现代交换技术实验指导书(2)

数字程控交换实验指导书

实验二 程控交换PCM编译码实验

一、实验目的

1．掌握PCM编译码器在程控交换机中的作用；

2．熟悉单片PCM编译码集成电路TP3057的电路组成和使用方法； 3．观测TP3057各测量点的工作波形。

二、电路组成

电话用户电路的模拟信号与数字信号的变换是通过PCM编译码器码器完成的。PCM（脉冲编码调制）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。脉冲编码调制是对模拟信号进行抽样，量化和编码。本实验中采用TP3057集成电路完成PCM编码和译码功能。关于TP3057更详细的技术资料可到网上查询, 由于详细精确的芯片资料大部分都是英文版本，所以这里要求学生具备一定英文资料查阅能力。

General Description：The TP3057 family consists of A-law monolithic PCM CODEC/filters utilizing the A/D and D/A conversion architecture shown in Figure 1, and a serial PCM interface. The devices are fabricated using National's advanced double-poly CMOS process (microCMOS). The encode portion of each device consists of an input gain adjust amplifier, an active RC pre-filter which eliminates very high frequency noise prior to entering a switched-capacitor band-pass filter that rejects signals below 200 Hz and above 3400 Hz. Also included are auto-zero circuitry and a companding coder which samples the filtered signal and encodes it in the companded m-law or A-law PCM format. The decode portion of each device consists of an expanding decoder, which reconstructs the analog signal from the companded m-law or A-law code, a low-pass filter which corrects for the sin x/x response of the decoder output and rejects signals above 3400 Hz followed by a single-ended power amplifier capable of driving low impedance loads. The devices require two 1.536 MHz, 1.544 MHz or 2.048 MHz transmit and receive master clocks, which may be asynchronous; transmit and receive bit clocks, which may vary from 64 kHz to 2.048 MHz; and transmit and receive frame sync pulses. The timing of the frame sync pulses and PCM data is compatible with both industry standard formats。

实验中的TP3057芯片工作时序控制采用短帧非同步法。

SHORT FRAME SYNC OPERATION：The COMBO can utilize either a short frame sync

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pulse or a long frame sync pulse. Upon power initialization, the device assumes a short frame mode. In this mode, both frame sync pulses, FSX and FSR, must be one bit clock period long, with timing relationships specified in Figure 2. With FSX high during a falling edge of BCLKX, the next rising edge of BCLKX enables the DX TRI-STATE output buffer, which will output the sign bit. The following seven rising edges clock out the remaining seven bits, and the next falling edge disables the DX output. With FSR high during a falling edge of BCLKR (BCLKX in synchronous mode), the next falling edge of BCLKR latches in the sign bit. The following seven falling edges latch in the seven remaining bits. All four devices may utilize the short frame sync pulse in synchronous orasynchronous operating mode。

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在PCM脉冲编码调制中，话音信号先经防混叠低通滤波器，然后进行脉冲抽样，变成8KHz重复频率的抽样信号（即离散的脉冲调幅PAM信号），然后将幅度连续的PAM信号用类似“四舍五入”办法量化为有限个幅度取值的信号，再经编码后转换成二进制码。对于电话。CCITT规定抽样率为8KHz，每抽样值编8位码，即共有2=256个量化值，因而每话路PCM编码后的标准数码率是64kb/s。此芯片的压缩特性是A律十三折线非均匀量化编码，常应用于PCM 30/32路系统中。一般以2.048Mbit/s的速率来传送信息（可容纳32路PCM编码）。它的发送时序与接收时序直接受U01产生的脉冲信号FSX和FSR 控制。单路PCM编码数据是在某一个确定的时序中被发送出去，而在其它时序编码器是没有输出的。同样在一个PCM 帧里，单路PCM译码能在某一个确定的时序里，接收8位PCM 码。

