现代通信原理教师参考书 10－1 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

模拟信号PCM

非线性至

线性PCM变换＋

自适应量化器自适应逆量化器自适应

预测器

＋定标因子

自适应

自适应速度控制器

＋－＋＋

ADPCM输出

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 现代通信原理教师参考书

10－2 模拟信号输出ADPCM输入自适应逆量化器定标因子自适应自适应速度控制器＋自适应预测器同步编码调整单元非线性至线性PCM变换

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snTX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：

10)()(nissisiTnTxanTX

其中ia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ia。这样，PCM编码器就只是对差值信号sssnTXnTXnTe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（10KΩ）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（10KΩ）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=10KΩ/10KΩ=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 现代通信原理教师参考书 10－3 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）

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10－4 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/Nq=3N（M-1）2/8π2 * fs3/f02fL 上式表明，信号量噪比随编码位数N和抽样频率fs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 现代通信原理教师参考书 10－5 ADPCM专用芯片MC145540介绍 1、C145540ADPCM芯片特征 a．单一供电方式：2.7V～5.25V b．低功耗:5V时,150mW，功耗下降0.3mW；3V时,65 mW，功耗下降0.2mW c．低噪声:有差分模拟电路 d．μ律/A律压扩PCM编译码/滤波器电路 e．三种速率选择(32、24、16kbit/s)，四种算法ADPCM CODEC 完全满足G721、723、726和G714的PCM性能。 f.用可编程双音频发生器。 g.编程控制，发送增益调整，接收增益调整与侧音增益调整。 h.可直接与话筒接口的低噪声、高增益的三端输入运算放大器电路。 i.可直接与扬声器接口的推挽300Ω负载阻抗。 j.提供振铃接口的推挽300Ω的驱动电路。 k.降功耗供电方式，3V电源送入数字信号处理电路；5V电源送入模拟信号处理电路。 l．收端具有噪声突发检测算法。 m．有串行控制口和监控内存，可实现微计算机控制。 2、管脚功能简介 第1引脚（TG—Transmit Gain）：发送增量控制。由第2引脚（TI-）和第3引脚（TI+）输入的音频模拟信号经输入运放后从该端输出。该端实质上是发送滤波器的输入端。 这是设定运算放大器增益的输出和输入到发送带通滤波器。此运算放大器能驱动2KΩ负载到VAC

引脚。当TI-和TI+连到VDD时，TG运算放大器掉电，TG引脚变成高阻抗，输入到发送放大器。此引脚

上的所有信号以VAC引脚为基准。当器件是在模拟掉电方式下时，此引脚是高阻抗。此运算放大器由VDD引脚加电。 第2引脚（TI-—Transmit Analog Inverting Input）：模拟运算放大器反相输入端。音频模拟信号通过该端进入模拟运放。 这是发送增益设定运算放大器的反相输入。增益设定电阻通常从此引脚连到TG和从此引脚连到模拟信号源。TI+和TI-引脚的共模范围从1.0V到2.0V。连接此引脚和TI+到VDD将置此放大器的输出（TG）于高阻抗状态，这样，允许TG引脚作为发送滤波器的高阻抗输入。 第3引脚（TI+—Transmit Analog Input）：模拟运算放大器正相输入端。该端一般与第4脚相接，由第4引脚提供一个2.4V电平输入。 这是发送增益设定运算放大器的同相输入。对于输入增益设定运算放大器，此引脚调节差分到单端电路。允许输入信号以VSS引脚为基准，使电平移向VAG引脚。TI+和TI-引脚的共模范围是1.0V到-2V。连接此引脚和TI-（引脚2）到VDD将置此放大器的输出（TG）于高阻抗状态，这样，允许TG引脚作为高阻抗输入到发送滤波器。 第4引脚（VAG—Analog Ground Output）：模拟对地输出端，该端能提供一个输出2.4V电压，输送给第3引脚。该端必须和地之间接入一个去耦电容，电容量在0.01μF-0.1μF之间。器件内部所有模拟信号都以此引脚为基准。此引脚应使用0.01-0.1μF陶瓷电容器去耦到VSS。如果音频信号处理基准为VSS，则要特别小心，防止VSS和VAG引脚之间的噪声。当在模拟掉电方式下VAG引脚变为高阻抗。 第5引脚（RO-Receive Analog Output）：接收模拟信号输出端。ADPCM信号经过变换处理后的模拟音频信号从该端输出。这来自数/模变换器的接收平滑滤波器的同相输出。此输出能驱动2KΩ负载到1.575V峰值，基准为VAG引脚。 第6引脚（AXO-—Auxiliary Audio Power Inverting Output）：音频信号反相输出端。该端与第7引脚一起可把音频信号平衡输出。这是辅助功率输出驱动器的反相输出。此辅助功率驱动器能差动地驱动300Ω负载。此功率放大器从VEXT得电，其输出能摆动到VSS和VEXT的0.5V以内。此引脚可以