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脉冲编码调制(PCM)编译码语音传输系统


吉林化工学院信控学院专业综合设计说明书

脉冲编码调制(PCM)编译码语音传输系统

学生学号: 08530211 学生姓名: 闫昌鹏 专业班级: 电信 0802 指导教师: 郝富春 起止日期:2011.8.29~2011.9.16

吉林化工学院 Jilin Institute of Chemical Technology

吉林化工学院信息与控制工程学院专业综合设计说明书

专业综合设计任务书
一、设计题目 二、设计目的 1、掌握模拟信号数字化方法; 2、掌握 PCM 编译码器原理; 3、 掌握用晶体振荡器、 计数器、 触发器、 运算放大器及 PCM 编译码器设计 PCM 电路的方法; 4、初步掌握用电路图软件绘制电路原理图方法。 三、设计任务及要求 (一)基本要求 1、画出 PCM 原理框图并说明各环节的作用 2、熟悉并说明 PCM 编译码芯片 TP3057 功能 3、熟悉构成电路的各元件功能 4、用硬件实现 PCM 编译码器(用实验板焊接电路) 5、画出电路各点波形图 (二)发挥与创新 1、实现单向通话功能 2、实现帧同步码与信息码复接功能 3、用 labview 软件仿真 PCM 编译码过程 四、设计时间及进度安排 设计时间共三周(2011.8.29~2011.9.16),具体安排如下表: 周安排 第一周 第二周 第三周 设 计 内 容 学习 PCM 编译码知识,查阅资料 硬件电路实现,焊接电路及调试 编写设计说明书、答辩、评定成绩 设计时间 2011.8.29~2011.9.2 2011.9.5~2011.9.9 2011.9.12~2011.9.16 脉冲编码调制(PCM)编译码语音传输系统 脉冲编码调制(PCM)编译码语音传输系统 (PCM)编译码语音传

五、指导教师评语及学生成绩 指导教师评语:

年 成绩 指导教师(签字):
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专业综合设计任务书·········································································································································· I 目 录····························································································································································· II 2.1 TP3057 芯片 ··········································································································································4 2.1.1 TP3057 引脚·······························································································································4 2.1.2 TP3057 功能·······························································································································5 2.2 LM358 芯片···········································································································································6 2.2.1 LM358 引脚 ·······························································································································6 2.2.2 LM358 的特点 ···························································································································7 2.3 74LS74 双上升沿 D 触发器 ················································································································7 2.3.1 74LS74 引脚·······························································································································7 2.3.2 74LS74 功能介绍 ······················································································································8 2.4 74LS164 八位移位寄存器 ···················································································································8 2.5 74LS04 六反相器··································································································································9 2.6 74LS08 四二输入与门 ·························································································································9 2.7 74LS32 四二输入或门 ·······················································································································10 2.8 74LS193 四位二进制同步加/减计数器 ···························································································10 2.9 CD4512 八选一数据选择器 ··············································································································11 第 3 章 PCM 编译码语音传输系统电路设计 ····························································································· 12 3.1 焊接与元器件布局 ····························································································································12 3.1.1 电路焊接 ·································································································································12 3.1.2 元器件布局 ·····························································································································12 3.2 电路设计 ·············································································································································13 3.2.1 时钟电路 ·································································································································13 3.2.2 语音输入放大电路·················································································································13 3.2.3 语音输出放大电路·················································································································14 3.2.4 帧同步产生电路 ·····················································································································14 3.2.5 复接信道 ·································································································································14 3.2.6 PCM 编码电路·························································································································15 第 4 章 PCM 编译码语音传输系统软件实现 ····························································································· 16 4.1 PCM 软件程序窗口····························································································································16 4.2 PCM 软件显示窗口····························································································································16
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第 1 章 PCM 编译码原理································································································································· 1

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第 5 章 电路测试与波形 ································································································································ 17 5.1 电路测试 ·············································································································································17 5.2 测试波形 ·············································································································································17 5.2.1 时钟波形及采样波形·············································································································17 5.2.2 帧码波形 ·································································································································17 5.2.3 时隙波形 ·································································································································18 5.2.4 PCM 输入信号波形 ················································································································18 5.2.5 74LS123 信号波形 ··················································································································18 结 论···························································································································································· 19 参考文献 ··························································································································································· 20 附录 电路图 ····················································································································································· 21

