-D)VOG+(VCC/2)(1-G))/(1+DG)（5）由式(5)可以看出，當RP>>Rs，即D≈0時有Vcs≈(Vcc/2-Vo)G（6）這時控制電壓與G成線性關系。將Vo=0.12V，(Vcc/2)＝6V代入上式，得Vcs1≈5.98G（7）當D＝0，控制電壓V與G成非線性關系。設D=3，得Vcs2=(23.52G)/(1+3G)（8）增量調(diào)制M編譯碼實驗共19頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!

定時電路MC3418編譯碼器所需的定時脈沖均由定時部分提供，為模擬一個實際的時分多路系統(tǒng)的工作狀態(tài)，定時部分可給出2048KHz及8路32KHz的定時，定時部分的時間關系如圖3-9所示。為確保收、發(fā)同步，本實驗系統(tǒng)的編碼和譯碼部分公用一個定時源，這是有別于實際情況的。

定時部分時間關系圖

增量調(diào)制M編譯碼實驗共19頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!五、實驗內(nèi)容

(一)、時鐘部分主振頻率為4096KHz，經(jīng)分頻后得到2048KHz的定時，再經(jīng)分頻分相后得到8路32KHz的定時。用示波器在測試點(1)點觀察主振波形，用頻率計測量其頻率。在(2)、(3)、(4)觀察并測量2048KHz和32KHz定時信號。(二)、發(fā)送濾波器在(5)輸入頻率為1