由于四路数字电话用户的PCM编译码电路的原理图都是一样的，因此只对电话A进行说明，其它各路电路和测试点对应相同。

电话A用户端的PCM编译码的组成方框图如图6-1所示。电话语音信号，经过二/四线转换后分为发送和接收部分。电话发送部分的去话语音信号由1VT，经过PCM编码器转换成数字信号经TP304送往数字交换网络；电话来话的数字信号经TP305（即来自数字交换网络）及PCM译码器转换成模拟语音信号并经1VR送往电话用户接口电路的接收部分。

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工作时钟U01 1VT TP3057 滤波 抽样 量化 A/D 低 通 滤 波 D/A 译 码 再 生 编码 TP304 电话A 用户电话接口电路1VR TP305 数字时分交换网络 本实验模块中，电话A、电话B、电话C、电话D等四路用户的PCM编码速率都设置为2.048Mbit/s。各路的发送时序FSX与接收时序FSR相同，默认时隙号分别为4、8、16、24，对应的测试点分别为为TP02、TP03、TP04、TP05，参考0时隙测试点为TP06。实验时，设置“时分MT8980”方式，此时，可编程数字逻辑器件U01将TP3057芯片的上述工作时序和时隙送往各路电话用户电路。

另外， TP3057芯片内部模拟信号的输入端有一个语音带通滤波器，其通带为200HZ～4000HZ，所以输入的模拟信号频率只能在这个范围内。当输入模拟语音信号被采样的幅值为正向最大、0电平、负向最大时TP3057对应的编码值如下图6-2所示。

三、实验内容及步骤

1. 在关电情况下，交换网络接口上插上“时分MT8980”交换模块，保管好其它模块； 2. 打开实验箱电源开关，电源指示灯亮，系统开始工作； 3. 电话A和电话B分别接上电话单机；

4. 液晶选择“时分MT8980” 交换方式，此时U01将控制时序信号和脉冲送往各个电话用户电路（2.048Mbit/s的速率，可容纳32路PCM编码），各路TP3057芯片即运行；

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图6-1 PCM通信系统组成方框图

图6-2 PCM编码输出表

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5．将电话A与电话B按正常呼叫接通，即电话A拨号49，建立正常通话。通过话机讲话或按键（双音多频信号），对方即可听到。此时，电话A发的语音信号将经过PCM编码变成相应的数字信号，经过时分交换网络，送往电话B的PCM译码器，译码还原后送进电话B听筒；电话B话筒信息交换到电话A听筒的过程与此类似；

6．根据步骤3的分析，电话A的1VT点波形应与电话B的2VR点波形同（模拟信号），TP304波形应与TP405波形同（PCM编码信号）；

7. 用示波器验证步骤6结果，注意观测PCM编码波形，如TP304、TP405。观测时示波器的触发通道放在PCM编码波形的帧同步窄脉冲TP02上，另一通道放在PCM编码波形测点上，调整示波器，即可观测到PCM的8位编码波形； 8. 对电话讲话或按键，看对应的PCM编码波形有何变化； 9. 更换其它电话呼叫组合继续进行实验；

10.如使用的示波器无法看清高速的PCM编码数据，可设置系统的PCM编码时钟为64K，这样一帧中只可容纳1路PCM数据。方法是：在关电的前提下，更换交换模块“时分CPLD”，加电后，菜单选择对应的项目，其它操作步骤与前同；

注：实验中电话A的各测量点波形说明如下，其它电话用户的测试点与上对应相同；

1VT：电话A去话话音信号，即PCM模拟输入 TP304：电话A PCM编码器编码的数字信号输出 TP305：电话A PCM译码器接收的数字信号输入 1VR：电话A来话话音信号，即PCM模拟话音信号输出

四、实验报告要求

1．画出各测量点的波形，并注明它是在何种状态下测试到的波形。 2．检索、消化PCM编译器芯片TP3057相关资料，并简述其工作原理。 3．画出 TP02波形，简述时序信号在时分复用中所起的作用。

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