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第 1 章 PCM 编译码原理
PCM 是实现语音信号数字化的一种方法。一语音信号的数字化语音信号是连续变化的模拟信 号,实现语音信号的数字化必须经过抽样、量化和编码三个过程。 1、抽样 把连续信号变为时间轴上离散的信号的过程称为抽样。抽样必须遵循奈奎斯特抽样定理,离散 信号才可以完全代替连续信号。 低通连续信号抽样定理内容: 一个频带限制在赫内的时间连续信号 , 若以的间隔对它进行等间隔抽样,则将被所得到的抽样值完全确定。语音信号经过抽样变成一种脉 冲幅度调制(PAM)信号。 2、量化 把幅度连续变化的模拟量变成用有限位二进制数字表示的数字量的过程称为量化。量化误差: 量化后的信号和抽样信号的差值。量化误差在接收端表现为噪声,称为量化噪声。量化级数越多误 差越小,相应的二进制码位数越多,要求传输速率越高,频带越宽。为使量化噪声尽可能小而所需 码位数又不太多,通常采用非均匀量化的方法进行量化。非均匀量化根据幅度的不同区间来确定量 化间隔,幅度小的区间量化间隔取得小,幅度大的区间量化间隔取得大。非均匀量化的实现方法有 两种:一种是北美和日本采用的 ? 律压扩,一种是欧洲和我国采用的 A 律压扩。在 PCM-30/32 通 信设备中,采用 A 律 13 折线的分段方法,具体是:Y 轴均匀分为 8 段,每段均匀分为 16 份,每 份表示一个量化级,则 Y 轴一共有 16×8=128 个量化级。;X 轴采用非均匀划分来实现非均匀量 化的目的, 划分规律是每次按二分之一来进行分段。 由于分成 128 个量化级, 故有 7 位二进制码 (27 =128),又因为 Y 轴有正值和负值之分,需加一位极性码,故共有 8 位二进制码。 3、编码 在实际的 PCM 设备中,量化和编码是一起进行的。通信中采用高速编码方式。编码器分为逐 次反馈型、折叠级联型和混合型三种,在 PCM-30/32 通信设备中通常采用逐次反馈型的编码器。 4、时分复用 所谓时分复用,是将某一信道按时间加以分割,各路信号的抽样值依一定的顺序占用某一时间 间隔 (也成时隙) 即多路信号利用同一信道在不同的时间进行各自独立的传输。 , 时分复用的特点: (1)复用设备内部各通路的部件基本通用;(2)要求收、发两端同时工作,要求有良好的同步系 统。时分复用的目的:一个信道传输多路信号,即若干路信号可以采用时分复用方式以一定的结构 形式复接成一路高速率的复合数字信号-群路信号。 数字复接包括 bit 复接和码组复接。 PCM-30/32 路通信设备是采用码组复接的时分复用系统。 帧周期 T=1/8000 秒=125us,将其平均分成 32 个时隙, 每个时隙的时间间隔为 125/32 =3.91us ,每一时隙传送 8 位编码,每个码的时间间隔为 3.91us/8=488ns, 每帧共传送 32×8=256 位码字。 30/32 路 PCM 系统中, 在 帧结构中第一个时隙 TS0 用于传送帧同步信号,TS16 用于传送话路信令,故只有 30 个时隙用于传送话音信号,所以只能提 供 30 个话路。当采用共路信令传送方式时,必须将 16 帧再构成一个更大的帧,称为复帧。复帧的
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重复频率为 500Hz, 周期为 2ms。 目前数字电话都采用 PCM 方式。 PCM 系统, 对 国际上采用 PDH (准同步)复接技术。PCM 帧结构图如图 1-1 所示。

