pcm编译码实验输出信号

‘壹’ pcm编译码系统的频率响应特性

特性：将频率不同的正弦信号输入传感器，相应的输出信号的幅度和相位与频率之间的关系称为频率响应特性。频率响应特性可由频率响应函数表示，它由幅频特性和相频特性组成。

本实验模块可以传输两路话音信号。采用TP3057编译器，它包括了图9-1中的收、发低通滤波器及PCM编译码器。

编码器输入信号可以是本实验模块内部产生的正弦信号，也可以是外部信号源的正弦信号或电话信号。本实验模块中不含电话机和混合电路，广义信道是理想的，即将复接器输出的PCM信号直接送给分接器。

标注方法

放大器在不同的输出功率下，其频响是不同的，通常输出功率越大，其频响指标就越差。而一个比较负责任的指标标注，应该指“在该放大器的最大不失真功率下测量的指标”，而一些厂家为了回避大功率输出下放大器特性的劣化，使得该指标“看起来好看”，往往采用的是“标准测试方式”，也就是说，在给定放大器放大倍数（增益）的条件下进行测试，而这个放大倍数通常是1。

‘贰’ 求程控交换PCM编译码实验的毕业设计

程控交换原理实验系统及控制单元实验

一、 实验目的
1、熟悉该程控交换原理实验系统的电路组成与主要部件的作用。
2、体会程控交换原理实验系统进行电话通信时的工作过程。
3、了解CPU中央集中控制处理器电路组成及工作过程。

二、 预习要求
预习《程控交换原理》与《MCS-51单片计算机原理与应用》中的有关内容。

三、 实验仪器仪表
1、主机实验箱 一台
2、三用表 一台
3、电话单机 四台

四、 实验系统电路组成
（一）电路组成
图1-1是该实验系统的原理框图

图1-1 实验系统的原理框图
图1—2是该实验系统的方框图，其电路的组成及主要作用如下：
1、用户模块电路 主要完成BORSCHT七种功能，它由下列电路组成：
A、 用户线接口电路
B、 二\四线变换器
C、 PCM编译码电路

用户线接口电路 二／ 四线变换器 二／四线变换器 用户线接口电路
用户1 PCM CODEC电路 PCM CODEC电路 用户3

用户线接口电路 二／ 四线变换器 二／ 四线变换器 用户线接口电路
用户2 PCM CODEC电路 PCM CODEC电路 用户4

时钟信号电路 控制、检测电路 输出显示电路 二次稳压电路

多种信号音电路 CPU中央处理器 键盘输入电路 直流电源

图1－2实验系统方框图

2、交换网络系统 主要完成空分交换与时隙交换两大功能，它由下列电路组成：
A、空分交换网络系统
B、时隙交换网络系统
3、多种信号音电路 主要完成各种信号音的产生与发送，它由下列电路组成：
A、450Hz拨号音电路
B、忙音发生电路
C、回铃音发生电路
D、25Hz振铃信号电路
4、CPU中央集中控制处理器电路 主要完成对系统电路的各种控制，信号检测，号码识别，键盘输入信息，输出显示信息等各种功能。
5、系统工作电源 主要完成系统所需要的各种电源，本实验系统中有+5V，-5V，+12V，-12V，-48V等5组电源，由下列电路组成：
A、内置工作电源：+5V，+12V，-12V，-48V
B、稳压电源： -8V，-5V
控制部分就是由CPU中央处理系统、输入电路（键盘）、输出电路（数码管）、双音多频DTMF检测电路、用户环路状态检测电路、自动交换网络驱动电路与交换网络转换电路、扩展电路、信号音控制电路等电路组成。
下面简要说明各部分电路的作用与要求：
1、键盘输入电路：主要把实验过程中的一些功能通过键盘设置到系统中。
2、显示电路： 显示主叫与被叫电路的电话号码，同时显示通话时间。
3、输入输出扩展电路：显示电路与键盘输入电路主要通过该电路进行工作。主要芯片是D8155A，SN74LS240，MC1413。
4、双音多频DTMF接收检测电路：把MT8870DC输出的DTMF四位二进制信号，接收存贮后再送给CPU中央集中控制处理系统。
5、用户状态检测电路：主要识别主、被叫用户的摘挂机状态，送给CPU进行处理。
6、自动交换网络驱动电路：主要实现电话交换通信时，CPU发出命令信息，由此电路实现驱动自动交换网络系统，其核心集成电路为SN74LS374，D8255A，GD74LS373等芯片。
7、信号音控制电路：它完全按照CPU发出的指令进行操作，使各种信号音按照系统程序进行工作。
8、振铃控制电路：它也是按照CPU发出的指令进行工作，具体如下：
（A）不振铃时，要求振铃支路与供电系统分开。
（B）振铃时，铃流送向话机，并且供电系统通过振铃支路向用户馈电，用户状态检测电路同时能检测用户的忙闲工作状态。
（C）当振铃时，用户一摘机就要求迅速断开振铃支路。
（D）振铃时要求有1秒钟振、4秒钟停的通断比。
以上是CPU中央集中控制处理系统的主要工作过程，要全面具体实现上述工作过程，则要有软件支持，该软件程序流程图见图1—4。

