实验六 增量调制.doc

实验六 增量调制（ΔM）编译码实验一、实验目的1. 了解语音信号的ΔM编码过程；2. 验证ΔM的编译码原理；3. 粗略了解ΔM编译码专用集成电路的基本工作原理、外部电路设计原则和一般使用方法二、实验仪器1. 音频信号发生器 XDF-7A2. 杂音计 ND53. 失真度测试仪 BS14. 毫伏计 GB95. 直流稳压电源 JWY-30-46. 双踪同步示波器 SR87. 数字频率计 8110A三、实验原理1. 增量调制（ΔM）增量调制简称ΔM或DM，它是继PCM后出现的又一种模拟信号数字传输的方法，可以看成是DPCM的一个重要特例 其目的在于简化语音编码方法 ΔM与PCM虽然都是用二进制代码去表示模拟信号的编码方式但是，在PCM中，代码表示样值本身的大小，所需码位数较多，从而导致编译码设备复杂；而在ΔM中，它只用一位编码表示相邻样值的相对大小，从而反映出抽样时刻波形的变化趋势，与样值本身的大小无关 ΔM与PCM编码方式相比具有编译码设备简单， 低比特率时的量化信噪比高，抗误码特性好等优点在军事和工业部门的专用通信网和卫星通信中得到了广泛应用，近年来在高速超大规模集成电路中用作A/D转换器。

不难想到，一个语音信号，如果抽样速率很高（远大于奈奎斯特速率），抽样间隔很小，那么相邻样点之间的幅度变化不会很大，相邻抽样值的相对大小（差值）同样能反映模拟信号的变化规律 若将这些差值编码传输， 同样可传输模拟信号所含的信息此差值又称“增量”，其值可正可负 这种用差值编码进行通信的方式，就称为“增量调制”（Delta Modulation），缩写为DM或ΔM为了说明这个概念，我们来看图8 -1图中，m(t)代表时间连续变化的模拟信号，我们可以用一个时间间隔为Δt， 相邻幅度差为+σ或-σ的阶梯波形m’(t)来逼近它只要Δt足够小，即抽样速率fs=1/Δt足够高，且σ足够小，则阶梯波m’(t)可近似代替m(t)其中，σ为量化台阶，Δt=Ts为抽样间隔图6-1 增量编码波形示意图阶梯波m’(t)有两个特点：第一，在每个Δt间隔内， m’(t)的幅值不变；第二，相邻间隔的幅值差不是+σ（上升一个量化阶），就是-σ（下降一个量化阶）利用这两个特点，用“1”码和“0”码分别代表m’(t)上升或下降一个量化阶σ，则m’(t)就被一个二进制序列表征（见图8 -1横轴下面的序列）于是，该序列也相当表征了模拟信号m(t)，实现了模/数转换。

除了用阶梯波m’(t)近似m(t)外，还可用另一种形式——图中虚线所示的斜变波m1(t)来近似m(t)斜变波m1(t)也只有两种变化：按斜率σ/Δt上升一个量阶和按斜率-σ/Δt下降一个量阶用“1”码表示正斜率，用“0”码表示负斜率，同样可以获得二进制序列由于斜变波m1(t)在电路上更容易实现，实际中常采用它来近似m(t) 与编码相对应，译码也有两种形式一种是收到“1”码上升一个量阶（跳变），收到“0”码下降一个量阶（跳变），这样把二进制代码经过译码后变为m’(t)这样的阶梯波另一种是收到“1”码后产生一个正斜率电压，在Δt时间内上升一个量阶σ，收到“0”码后产生一个负斜率电压，在Δt时间内下降一个量阶σ，这样把二进制代码经过译码后变为如m1(t)这样的斜变波考虑到电路上实现的简易程度，一般都采用后一种方法2. 单片ΔM编码系统组成随着中、大规模集成电路技术的进步，各种通信专用集成电路迅速发展ΔM编译码器、开关电容滤波器以及用户接口电路的集成化，为全集成化ΔM数字终端设备提供了物质条件目前，由三块中规模集成电路加少量外接元件设计的新型集成化ΔM数字终端机已投入批量生产图6-2就是这种设备的一个话路方框图。

与通用的分立元件及小规模集成电路的编译码器相比，集成化系统在缩小体积、降低功耗方面有明显的效益，对减少量化噪声、增大动态范围等指标起到了良好的作用本实验用单片MC3518ΔM编译码器和单片CD2912开关电容滤波器组成一个ΔM编译码实验系统其功能只涉及图6-2中虚线以右的部分单片ΔM编译码系统组成的方框图如图6-3所示，它是由定时部分、ΔM编译码器及收、发开关电容滤波器组成的图6-2 集成化ΔM数字框图图6-3 ΔM编译码系统框图四、实验步骤1. 时钟部分主振频率为4096kHz，经分频后得到2048Hz的定时，再经分频分相后得到8路32kHz的定时用示波器在TP1点观察主振波形，在TP2和TP3观察2048kHz至32kHz的波形，并记录其波形参数2. 发送滤波器在TP5输入频率为1kHz、幅度为2VP-P的音频信号用双踪示波器在TP5观察输入信号，在TP6观察输出信号，记下它们的幅度和波形3. ΔM编码器在TP6观察经发送滤波器限带后输入编码器的音频信号，在TP7观察本地译码信号在TP8观察编码器输出的数字信号（幅度约为10VP-P）以音频信号作为同步信号，观察信码的变化规律对应正弦波过零处应有连“0”或连“1”码型出现；对应正弦波的波峰和波谷处应有“0”、“1”交替码型出现。

4. ΔM译码器用短线连接TP8 – TP9，即将编码信号送入译码器在TP9观察输入译码器的编码信号，在TP10观察译码器输出的模拟信号，画出波形5. 接收滤波器在TP10观察滤波器的输入信号在TP11观察滤波器输出的模拟信号记下它们的波形和幅度6. 系统性能测试系统性能有三项指标：动态范围、信噪比和频率特性1） 动态范围在满足一定的信噪比（S/N）条件下，编译码系统所对应于1kHz音频信号的幅度范围定义为动态范围ΔM编译码器允许输入信号的最大幅度为4.36V为了确保器件的安全使用，本实验在进行动态范围这一指标测试时，不再对输入信号的临界过载进行验证取输入信号的最大幅度为5VP-P（注意：信号要由小至大调节），测出此时的S/N值然后以10dB间隔衰减输入信号，将测试数据填入下表0dB-10dB-20dB-30dB-40dB-50dBVin（mv）P-P500015005001505015S幅度N幅度SNR（dB）（2） 信噪比特性在上一项测试中选择出最佳编码电平（S/N最高）在此电平下测试不同频率下的信噪比值频率选择在500Hz/1kHz/2kHz/3kHz上f（Hz）500100020003000Vin（mv）P-P2000200020002000S幅度N幅度SNR（dB）（3） 频率特性选择一合适的输入电平，改变输入信号的频率，频率范围从50Hz到4000Hz。

在TP11用毫伏表测量译码输出信号的电压值f（Hz）500100020003000Vin（mv）P-P2000200020002000TP11（V）P-P五、实验报告要求 1. 整理实验记录，画出相应的曲线和波形2. 设想临界过载时本地译码信号和信码信号的形状试画出它们的波形。