图 1-1 PCM 帧结构图

此技术有两种制式,一种是北美和日本采用的 24 路话音信号复接成一个基群的 T 制,速率是 1554kbit/s;一种是欧洲和我国采用的 30/32 路话音信号复接成一个基群的 E 制,速率为 2048kbit/s。 为了进一步提高信道利用率,国际电联规定四个基群复接成一个二次群,四个二次群复接成一个三 次群,四个三次群复接成一个四次群。PDH 系列存在诸如传输速率、帧结构和光纤接口等无世界 性规范,逐级复用插入分支不灵活等问题,不能适应现代电信网的发展需要。 5、A 律与μ律的压缩特性及 PCM 编码方式 为解决均匀量化时小信号量化误差大、音质差的问题,在实际中采用不均匀选取量化间隔的非 线性量化方法,即量化特性在小信号时分层密、量化间隔小,而在大信号时分层疏、量化间隔大, 如图 1-2 所示。

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图 1-2 A 律与μ律的压缩特性

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第 2 章 PCM 编译码语音传输系统元器件说明
2.1 TP3057 芯片
2.1.1 TP3057 引脚 本模块是 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,其引脚如图 2-1。

图 2-1 TP3057 引脚图

引脚功能如下: (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。
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(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。 内部框图如图 2-2 所示。

图 2-2 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。

2.1.2 TP3057 功能
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。
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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 8 及其之后的 8 个位同步脉冲 BCLKR 作用下, 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 1-6 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。 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。

2.2 LM358 芯片
2.2.1 LM358 引脚
LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器,适合于电源电压范 围很宽的单电源使用, 也适用于双电源工作模式, 在推荐的工作条件下, 电源电流与电源电压无关。 它的使用范围包括传感放大器、直流增益模组,音频放大器、工业控制、DC 增益部件和其他所有可 用单电源供电的使用运算放大器的场合。LM358 的封装形式有塑封 8 引线双列直插式和贴片式。

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LM358 引脚如图 2-3 所示。

图 2-3 LM358 引脚功能图

2.2.2 LM358 的特点
LM358 有如下特点:内部频率补偿,低输入偏流,低输入失调电压和失调电流,共模输入电 压范围宽,包括接地,差模输入电压范围宽,等于电源电压范围,直流电压增益高(约 100dB),单 位增益频带宽(约 1MHz),电源电压范围宽:单电源(3—30V),双电源(±1.5 一±15V),低功耗电流, 适合于电池供电,输出电压摆幅大(0 至 Vcc-1.5V)。 LM358 参数:输入偏置电流 45 nA,输入失调电流 50 nA,输入失调电压 2.9mV,输入共模电压最 大值 VCC~1.5 V,共模抑制比 80dB,电源抑制比 100dB。

2.3 74LS74 双上升沿 D 触发器
2.3.1 74LS74 引脚
74LS74 为带预置和清除端的两组 D 型触发器, 共有 54/7474、 54/74H74、 54/74S74、 54/74LS74 四种线路结构形式引脚如图 2-4 所示。

图 2-4 74LS74 引脚图

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边沿 D 触发器: 负跳沿触发的主从触发器工作时,必须在正跳沿前加入输入信号。如果在 CP 高电平期间输入端出现干扰信号, 那么就有可能使触发器的状态出错。 而边沿触发器允许在 CP 触发沿来到前一瞬间加入输入信号。这样,输入端受干扰的时间大大缩短,受干扰的可能性就降低 了。边沿 D 触发器也称为维持-阻塞边沿 D 触发器。 电路结构: 该触发器由 6 个与非门组成,其中 G1 和 G2 构成基本 RS 触发器。