图1-3 键盘功能框图
对图1-3所示的键盘功能作如下介绍：
“时间”： 该键可设置系统的延时时间。如久不拔号、久不应答、位间不拔号的延时，缺省值为10秒，可选择的时间值有10秒、30秒、1分钟。按一次该键则显示下一个时间值，三个值循环显示，当按下“确认”键时，就选定当前显示值供系统使用，按“复位”键则清除该次时间的设定。
“会议电话”： 该键为召开电话会议的按键。电话会议设置用户1为主叫方，其他三路为被叫方，只能由主叫方主持召开会议，向其他三路发出呼叫。电路完全接通或者接通两路后，主叫方能和任一被叫方互相通话。除“复位”键外，其他键均推失去功能。会议结束后，可按“复位”键重启系统。
“中继”： 该键为局内交换切向中继交换的功能按键，按下此键，再按“确认”键进行确认，则工作模式由局内交换切换为中继交换，显示器循环显示“d”，此时方可通过中继拨打“长途”电话。按“复位”键重启系统，进入正常局内交换模式。
“确认”： 该键完成对其他功能键的确认，防止误按键，在键盘中除“复位”键外，其他功能键都必须加“确认”键才能完成所定义的功能。
“复位”： 该键为重启系统按键。在任何时候或者系统出现不正常状态时都可按下此键重启系统（有用户通话时，会中断通话），所有设置均为默认值。
图1-5是显示电路工作示意说明图。

主叫号码显示 计时显示 被叫号码显示

图1－5 显示电路

开 始

NO
有用户呼叫吗？

呼叫�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1 YES
去 话 接 续

向主叫送拨号音

NO
第一位号码来了吗？

拨号开始�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1 YES
停送拨号音，收存号码

内 部 处 理
拨号完毕�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1

被叫闲吗？ NO

YES
来 话 接 续 向主叫送忙音

向被叫送铃流，向主叫送回铃音

被叫应答否？ NO
主叫挂机否？
应答�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1 YES
停送铃流，回铃音，接通电路 YES

话终挂机否?

挂机�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1�6�1 YES
拆线（释放复原）

结 束

图1-4 程序工作流程示意图
五、实验内容
1、测量实验系统电路板中的TP91~TP95各测量点电压值，并记录。
2、从总体上初步熟悉两部电话单机用空分交换方式进行通话。
3、初步建立程控交换原理系统及电话通信的概念。
4、观察并记录一个正常呼叫的全过程。
5、观察并记录一个不正常呼叫的状态。

图1-6 呼叫识别电路框图

五、 实验步骤
1、接上交流电源线。
2、将K11~K14,K21~K24,K31~K34,K41~K44接2，3脚；K70~K75接2，3脚；K60~K63接2，3脚。
3、先打开“交流开关”，指示发光二极管亮后，再分别按下直流输出开关J8，J9。此时实验箱上的五组电源已供电，各自发光二极管亮。
4、按 “复位”键进行一次上电复位，此时，CPU已对系统进行初始化处理，数码管循环显示“P” ，即可进行实验。
5、将三用表拔至直流电压档，然后测量TP91，TP92，TP93，TP94，TP95的电压是否正常：TP91为－12V，TP92为－48V，TP93为＋5V，TP94为＋12V，TP95为－5V。(－48V允许误差±10%，其它为±5%)
6、将四个用户接上电话单机。
7、正常呼叫全过程的观察与记录。(现以用户1为主叫，用户4为被叫进行实验)
A、 主叫摘机，听到拨号音，数码管显示主叫电话号码“68” 。
B、 主叫拨首位被叫号码“8”，主叫拨号音停，主叫继续拨完被叫号码“9”。
C、 被叫振铃，主叫听到回铃音。
D、 被叫摘机，被叫振铃停，主叫回铃音停，双方通话。数码管显示主叫号码和被叫号码，并开始通话计时。
E、 挂机，任意一方先挂机（如主叫先挂机），另一方（被叫）听到忙音，计时暂停，双方都挂机后，数码管循环显示“P” 。
8、不正常呼叫的自动处理
A、 主叫摘机后在规定的系统时间内不拨号，主叫听到忙音。(系统时间可以设置，在系统复位后按“时间”可循环显示“10”，“30”，“100”，分别表示10秒，30秒，1分钟，选定一个时间，按“确定”即系统时间被设置，在复位状态时，系统时间默认为10秒。)
B、 拨完第一位号码后在规定的系统时间内没有拨第二位号码时，主叫听到忙音。
C、 号码拨错时（如主叫拨“56” ），主叫听到忙音。
D、 被叫振铃后在规定的系统时间内不摘机，被叫振铃音停，主叫听到忙音。

六、 实验注意事项
对实验系统加电一定要严格遵循先打开系统工作电源的“交流开关”，然后再打开直流输出开关J8，J9。实验结束后，先分别关直流输出开关J8，J9。最后再关“交流开关”，以避免实验电路的器件损坏。

七、 实验报告要求
1、画出实验系统电路的方框图，并作简要叙述。
2、对正常呼叫全过程进行记录。

实验二 用户线接口电路及二\四线变换实验

一、实验目的
1、全面了解用户线接口电路功能（BORST）的作用及其实现方法。
2、通过对MH88612C电路的学习与实验，进一步加深对BORST功能的理解。
3、了解二\四线变换电路的工作原理。

