2路语音全双工PCM通信系统设计制作 1?lnAx1?lnA1A?X?1
y?,A律压扩特性是连续曲线，A值不同压扩特性亦不同，在电路上实现这样的函数规律是相当复杂的。实际中，往往都采用近似于A律函数规律的13折线（A=87.6）的压 路实现，本设计中所用到的PCM编码正是采用这种压扩特性来进行编码的。图2.1表
y1 78（8） （7） 685848（6） （5） （4） （3） （2） （1） 未压缩 38 28 18 0 164111681 14 12 1 1128 32 图2.1 A律函数13折线
示出了这种压扩特性。表1-1列出了13折线时的x值与计算x值的比较。表2-1中第二行的x值是根据A=87.6时计算得到的，第三行的x值是13折线分段时的值。可见，13折线各段落的分界点与A=87.6曲线十分逼近，同时x按2的幂次分割有利于数字化。
（3）编码:所谓编码就是把量化后的信号变换成代码，其相反的过程称为译码。当然，这里的编码和译码与差错控制编码和译码是完全不同的，前者是属于信源编码的范畴。
在现有的编码方法中，若按编码的速度来分，大致可分为两大类：低速编码和高速编码。通信中一般都采用第二类。编码器的种类大体上可以归结为三类：逐次比较型、折叠级联型、混合型。在逐次比较型编码方式中，无论采用几位码，一般均按极性码、段落码、段内码的顺序排列。下面结合13折线的量化来加以说明。
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2路语音全双工PCM通信系统设计制作 表2-1 13折线时的x值与计算x值的比较
y x 按折线 分段时的0 0 18 28 38 48 58 68 78 1 1 1128160.6130.6115.417.7913.9311.980 1128 164 132 116 18 14 12 1 x 段落 斜率 1 16 2 16 3 8 4 4 5 2 6 1 7 1 28 1 4 表2-2 段落码与段内码
段落序号 8 7 6 5 4 3 2 1 段落码 111 110 101 100 011 010 001 000 量化级 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 段内码 1111 1110 1101 1100 1011 1010 1001 1000 0111 0110 0101 0100 0011 0010 0001 0000 在13折线法中，无论输入信号是正是负，均按8段折线（8个段落）进行编码。若用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
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2路语音全双工PCM通信系统设计制作 的结果，8个段落被划分成27＝128个量化级。段落码和8个段落之间的关系和段内码与16个量化级之间的关系如表2-2所示。
PCM编译码器的实现可以借鉴单片PCM编码器集成芯片，如：TP3057A、CD22357等。单芯片工作时只需给出外围的时序电路即可实现，考虑到实现细节，仿真时将PCM编译码器分为编码器和译码器模块分别实现。
2.2 时分复用原理介绍
时分多路复用通信（此课题为两路）,是各路信号在同一信道上占有不同时间间隙进行通信。由前述的抽样理论可知，抽样的一个重要作用，是将时间上连续的信号变成时间上离散的信号，其在信道上占用时间的有限性,为多路信号沿同一信道传输提供了条件。具体说，就是把时间分成一些均匀的时间间隙，将各路信号的传输时间分配在不同的时间间隙，以达到互相分开，互不干扰的目的。图2.2为时分多路复用示意图，各路信号经低通滤波器将频带限在3400Hz以下,然后加到快速电子旋转开关(称分配器)K1,K2开关不断重复地作匀速旋转，每旋转一周的时间等于一个抽样周期T，这样就做到对每一路信号每隔周期T时间抽样一次。由此可见，发端分配器不仅起到抽样的作用，同时还起到复用合路的作用。合路后的抽样信号送到 PCM 编码器进行量化和编码，然后将数字信码送往信道。在收端将这些从发送端送来的各路信码依次解码，还原后的PAM信号，由收端分配器旋转开关 K2 依次接通每一路信号，再经低通平滑，重建成话音信号。当采用单片集成PCM 编解码器时，其时分复用方式是先将各路信号分别抽样、编码、再经时分复用分配器合路后送入信道，接收端先分路，然后各路分别解码和重建信号。