2.3.2 74LS74 功能介绍
74LS74 工作原理:SD 和 RD 接至基本 RS 触发器的输入端,它们分别是预置和清零端,低电 平有效。当 SD=0 且 RD=1 时,不论输入端 D 为何种状态,都会使 Q=1,Q=0,即触发器置 1;当 SD=1 且 RD=0 时,触发器的状态为 0,SD 和 RD 通常又称为直接置 1 和置 0 端。我们设它们均已加 入了高电平,不影响电路的工作。工作过程如下: (1)CP=0 时,与非门 G3 和 G4 封锁,其输出 Q3=Q4=1,触发器的状态不变。同时,由于 Q3 至 Q5 和 Q4 至 Q6 的反馈信号将这两个门打开,因此可接收输入信号 D,Q5=D,Q6=Q5=D。 (2)当 CP 由 0 变 1 时触发器翻转。这时 G3 和 G4 打开,它们的输入 Q3 和 Q4 的状态由 G5 和 G6 的输出状态决定。Q3=Q5=D,Q4=Q6=D。由基本 RS 触发器的逻辑功能可知,Q=D。 (3)触发器翻转后,在 CP=1 时输入信号被封锁。这是因为 G3 和 G4 打开后,它们的输出 Q3 和 Q4 的状态是互补的,即必定有一个是 0,若 Q3 为 0,则经 G3 输出至 G5 输入的反馈线将 G5 封锁,即封锁了 D 通往基本 RS 触发器的路径;该反馈线起到了使触发器维持在 0 状态和阻止触 发器变为 1 状态的作用,故该反馈线称为置 0 维持线,置 1 阻塞线。Q4 为 0 时,将 G3 和 G6 封锁,D 端通往基本 RS 触发器的路径也被封锁。 输出端至 G6 反馈线起到使触发器维持在 1 状态的作用, Q4 称作置 1 维持线;Q4 输出至 G3 输入的反馈线起到阻止触发器置 0 的作用,称为置 0 阻塞线。因此, 该触发器常称为维持-阻塞触发器。总之,该触发器是在 CP 正跳沿前接受输入信号,正跳沿时触发 翻转,正跳沿后输入即被封锁,三步都是在正跳沿后完成,所以有边沿触发器之称。与主从触发器 相比,同工艺的边沿触发器有更强的抗干扰能力和更高的工作速度。

2.4 74LS164 八位移位寄存器
74LS164 是 8 位移位寄存器, 当其中一个 (或二个) 选通串行输入端的低电平禁止进入新数据, 并把第一个触发器在下一个时钟脉冲来后复位到低电平时,门控串行输入端(A 和 B)可完全控制 输入数据。一个高电平输入后就使另一个输入端赋能,这个输入就决定了第一个触发器的状态。虽 然不管时钟处于高电平或低电平时,串行输入端的数据都可以被改变,但只有满足建立条件的信息 才能被输入。时钟控制发生在时钟输入由低电平到高电平的跃变上。为了减小传输线效应,所有输 入端均采用二极管钳位。 为 8 位移位寄存器其主要电特性的典型值如下: 164 型号 fm Pn, 54/74164 36MHz 185mW, 54/74LS164 36 MHz 80mW, 当清除端 (CLEAR) 为低电平时, 输出端 (QA-QH) 均为低电平。串行数据输入端(A,B)可控制数据。当 A、B 任意一个为低电平,则禁止新数据 输入,在时钟端(CLOCK)脉冲上升沿作用下 Q0 为低电平。当 A、B 有一个为高电平,则另一
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个就允许输入数据,并在 CLOCK 上升沿作用下决定 Q0 的状态。引出端符号,CLOCK 时钟输入 端,CLEAR 同步清除输入端(低电平有效),A,B 串行数据输入端,QA-QH 输出端。 引脚如图 2-5 所示。

图 2-5 74LS164 引脚图

2.5 74LS04 六反相器
74LS04 为六组反向器,共有 54/7404、54/74H04、54/74S04、54/74LS04 四种线路结构形式, 引出端符号:1A-6A 输入端,1Y-6Y 输出端。引脚如图 2-6 所示。