二、预习要求
认真预习程控交换原理中有关用户线接口电路等章节。

三、实验仪器仪表
1、主机实验箱 一台
2、电话单机 二台
3、20MHz示波器 一台
4、三用表 一台

四、电路工作过程
在现代电话通信设备与程控交换机中，由于交换网络不能通过铃流、馈电等电流，因而将过去在公用设备（如绳路）实现的一些用户功能放到“用户电路”来完成。
用户电路也可称为用户线接口电路（Subscriber Line Interface Circuit—SLIC）。任何交换机都具有用户线接口电路。
模拟用户线接口电路在实现上的最大压力是应能承受馈电、铃流和外界干扰等高压大电流的冲击，过去都是采用晶体管、变压器（或混合线圈）、继电器等分立元件构成，随着微电子技术的发展，近十年来在国际上陆续开发多种模拟SLIC，它们或是采用半导体集成工艺或是采用薄膜、厚膜混合工艺，并已实用化。在实际中，基于实现和应用上的考虑，通常将BORSCHT功能中过压保护由外接元器件完成，编解码器部分另单成一体，集成为编解码器（CODEC），其余功能由所谓集成模拟SLIC完成。
在布控交换机中，向用户馈电，向用户振铃等功能都是在绳路中实现的，馈电电压一般是-60V，用户的馈电电流一般是20mA~30 mA，铃流是25HZ，
90V左右，而在程控交换机中，由于交换网络处理的是数字信息，无法向用户馈电、振铃等，所以向用户馈电、振铃等任务就由用户线接口电路来承担完成，再加上其它一些要求，程控交换机中的用户线接口电路一般要具有B（馈电）、O（过压保护）、R（振铃）、S（监视）、C（编译码）、H（混合）、T（测试）七项功能。
模拟用户线接口电路的功能可以归纳为BORSCHT七种功能，具体含义是：
（1）馈电（B-Battery feeling）向用户话机送直流电流。通常要求馈电电压为—48伏，环路电流不小于18mA。
（2）过压保护（O-Overvoltage protection）防止过压过流冲击和损坏电路、设备。
（3）振铃控制（R-Ringing Control）向用户话机馈送铃流，通常为25HZ/90Vrms正弦波。
（4）监视（S-Supervision）监视用户线的状态，检测话机摘机、挂机与拨号脉冲等信号以送往控制网络和交换网络。
（5）编解码与滤波（C-CODEC/Filter）在数字交换中，它完成模拟话音与数字码间的转换。通常采用PCM编码器（Coder）与解码器（Decoder）来完成，统称为CODEC。相应的防混叠与平滑低通滤波器占有话路（300HZ~3400HZ）带宽，编码速率为64kb/s。
（6）混合（H-Hyhird）完成二线与四线的转换功能，即实现模拟二线双向信号与PCM发送，接收数字四线单向信号之间的连接。过去这种功能由混合线圈实现，现在改为集成电路，因此称为“混合电路”。
（7）测试（T-Test）对用户电路进行测试。
模拟用户线接口功能见图2—1。

铃流发生器 馈电电源

发送码流
过 振 低通 编

a 压 测 铃 馈 混 码
模
拟 保 试 继 电 合 平衡 器
用 （编码信号）
户 护 开 电 电 电 网络 解
线
b 电 关 器 路 路 码

路 低通 器
接收码流

测试 振铃控台 用户线
总线 制信号弹 状态信号

图2-1 模拟用户线接口功能框

（一）用户线接口电路
在本实验系统中，用户线接口电路选用的是MITEL公司的MH88612C。MH88612C是2/4线厚膜混合用户线接口电路。它包含向用户话机恒流馈电、向被叫用户话机馈送铃流、用户摘机后自行截除铃流，摘挂机的检测及音频或脉冲信号的识别，用户线是否有话机的识别，语音信号的2/4线混合转换，外接振铃继电器驱动输出。MH88612C用户电路的双向传输衰耗均为-1dB,供电电源+5V和-5V。其各项性能指标符合邮电部制定的有关标准。
（1）该电路的基本特性
1、向用户馈送铃流
2、向用户恒流馈电
3、过压过流保护
4、被叫用户摘机自截铃
5、摘挂机检测和LED显示
6、音频或脉冲拨号检测
7、振铃继电器驱动输出
8、语音信号的2/4线转换
9、能识别是否有话机
10、无需偶合变压器
11、体积小及低功耗
12、极少量外围器件
13、厚膜混合型工艺
14、封装形式为20引线单列直插
图2-2是它的管脚排列图

（2）MH88612C引出端功能的说明
0脚：IC Internal Connection：空端。
1脚：TF Tip Feed： 连接外接二极管作为保护电路连到-48V和地。。
2脚：IC Internal Connection：空端。
3脚：VR Voice Receive(input)： 四线语音信号的接收端。
4脚：VRef Voltage Reference：设置向用户电话线送恒流馈电的参考电压，恒流通过VRef调节；也可接地,一般为21mA环流。
5脚：VEE 负供电电源，通常为-5V DC。
6脚：GNDA 供电电源和馈电电源的地端，模拟接地。
7脚：GS Gain setting(input)：低电平时直接接收附加增益为-0.5 dB，
此增益除编解码增益设置之外的，高电平时为0dB。
8脚：VX Voice Transmit(output)：四线语音信号的发送端。
9脚：TIP 连接用户电话的“TIP”线。
10脚：RING 连接用户电话的“RING”线。
11脚：RF Ring Feed：外部连接至振铃继电器。
12脚：VDD 正供电电源，通常为+5V DC。
13脚：RC Relay Control(input)振铃继电器控制输入端，高电平有效
14脚：RD 振铃继电器驱动输出端，外接振铃继电器线圈至地端，内部有一线圈感应箝位二极管。
15脚：RV Ring Feed Voltage：用户线铃流源输入端，外部连接至振铃继电器。
16脚：VRLY 振铃继电器正供电电源，能常为+5V DC。
17脚：IC Internal Connection：空端。
18脚：VBat 用户线馈电电压，通常为-48V DC
19脚：CAP 连接外部电容作为振铃滤波控制连电阻到地。
20脚：SHK 摘挂机状态检测及脉冲号码输出端，摘机时输出高电平。