图2.2 时分复用示意图
有上述理论我们可以这样实现课题设计：这个通信系统主要用4个电路实现，它们分别是定时器电路，PCM编译码电路，复接电路，语音处理电路。定时器电路由晶振，分频器及时隙同步信号（抽样信号）构成，它为两个PCM编译码电路提供时钟信号和
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2路语音全双工PCM通信系统设计制作 时隙同步信号，PCM编译码部分采用芯片TP3057在时钟信号和对语音进行编码和译码。在编码时将语音信号转变为数字信号然后帧同步信号发生器电路提供帧同步码1110010和两路数字语音信号复接，形成一帧PCM信号。在这个PCM信号中有29个是空时隙，两路数字语音信号各占一个时隙。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可对信号分路实现分接。
语音信号A，B通过麦克风输出幅度比较小，需放大到再送到PCM编码器。接入的PCM译码器输出信号RA，RB幅度较大，需衰减到适当值后再送给听筒，因此需要分别加入两个语音处理信号电路。
具体整个系统的原理图方框图如图2.3所示。
SRB A语音 PCM编译码 帧同步 PCM编译码 SRA B语音 BS PCM-B PCM-A PCM信号 2048KHz 位同步信号BS 复接器 图2.3 两路语音的PCM全双工通信原理方框图
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2路语音全双工PCM通信系统设计制作 第3章 各单元电路的设计
3.1定时器电路的设计
时分复用通信中的同步技术包括位同步(时钟同步)和帧同步，这是数字通信的又一个重要特点。位同步是最基本的同步，是实现帧同步的前提。位同步的基本含义是收、发两端机的时钟频率必须同频、同相，这样接收端才能正确接收和判决发送端送来的每一个码元。为了达到收、发端频率同频、同相，在设计传输码型时，一般要考虑传输的码型中应含有发送端的时钟频率成分。这样，接收端从接收到 PCM码中提取出发端时钟频率来控制收端时钟，就可做到位同步。
一个抽样周期即为一帧，抽样信号为8KHz，所以每帧的时间为 125 微秒，包含有 32 个路时隙，，其编号为TS0，TS1……TS31,每个路时隙的时间为 3.9 微秒。每一路时隙包含有 8 个位时隙，其编号为D0，D1……D8,每个位时 隙的时间为 0.488 微秒。其中 30 个路时隙分别用来传送 30 路话音信号，一个路时隙用来传送帧同步码，另一个时隙用来传送信令码。
由此可知分频器需产生频率为2048KHz的位同步信号，8KHz的时隙同步信号，此
外还要产生一些其它频率的信号来控制同步。因此，采用的晶振通过计数器74LS193和触发器74LS74得到所需的信号频率。抽样信号可由单稳态触发器74LS123得出。
表3-1 74LS193的真值表
CLR H L L L L LOAD X L H H H UP X X ? H H 输 DOWN X X H ? H 入 A X d0 X X X B X d1 X X X C X d2 X X X D X d3 X X X QA L d0 输 QB L d1 加 减 保 出 QC L d2 计 计 持 QD L d3 数 数 晶振的频率为4096KHz。通过74LS193的真值表结合图3.1可以看出74LS193芯片工作在加计数的状态，Qd为十六分频输出端口，U2A的Qd输出4096KHz÷16=256KHz的时钟信号。同理可以知道U2B的Qd端口输出信号频率为256KHz÷16=16KHz。芯片74LS74为上升沿D触发器，它的作用就是对信号二分频。由此可知，U3A的1Q端输出的信号为16KHz÷2=8KHz（化为周期125us），U3B的1Q端口输出的信号为 4096KHz÷2=2048KHz（化为周期488.28ns）。
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