图 2-6 74LS04 引脚图

2.6 74LS08 四二输入与门
74LS08 为四端二输入与门,引出端符号 1A-4A/1B-4B 输入端,1Y-4Y 输出端。引脚如图 2-7 所示。

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图 2-7 74LS08 引脚图

2.7 74LS32 四二输入或门
74LS32 是四 2 输入或门,常用在各种数字电路以及单片机系统中。表达式为:Y=A+B。引脚 如图 2-8 所示。

图 2-8 74LS32 引脚图

2.8 74LS193 四位二进制同步加/减计数器
193 为可预置的四位二进制同步加/减计数器,共有 54193/74193,54LS193/74LS193 两种线路 结构形式。其主 要电特性的典型值如下:193 的清除端是异步的。当清除端(CLEAR)为高电平 时,不管时钟端(CDOWN、CUP)状态如何,即可完成清除功能。193 的预置是异步的。当置入 控制端(LOAD)为低电平时,不管时钟(CDOWN、CUP)的状态如何,输出端(QA-QD)即 可预置成与数据输入端(A-D)相一致的状态。193 的计数是同步的,靠 CDOWN、CUP 同时加 在 4 个触发器上而实现。在 CDOWN、CUP 上升沿作用下 QA-QD 同时变化,从而消除了异步计 数器中出现的计数尖峰。当进行加计数或减计数时可分别利用 CDOWN 或 CUP,此时另一个时钟 应为高电平。当计数上溢出时,进位输出端(CARRY)输出一个低电平脉冲,其宽度为 CUP 低电 平部分的低电平脉冲;当计数下溢出时,错位输出端(BORROW)输出一个低电平脉冲,其宽度 为 C DOWN 低电平部分的低电平脉冲。当把 BORROW 和 CARRY 分别连接后一级的 CDOWN、 CUP,即可进行级联。引脚如图 2-9 所示。

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图 2-9 74LS193 引脚图

2.9 CD4512 八选一数据选择器
CD4512 是具有三态输出功能的 CMOS 八选一数据选择器。D7~ D0 为 8 个数据输入端,F 为 数据输出端,A2A1A0 是地址选择输入端。 E/OE 为允许输入端。引脚如图 2-10 所示。 。

图 2-10 CD4512 引脚图

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脉冲编码调制(PCM)编译码语音传输系统

第 3 章 PCM 编译码语音传输系统电路设计
3.1 焊接与元器件布局
3.1.1 电路焊接
1、焊接方法 焊接,检查,剪短。 (1)右手持电烙铁。左手用尖嘴钳或镊子夹持元件或导线。焊接前,电烙铁要充分预热。烙 铁头刃面上要吃锡,即带上一定量焊锡。 (2)将烙铁头刃面紧贴在焊点处。电烙铁与水平面大约成 60℃角。以便于熔化的锡从烙铁头 上流到焊点上。烙铁头在焊点处停留的时间控制在 2~3 秒钟。 (3)抬开烙铁头。左手仍持元件不动。待焊点处的锡冷却凝固后,才可松开左手。 (4)用镊子转动引线,确认不松动,然后可用偏口钳剪去多余的引线。 2、焊接质量 焊接时,要保证每个焊点焊接牢固、接触良好。要保证焊接质量。应是锡点光亮,圆滑而无毛 刺,锡量适中。锡和被焊物融合牢固。不应有虚焊和假焊。

3.1.2 元器件布局
电路板是 47*100 孔格局,电阻占据 4 个小孔,电容占据 3 个小孔,晶振占据 3 个小孔,二极 管占据 2 个小孔,芯片一律先焊接插座,尽量做到不跳线或者尽量少跳线,整体美观合理,布局大 方、平均。 把整个电路按照功能划分成若干个单元电路,按照电信号的流向,依次安排各个功能单元在板 上的位置,其布局应便于信号流通,并使信号流向尽可能地保持一致。通常情况下,信号流向安排 成从左到右(左输入、右输出)或从上到下(上输入、下输出)。除此,还应遵循以下几条原则。 (1)在保证电性能合理的原则下,元器件应相互平行或垂直排列,在整个板面上应分匀、疏密一 致。 (2)元器件不要布满整个板面, 注意板边四周要留有一定余量。 余量的大小要根据印的面积和固 定方式来确定,位于印制电路板边上的元器件 ,距离印制板的边缘至少应该 2mm。印制板四周, 一般每边都留有 5~10mm 空间。 (3)元器件的布设不能上下交叉。相邻的两个元器件之间要保持一定的间距。间距不小,避兔相 互碰接。如果相邻元器件的电位差较高,则应当保持安全距离,安全间隙一般不应小于 0.5mm。 (4)通常情况下,所有元器件应该布设在印制板的一面。 (5)元器件的安装高度要尽量低,一般元件体和引线离开板面不要超过 5mm,过高则承受振动 和冲击的稳定性变差,容易倒伏或与相邻元器件碰接。 (6)根据印制板在整机中的安装位置及状态,确定元件的轴线方向。规则排列的元器件,应该使 体积较大的元件的轴线方向在整机中处于竖立状态,可提高元器件在板上固定的稳定性。