（3）用户线接口电路主要功能
图2-3是MH88612C内部电路方框图，其主要功能说明如下：

TF VR
TIP
RING VX
RF

RV
VRLY

RC
VRef
RD CAP

SHK
图2-3 MH88612C内部电路方框图
1、向用户话机供电，MH88612C可对用户话机提供恒流馈电，馈电电流由VBAT以及VDD供给。恒定的电流为25 mA。当环路电阻为2KΩ时，馈电电流为18 mA，具体如下：
A、 供电电源VBat采用-48V；
B、 在静态情况下（不振铃、不呼叫），-48V电源通过继电器静合接点至话机；
C、 在振铃时，-48V电源通过振铃支路经继电器动合接点至话机；
D、 用户挂机时，话机叉簧下压馈电回路断开，回路无电流流过；
E、 用户摘机后，话机叉簧上升，接通馈电回路（在振铃时接通振铃支路）回路。
2、MH88612C内部具有过压保护的功能，可以抵抗保护TIP- -RING端口间的瞬时高压，如结合外部的热敏与压敏电阻保护电路，则可保护250V左右高压。
3、振铃电路可由外部的振铃继电器和用户电路内部的继电器驱动电路以及铃流电源向用户馈送铃流：当继电器控制端(RC端)输入高电平，继电器驱动输出端(RD端)输出高电平，继电器接通，此时铃流源通过与振铃继电器连接的15端(RV端)经TIP––RING端口向被叫用户馈送铃流。当控制端(RC端)输入低电平或被叫用户摘机都可截除铃流。用户电路内部提供一振铃继电器感应电压抑制箝位二极管。
4、监视用户线的状态变化即检测摘挂机信号，具体如下：
A、用户挂机时，用户状态检测输出端输出低电平，以向CPU中央集中控制系统表示用户“闲”；
B、用户摘机时，用户状态检测输出端输出高电平，以向CPU中央集中控制系统表示“忙”；
5、在TIP––RING端口间传输的语音信号为对地平衡的双向语音信号，在四线VR端与VX端传输的信号为收发分开的不平衡语音信号。MH88612C可以进行TIP––RING端口与四线VR端和VX端间语音信号的双向传输和2/4线混合转换。
6、MH88612C可以提供用户线短路保护：TIP线与RING线间，TIP线与地间，RING线与地间的长时间的短路对器件都不会损坏。
7、MH88612C提供的双向语音信号的传输衰耗均为-dB。该传输衰耗可以通过MH88612C用户电路的内部调整，也可通过外部电路调整；
8、MH88612C的四线端口可供语音信号编译码器或交换矩阵使用。
由图1-1可知，本实验系统共有四个用户线接口电路，电路的组成与工作过程均一样，因此只对其中的一路进行分析。
图2-4是用户1用户线接口电路的原理图：

图2-4 用户线接口电路电原理图

为了简单和经济起见，反映用户状态的信号一般都是直流信号，当用户摘机时，用户环路闭合，有用户线上有直流电流流过。主叫摘机表示呼叫信号，被叫摘机，则表示应答信号，当用户挂机时，用户环路断开，用户线上的直流电流也断开，因此交换机可以通过检测用户线上直流电流的有无来区分用户状态。
当用户摘机时，发光二极管D10亮表示用户已处于摘机状态，TP13由低电平变成高电平，此状态送到CPU进行检测该路是否摘机，当检测到该路有摘机时，CPU命令拨号音及控制电路送出f=450HZ，U=3V的波形。
此时，在TP12上能检测到如图2—5所示波形

TP12

0 2VP-P t

f = 400~450Hz
图2-5 450Hz拨号音波形
当用户听到450HZ拨号音信号时，用户开始拨电话号码，双音多频号码检测电路检测到号码时通知CPU进行处理，CPU命令450HZ拨号音发生器停止送拨号音，用户继续拨完号码，CPU检测主叫所要被叫用户的号码后，立即向被叫用户送振铃信号，提醒被叫用户接听电话，同时向主叫用户送回铃音信号，以表示线路能够接通，当被叫用户摘机时，CPU接通双方线路，通信过程建立。一旦接通链路，CPU即开始计时，当任一方先挂机，CPU检测到后，立即向另一方送忙音，以示催促挂机，至此，主、被叫用户一次通信过程结束。
通过上述简单分析，不难得出各测量点的波形。
TP11：通信时有发送话音波形；拨号时有瞬间DTMF波形；不通信时则此点无波形。
TP12：通信时有接收话音波形：摘机后拨号前有450HZ拨号音信号；不通信时则此点无波形。
TP13：摘挂机状态检测测量点
挂机：TP13=低电平。
摘机：TP13=高电平。
TP14：振铃控制信号输入，高电平有效。即工作时为高电平，常态为低电平。
由于4个用户线接口电路的测量点相同，故对其它三个用户线接口电路的测量点就不一一叙述，波形均相同，即：
TP11=TP21=TP31=TP41
TP12=TP22=TP32=TP42
TP13=TP23=TP33=TP43
TP14=TP24=TP34=TP44
（二）二\四线变换电路
在该实验系统中，二\四线变换由用户线接口电路中的语音单元电路实现，图2-6为电路的功能框图，该电路完成二线–––单端之间信号转换，在MH88612C内部电路中已经完成了该变换。

T

TR

R
图2-6 二/四线变换功能框图
二\四线变换的作用就是把用户线接口电路中的语音模拟信号（TR）通过该电路的转换分成去话（T）与来话（R），对该电话的要求是：
1、将二线电路转换成四线电路；
2、信号由四线收端到四线发端要有尽可能大的衰减，衰减越大越好；
3、信号由二线端到四线发端和由四线收端到二线端的衰减应尽可能小，越小越好；
4、应保持各传输端的阻抗匹配；
以便于PCM编译码电路形成发送与接收的数字信号。

五、实验内容
1、参考有关程控交换原理教材中的用户线接口电路等单节，对照该实验系统中的电路，了解其电路的组成与工作过程。
2、通过主叫、被叫的摘、挂机操作，了解B、R、S等功能的具体作用。

六、实验步骤
1． 接上交流电源线。
2． 将K11~K14，K21~K24，K31~K34，K41~K44接2，3脚；K70~K75接2，3脚；K60~K63接2，3脚。
3． 先打开“交流开关”，指示发光二极管亮后，再分别按下直流输出开关J8，J9，此时实验箱上的五组电源已供电，各自发光二极管亮。
4． 按“复位”键进行一次上电复位，此时，CPU已对系统进行初始化处理，显示电路循环显示“P”，即可进行实验。
5． 用户1，用户3接上电话单机。
6． 用户电话单机的直流供电（B）的观测。（现以用户1为例）
1） 用户1的电话处于挂机状态，用三用表的直流档测量TP1A，TP1B对地的电压，TP1A为－48V，TP1B为0V，它们之间电压差为48V。
2） 用户1的电话处于摘机状态，用三用表的直流档测量TP1A，TP1B对地的电压，TP1A为－10V左右（此时的电压与电话的内阻抗有关，所以每部电话的测量值不一定相同），TP1B为－3.7V左右。
以上给出的电压值只是作为参考。
7． 观察二／四线变换的作用。
1） 用正常的呼叫方式，使用户1、用户3处于通话状态。
2） 当用户1对着电话讲话时（或按电话上的任意键），用示波器观察TP11上的波形，为语音信号（或双音多频信号），不讲话时无信号。
3） 当用户1听到用户3讲话时（或用户3按电话上任意键），用示波器观察TP12上的波形，为语音信号（或双音多频信号），对方不讲话时无信号。
4） 用示波器观察TP1A。不管是用户1讲话还是用户3讲话（或按电话上的任意键）此测试点都有语音波形（或双音多频信号）。
8． 摘、挂机状态检测的观测。
1） 当用户1的电话摘机时，用示波器测量TP13为高电平（4V左右）。
2） 当用户1的电话挂机时，用示波器测量TP13为低电平（0V左右）。
9． 被叫话机振铃（R）的观测。
1） 用户1处于挂机状态，用户3呼叫用户1，即用户3拨打“68”，使用户1振铃。
2)当用户1的电话振铃时，用示波器观察TP14，振铃时TP14为高电平（3V左右）；不振铃时TP14为低电平（0V左右）。

七、实验注意事项
当实验过程中出现不正常现象时，请按一下“复位”键，以使系统重新启动。

八、实验报告要求
1、画出本次实验电路方框图，并能说出其工作过程。
2、画出各测量点在各种情况下的波形图。

‘叁’ pcm编译码输入与输出幅度是多少

入信号的频率为 1KHz,幅度为 2V(峰峰值),在测试点(6)可观察到 PCM 编码输出的码流.(需 要指出的是,由于我们只在一个时隙上工作,
1、实验目的及要求

①理解PCM编译码原理及PCM编译码性能；

②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；

③熟悉语音数字化技术的主要指标及测量方法；

④PCM编码原理验证，理解带限滤波器作用、A律编码规则；

⑤PCM编译码性能测量，观测编译码电路频响、时延、失真、增益等。

2、实验器材、设备及软件

PCM编码软件，集成芯片TP3057，双踪示波器，微处理器，液晶屏。

二、实验结果

1、定性描述PCM编译码的特性、编码规则，并填下表。

量化后的信号是取值离散的数字信号,下一步是将这个数字信号编码。通常把从模拟信

号抽样、量化，编码变换成为二进制符号的基本过程，称为脉冲编码调制。

完成PCM编码的方式有多种，最常用的是采用集成电路完成PCM编译码，如TP3057、TP3067等，集成电路的优点是电路简单，只需几个外围元件和三种时钟即可实现，不足是无法展示编码的中间过程，这种方法比较适合实际通信系统。另一种PCM编码方式是用软件来实现，这种方法能分离出PCM编码的中间过程，如：带限、抽样、量化、编码的完整过程。

在 13 折线法中，无论输入信号是正是负，均用 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

化值的老册绝对大小。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，使 8 个段落被划分成 27＝128 个量化级。段落

码和 8 个段落之间的关系如表 2-2 所示，段内码与 16 个量化级之间的关系见表 2-3。上述

编码方法是把压缩、量化和编码嫌汪合为一体的方法

在A律13折线编码中，正负方向共16个段落，在每一个段落内有16个均匀分布的侍者宏量化电平，因此总的量化电平数L=256。编码位数N=8，每个样值用8比特代码C1～C8来表示，分为三部分。第一位C1为极性码，用1和0分别表示信号的正、负极性。第二到第四位码C2C3C4为段落码，表示信号绝对值处于那个段落，3位码可表示8个段落，代表了8个段落的起始电平值。

上述编码方法是把非线性压缩、均匀量化、编码结合为一体的方法。在上述方法中，虽然各段内的16个量化级是均匀的，但因段落长度不等，故不同段落间的量化间隔是不同的。当输入信号小时，段落小，量化级间隔小；当输入信号大时，段落大，量化级间隔大。第一、二段最短，归一化长度为1/128，再将它等分16段，每一小段长度为1/2048，这就是最小的量化级间隔Δ。根据13折线的定义，以最小的量化级间隔Δ为最小计量单位，可以计算出13折线A律每个量化段的电平范围、起始电平I、段内码对应电平、各段落内量化间隔Δi。