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3.2 电路设计
3.2.1 时钟电路
时钟电路运用石英晶体振荡器, 它是利用具有压电效应的石英晶体片制成的。 这种石英晶体薄 片收到外加交变电场的作用时会产生机械振动,这就是晶体谐振特性的反应。利用这种特性,就可 以用石英谐振器取代 LC 谐振回路、滤波器等。由于石英谐振器具有体积小、重量轻、可靠性高、 频率稳定度高等优点,被应用于家用电器和通信设备中。石英谐振器因具有极高的频率稳定性,故 主要用在要求频率十分稳定的震荡电路中作谐振元件。电路图如图 3-1 所示。

图 3-1 时钟电路图

3.2.2 语音输入放大电路
语音输入放大电路如图 3-2 所示。

图 3-2 语音输入放大电路图

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3.2.3 语音输出放大电路
语音输出放大电路如图 3-3 所示。

图 3-3 语音输出放大电路图

3.2.4 帧同步产生电路
本系统采用 CD4512 八选一数据选择器,用于产生帧同步码。帧结构的概念就是把多路话音数 字码以及插入的各种标记按照一定的时间顺序排列的数字码流组合。 帧同步产生电路如图 3-4 所示。

图 3-4 帧同步产生电路图

3.2.5 复接信道
复接信道主要连接帧同步产生电路、分时隙以及 PCM 编译码器的通道,由 74LS08, 74LS04,74LS32 组成。
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复接信道如图 3-5 所示。

图 3-5 复接信道图

3.2.6 PCM 编码电路
脉冲调制就是把一个时间连续、取值连续的模拟信号变换成时间离散、取值离散的数字信号后 在信道中传输。脉码调制就是对模拟信号先抽样,再对样值幅度量化、编码的过程。而译码就是编 码的相反过程。其电路原理图如图 3-6 所示。

图 3-6 PCM 编译码电路

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第 4 章 PCM 编译码语音传输系统软件实现
4.1 PCM 软件程序窗口
软件程序窗口如图 4-1 所示。

图 4-1 PCM 软件程序窗口图

4.2 PCM 软件显示窗口
软件显示窗口如图 4-2 所示。

图 4-2 PCM 软件显示窗口图

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第 5 章 电路测试与波形
5.1 电路测试
应用数字万用表和示波器对电路进行测试,检查电路连接是否正确,核对器件型号等。确认电 路无误后方可接入电源。

5.2 测试波形
5.2.1 时钟波形及采样波形
时钟波形由时钟电路产生, 首先产生 4096KHz 的时钟, 然后经过分频获得 2048KHz、 1024KHz、 512KHz、256KHz 的时钟。其波形图依次如图 5-1 所示。 4096KHz 2048KHz 1024KHz 512KHz

256KHz
图 5-1 时钟及采样波形

5.2.2 帧码波形
由 CD4512 八选一数据选择器产生帧码,波形如图 5-2 所示。

1

1

1

1
图 5-2 帧码波形

0

1

0

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5.2.3 时隙波形
PCM 采用时分复用进行传输信号,其中分时隙波形 Q1、Q3、Q5、Q7 如图 5-3 所示。 Q1 Q3

Q5

Q7
图 5-3 时隙波形

5.2.4 PCM 输入信号波形
PCM 输入信号时分时隙 Q1、Q3、Q5、Q7,各自占用不同时隙,波形如图 5-4 所示。

图 5-4 PCM 输入信号波形

5.2.5 74LS123 信号波形
74LS123 产生 1:1 和 4:121 的波形。波形如图 5-5 所示。 1:1 4:121
图 5-5 74LS123 信号波形

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通过本次专业综合设计设计,使得对 PCM 编译码以及一些芯片有了更深的了解和认识。熟练 了设计的整个过程和思路,能够独立的完成任务,并且在其中学到自己在书本里学不到的知识。 这次设计我选的是“脉冲编码调制(PCM)编译码语音传输系统”,当老师讲解完整个设计的思 路的时候,我认为这个设计还是有点难度的,当我开始画布线图的时候发现,想要不跳线在我这里 已经不可能了,所以我尽量的做到在板子的后面美观,结果真的是如我所料,最后还是要在我堪近 完美的电路板上走上几条线。图是画完了,接下来的就是焊工。轮到测试的时候我们组还是首先测 试成功的,对着麦克说话时,示波器上面有剧烈跳动,同时喇叭也出现响动,成功之后又进行了改 进,后来发现依然达不到理想效果。由于焊工的粗糙和实际的情况还是不能达到通话的目的,这需 要专业设备才能完成。 三周的专业综合设计就要过去了,在其中我学到了很多,例如 1 掌握了电烙铁的焊接技能。2 熟悉了一些芯片的功能和使用方法。3 加深了团结合作的理念 4 增强了单独解决问题的能力…这些 都要归功于老师和我们的组员同学的帮助,系统的复杂和资料的繁琐不是一个人能完成的,所以有 了同学和老师的帮助才得以顺利完成,还是要谢谢大家!