如量化值：-1600量化值为负值，故极性码C1为：0；电平范围位于1024~2048，段落码C2C3C4为：111；量化间隔为64，段落起始电平为1024，1600-1024=576；576/64=9；段内码C5C6C7C8为：1001。那么量化值-1600对应的PCM编码值为：01111001

‘肆’ 语音信号PCM编译码 MATLAB程序

% clc
% clear all;
% 产生信号
load handel
x=y(1:20000); %取前20000个采样点
sound(x,Fs);
%PCM编码
x1=x/0.8.*2048;
yy=pcm_encode(x1);
figure;
subplot(2,1,1);
stem(yy(1:80),'.');
title('PCM编码后的波形');
%加噪声
snr=10;
sp=mean(yy.^2);
attn=sp./ 10^(snr/10);
attn = sqrt(attn);
noise=randn(1,length(yy)).*attn;
np=mean(noise.^2);
snr1=10*log10(sp/np);
data=yy+noise;
% data=yy;%不加噪声
subplot(2,1,2);
stem(data(1:80),'.r');
title('PCM加噪声后波形');
%译码
demodata=data>0.5;
zz=pcm_decode(demodata,0.8);
figure;
subplot(2,1,1);
plot(x);
title('原始语音信号');
subplot(2,1,2);
plot(zz);
title('译码后的语音信号');
sound(zz,Fs);
figure;
plot(x,'b');
hold on
plot(zz,'r');
legend('编译码前的语音信号','编译码后的语音信号');
title('编，译码前后的语音信号');

function y = pcm_encode( x )

y=zeros(length(x),8); %存储矩阵（全零）
z=sign(x); %判断x的正负
x=abs(x);%取绝对值

%%段落码判断段区间的取值范围为前开后闭区间
for k=1:length(x)
%符号位的判断
if z(k)>0
y(k,1)=1;
elseif z(k)<0
y(k,1)=0;
end
if x(k)>128 & x(k)<=2048 %在第五段与第八段之间，段位码第一位都为“1”
y(k,2)=1;
end
if (x(k)>32 & x(k)<=128) || (x(k)>512 & x(k)<=2048)
y(k,3)=1; %在第三四七八段内，段位码第二位为“1”
end
if (x(k)>16&x(k)<=32)||(x(k)>64&x(k)<=128)||(x(k)>256&x(k)<=512)||(x(k)>1024&x(k)<=2048)
y(k,4)=1; %在二四六八段内，段位码第三位为“1”
end
end
%段内码判断程序
N=zeros(1,length(x));
for k=1:length(x)
N(k)=y(k,2)*4+y(k,3)*2+y(k,4)+1; %找到x位于第几段
end

a=[0,16,32,64,128,256,512,1024]; %量化间隔
b=[1,1,2,4,8,16,32,64]; %除以16，得到每段的最小量化间隔

for m=1:length(x)
q=ceil((x(m)-a(N(m)))/b(N(m))); %求出在段内的位置
if q==0
y(m,(5:8))=[0,0,0,0]; %如果输入为零则输出“0”
else k=num2str(dec2bin(q-1,4)); %编码段内码为二进制
y(m,5)=str2num(k(1));
y(m,6)=str2num(k(2));
y(m,7)=str2num(k(3));
y(m,8)=str2num(k(4));
end
end
%将N行8列矩阵转换为1行8*N列的矩阵
y=y';
y=reshape(y,1,length(x)*8);
end

function x=pcm_decode(y,max)

%将1行8*N列的矩阵转换为N行8列矩阵
y=reshape(y,8,length(y)/8);
y=y';
%PCM译码
n=size(y,1); %求出输入码组的个数
a=[0,16,32,64,128,256,512,1024]; %段落起点值
b=[1,1,2,4,8,16,32,64]; %每段的最小量化间隔

for k=1:n
t1=y(k,1); %取符号
t2=y(k,2)*4+y(k,3)*2+y(k,4)+1; %判断段落位置
t3=y(k,5)*8+y(k,6)*4+y(k,7)*2+y(k,8); %判断段内位置
if t3==0 %段内码为零时
m(k)=(a(t2)+1+0.5*b(t2))/2048*max;
else
m(k)=(a(t2)+b(t2)*t3+0.5*b(t2))/2048*max; %还原出量化后的电平值
end
%判断符号位
if t1==0
x(k)=-m(k);
else
x(k)=m(k);
end
end
end

‘伍’ pcm编译器系统实验过程中发现的问题

1. 点到点PCM多路电话通信原理
脉冲编码调制(PCM)技术与增量调制(ΔM)技术已经在数字通信系统中得到广泛应用。当信道噪声比较小时一般用PCM，否则一般用ΔM。目前速率在155MB以下的准同步数字系列(PDH)中，国际上存在A解和μ律两种PCM编译码标准系列，在155MB以上的同步数字系列(SDH)中，将这两个系列统一起来，在同一个等级上两个系列的码速率相同。而ΔM在国际上无统一标准，但它在通信环境比较恶劣时显示了巨大的优越性。
点到点PCM多路电话通信原理可用图9-1表示。对于基带通信系统，广义信道包括传输媒质、收滤波器、发滤波器等。对于频带系统，广义信道包括传输媒质、调制器、解调器、发滤波器、收滤波器等。
本实验模块可以传输两路话音信号。采用TP3057编译器，它包括了图9-1中的收、发低通滤波器及PCM编译码器。编码器输入信号可以是本实验模块内部产生的正弦信号，也可以是外部信号源的正弦信号或电话信号。本实验模块中不含电话机和混合电路，广义信道是理想的，即将复接器输出的PCM信号直接送给分接器。
2. PCM编译码模块原理
本模块的原理方框图图9-2所示，电原理图如图9-3所示（见附录），模块内部使用+5V和-5V电压，其中-5V电压由-12V电源经7905变换得到。
图9-2 PCM编译码原理方框图
该模块上有以下测试点和输入点：
• BS PCM基群时钟信号(位同步信号)测试点
• SL0 PCM基群第0个时隙同步信号
• SLA 信号A的抽样信号及时隙同步信号测试点
• SLB 信号B的抽样信号及时隙同步信号测试点
• SRB 信号B译码输出信号测试点
• STA 输入到编码器A的信号测试点
• SRA 信号A译码输出信号测试点
• STB 输入到编码器B的信号测试点
• PCM PCM基群信号测试点
• PCM-A 信号A编码结果测试点
• PCM-B 信号B编码结果测试点
• STA-IN 外部音频信号A输入点
• STB-IN 外部音频信号B输入点
本模块上有三个开关K5、K6和K8，K5、K6用来选择两个编码器的输入信号，开关手柄处于左边(STA-IN、STB-IN)时选择外部信号、处于右边(STA-S、STB-S)时选择模块内部音频正弦信号。K8用来选择SLB信号为时隙同步信号SL1、SL2、SL5、SL7中的某一个。
图9-2各单元与电路板上元器件之间的对应关系如下：
•晶振 U75：非门74LS04；CRY1：4096KHz晶体
•分频器1 U78:A：U78:D：触发器74LS74；U79：计数器74LS193
•分频器2 U80：计数器74LS193；U78:B：U78:D：触发器74LS74
•抽样信号产生器 U81：单稳74LS123；U76：移位寄存器74LS164
•PCM编译码器A U82：PCM编译码集成电路TP3057（CD22357）
•PCM编译码器B U83：PCM编译码集成电路TP3057（CD22357）
•帧同步信号产生器 U77：8位数据产生器74HC151；U86:A：与门7408
•正弦信号源A U87：运放UA741
•正弦信号源B U88：运放UA741
•复接器 U85：或门74LS32
晶振、分频器1、分频器2及抽样信号（时隙同步信号）产生器构成一个定时器，为两个PCM编译码器提供2.048MHz的时钟信号和8KHz的时隙同步信号。在实际通信系统中，译码器的时钟信号(即位同步信号)及时隙同步信号(即帧同步信号)应从接收到的数据流中提取，方法如实验五及实验六所述。此处将同步器产生的时钟信号及时隙同步信号直接送给译码器。
由于时钟频率为2.048MHz，抽样信号频率为8KHz，故PCM-A及PCM-B的码速率都是2.048MB，一帧中有32个时隙，其中1个时隙为PCM编码数据，另外31个时隙都是空时隙。
PCM信号码速率也是2.048MB，一帧中的32个时隙中有29个是空时隙，第0时隙为帧同步码(×1110010)时隙，第2时隙为信号A的时隙，第1(或第5、或第7 —由开关K8控制)时隙为信号B的时隙。
本实验产生的PCM信号类似于PCM基群信号，但第16个时隙没有信令信号，第0时隙中的信号与PCM基群的第0时隙的信号也不完全相同。
由于两个PCM编译码器用同一个时钟信号，因而可以对它们进行同步复接(即不需要进行码速调整)。又由于两个编码器输出数据处于不同时隙，故可对PCM-A和PCM-B进行线或。本模块中用或门74LS32对PCM-A、PCM-B及帧同步信号进行复接。在译码之前，不需要对PCM进行分接处理，译码器的时隙同步信号实际上起到了对信号分路的作用。
3. TP3057简介
本模块的核心器件是A律PCM编译码集成电路TP3057，它是CMOS工艺制造的专用大规模集成电路，片内带有输出输入话路滤波器，其引脚及内部框图如图9-4、图9-5所示。引脚功能如下：
图9-4 TP3057引脚图
(1) V一 接-5V电源。
(2) GND 接地。
(3) VFRO 接收部分滤波器模拟信号输出端。
(4) V+ 接+5V电源。
(5) FSR 接收部分帧同信号输入端，此信号为8KHz脉冲序列。
(6) DR 接收部分PCM码流输入端。
(7) BCLKR/CLKSEL 接收部分位时钟(同步)信号输入端，此信号将PCM码流在FSR上升沿后逐位移入DR端。位时钟可以为64KHz到2.048MHz的任意频率，或者输入逻辑“1”或“0”电平器以选择1.536MHz、1.544MHz或2.048MHz用作同步模式的主时钟，此时发时钟信号BCLKX同时作为发时钟和收时钟。
(8) MCLKR/PDN 接收部分主时钟信号输入端，此信号频率必须为1.536MHz、1.544MHz或2.048MHz。可以和MCLKX异步，但是同步工作时可达到最佳状态。当此端接低电平时，所有的内部定时信号都选择MCLKX信号，当此端接高电平时，器件处于省电状态。