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脉冲编码调制(PCM)编译码语音传输系统

参考文献
[1] 王忠庆.电子技术基础.第一版.北京:高等教育出版社,2001.8 [2] 樊昌信,曹丽娜.通信原理.第六版.北京:国防工业出版社,2010.2 [3] 邢道清,王浩.电力系统通信.第三版.北京:机械工业出版社,2009.1 [4] 章彬宏.EDA 应用技术.第一版.北京:北京理工大学出版社,2007.7 [5] 宋昌才.电力电子器件及其应用.第一版.北京:化学工业出版社,2010.5 [6] 陈永甫.常用半导体器件及模拟电路.第一版.北京:人民邮电出版社,2006.1 [7] 阎石.数字电子技术基础.第五版.北京:高等教育出版社,1983.4

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U1A VCC 4 U1C VCC 12 TC UP 13 TC DWN 3 Q0 2 Q1 6 Q2 7 Q3 VCC GND 74LS193N GND R1 5 2 2 15pF GND 3 CLK CLR Q 6 8 D PR Q 15 P0 Cap Pol2 1 P1 100pF 10 P2 9 P3 4 C1 U4A 5 74LS74 VCC 6 1K Y1 4096K Speaker 16 U2 14 MR 11 PL 5 CNT UP 4 C? CNT DWN 1 2 3

U1B

VCC

1

10

U3 11 LD 14 CLR 5 UP 4 DWN 15 A 1 B 10 C 9 D 8 GND GND 74LS193N

VCC

16 13 BRW 12 CO 3 QA 2 QB 6 QC 7 QD

VCC

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C10 GND 2 100k 8 0.1u GND VCC 33u A 1 R17 C12

R15 1K

U6A LM358 3 VCC

4

1

12

D

PR

Q

U4B 9 74LS74

11

CLK

CLR

Q

8

13

560pF C2 VCC

VCC

VCC U7

GND

附录 电路图

R2 5K 2 1 GNDA VBB VCC MCLKX MCLKR/PDN BCLKX BCLKR/CLKSEL 4 9 8 10 7

CL R

7 4 L S1 2 3 N

CX CX /RX

20K C11 560pF

B A

-5V

U5A U9 K1

14 15

R16

2 1

3

R6 500 13 11 R7 1K C6 R11 20K C5 10u 0.22u R10 1K 9013 0.22u 6 5 GND C9 Mic R13 VCC 30K 30K GND 10u R14 4 GND B 8 C7 U6B LM358 7 R9 470K R8 1K R12 470K C8 47pF VCC 9 U1D 8 TSX DX 14 GSX 3 VFR0

DR VFXIVFXI+ TP3057N R5 5K

6 SW DIP-4 15 16 VCC GND 10 R4 5K U1E 11

2 B 1 A 14 VCC 74LS164N

VCC

12

CLR

11

Q

5

Q

10 B 9 A

C3

6 CX 7 CX/RX

560pF

13

FSR FSX

4

5 12

1 2 3 4

8 7 6 5

13 12 11 10 6 5 4 3

QH QG QF QE QD QC QB QA

GND

7 8 CLK 9 CLR

GND

U5B

VCC

VCC

74LS123N 1 2 C4 33u U11A 1 3 2 SN74LS32D SN74LS08N U10A 3

5K R3

GND

VCC

13 12 11

10 15

8

9 7 6 5 4 3 2 1

14

16

IN H V CC D IS H CC4 5 1 2 BF

GND

SE L

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

U8

C B A

VCC

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Q

Q


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