(9) MCLKX 发送部分主时钟信号输入端，此信号频率必须为1.536MHz、1.544MHz或2.048MHz。可以和MCLKR异步，但是同步工作时可达到最佳状态。
(10) BCLKX 发送部分位时钟输入端，此信号将PCM码流在FSX信号上升沿后逐位移出DX端，频率可以为64KHz到2.04MHz的任意频率，但必须与MCLKX同步。
图9-5 TP3057内部方框图
(11) DX 发送部分PCM码流三态门输出端。
(12) FSX 发送部分帧同步信号输入端，此信号为8KHz脉冲序列。
(13) TSX 漏极开路输出端，在编码时隙输出低电平。
(14) GSX 发送部分增益调整信号输入端。
(15) VFXi- 发送部分放大器反向输入端。
(16) VFXi＋ 发送部分放大器正向输入端。
TP3057由发送和接收两部分组成，其功能简述如下。
发送部分：
包括可调增益放大器、抗混淆滤波器、低通滤波器、高通滤波器、压缩A/D转换器。抗混淆滤波器对采样频率提供30dB以上的衰减从而避免了任何片外滤波器的加入。低通滤波器是5阶的、时钟频率为128MHz。高通滤波器是3阶的、时钟频率为32KHz。高通滤波器的输出信号送给阶梯波产生器(采样频率为8KHz)。阶梯波产生器、逐次逼近寄存器（S•A•R）、比较器以及符号比特提取单元等4个部分共同组成一个压缩式A/D转换器。S•A•R输出的并行码经并/串转换后成PCM信号。参考信号源提供各种精确的基准电压，允许编码输入电压最大幅度为5VP-P。
发帧同步信号FSX为采样信号。每个采样脉冲都使编码器进行两项工作：在8比特位同步信号BCLKX的作用下，将采样值进行8位编码并存入逐次逼近寄存器；将前一采样值的编码结果通过输出端DX输出。在8比特位同步信号以后，DX端处于高阻状态。
接收部分：
包括扩张D/A转换器和低通滤波器。低通滤波器符合AT&T D3/D4标准和CCITT建议。D/A转换器由串/并变换、D/A寄存器组成、D/A阶梯波形成等部分构成。在收帧同步脉冲FSR上升沿及其之后的8个位同步脉冲BCLKR作用下，8比特PCM数据进入接收数据寄存器(即D/A寄存器)，D/A阶梯波单元对8比特PCM数据进行D/A变换并保持变换后的信号形成阶梯波信号。此信号被送到时钟频率为128KHz的开关电容低通滤波器，此低通滤波器对阶梯波进行平滑滤波并对孔径失真(sinx)/x进行补尝。
在通信工程中，主要用动态范围和频率特性来说明PCM编译码器的性能。
动态范围的定义是译码器输出信噪比大于25dB时允许编码器输入信号幅度的变化范围。PCM编译码器的动态范围应大于图9-6所示的CCITT建议框架（样板值）。
当编码器输入信号幅度超过其动态范围时，出现过载噪声，故编码输入信号幅度过大时量化信噪比急剧下降。TP3057编译码系统不过载输入信号的最大幅度为5VP-P。
由于采用对数压扩技术，PCM编译码系统可以改善小信号的量化信噪比，TP3057采用A律13折线对信号进行压扩。当信号处于某一段落时，量化噪声不变(因在此段落内对信号进行均匀量化)，因此在同一段落内量化信噪比随信号幅度减小而下降。13折线压扩特性曲线将正负信号各分为8段，第1段信号最小，第8段信号最大。当信号处于第一、二段时，量化噪声不随信号幅度变化，因此当信号太小时，量化信噪比会小于25dB，这就是动态范围的下限。TP3057编译码系统动态范围内的输入信号最小幅度约为0.025Vp-p。
常用1KHz的正弦信号作为输入信号来测量PCM编译码器的动态范围。
图9-6 PCM编译码系统动态范围样板值
语音信号的抽样信号频率为8KHz，为了不发生频谱混叠，常将语音信号经截止频率为3.4KHz的低通滤波器处理后再进行A/D处理。语音信号的最低频率一般为300Hz。TP3057编码器的低通滤波器和高通滤波器决定了编译码系统的频率特性，当输入信号频率超过这两个滤波器的频率范围时，译码输出信号幅度迅速下降。这就是PCM编译码系统频率特性的含义。
四、实验步骤
1. 熟悉PCM编译码单元工作原理，开关K9接通8KHz(置为1000状态)，开关K8置为SL1(或SL5、SL7)，开关K5、K6分别置于STA-S、STB-S端，接通实验箱电源。
2. 用示波器观察STA、STB，调节电位器R19(对应STA)、R20(对应STB)，使正弦信号STA、STB波形不失真(峰峰值小于5V)。
3. 用示波器观察PCM编码输出信号。
示波器CH1接SL0，（调整示波器扫描周期以显示至少两个SL0脉冲，从而可以观察完整的一帧信号）CH2分别接SLA、PCM-A、SLB、PCM-B以及PCM，观察编码后的数据所处时隙位置与时隙同步信号的关系以及PCM信号的帧结构（注意：本实验的帧结构中有29个时隙是空时隙，SL0、SLA及SLB的脉冲宽度等于一个时隙宽度）。
开关K8分别接通SL1、SL2、SL5、SL7，观察PCM基群帧结构的变化情况。
4. 用示波器观察PCM译码输出信号
示波器的CH1接STA，CH2接SRA，观察这两个信号波形是否相同(有相位差)。
5. 用示波器定性观察PCM编译码器的动态范围。
开关K5置于STA-IN端，将低失真低频信号发生器输出的1KHz正弦信号从STA-IN输入到TP3057(U82)编码器。示波器的CH1接STA（编码输入），CH2接SRA（译码输出）。将信号幅度分别调至大于5VP-P、等于5VP-P，观察过载和满载时的译码输出波形。再将信号幅度分别衰减10dB、20dB、30dB、40dB、45dB、50dB，观察译码输出波形(当衰减45dB以上时，译码输出信号波形上叠加有较明显的噪声)。
也可以用本模块上的正弦信号源来观察PCM编译码系统的过载噪声(只要将STA-S或STB-S信号幅度调至5VP-P以上即可)，但必须用专门的信号源才能较方便地观察到动态范围。