一种CVSD数字压扩增量调制原理解析实验方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种CVSD数字压扩增量调制原理解析实验方法及系统，包括对输入音频模拟信号进行带限、抽样、相减比较、差值编码、脉幅调制、连码检测、平滑和积分处理获得音频模拟信号、量化阶信号、二进制编码信号，通过STM32微处理器在液晶显示器上建立一个同步水平轴，所述水平轴是基于所述处理器工作频率具有音节周期的时间轴，以32KHZ的A/D抽样频率对输入音频模拟信号进行抽样，并在所述液晶显示器上显示出抽样信号的包络，包络形成对应时间轴输入的音频模拟信号波形；本发明专利技术在一个液晶显示屏同时观察输入模拟信号频率和幅度变化引起的编码输出数据、量化阶电平、连码位数的变化及量化阶信号和输入模拟信号在幅度上的比较关系。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通讯领域，特别涉及一种CVSD数字压扩增量调制原理解析实验方法及系统，是一种基于STM32微处理器的CVSD数字压扩增量调制原理解析实验方法及系统。
技术介绍
连续可变斜率增量调制CVSD也称为数字检测音节压扩增量调制，其量化阶随着输入模拟信号斜率和幅度的不同而自动改变，即根据输入信号变化的不同采用不同的量化阶。对于CVSD数字压扩增量调制原理的学习是现代数字通信技术的一个重要的知识点，如何通过实验的方法直观显示在一个音节周期内输入模拟信号、量化阶信号、二进制编码信号之间在相位、数值之间一一对应关系及信号间的跟随变化关系，以帮助学生理解CVSD编码调制的原理和过程一直是教学中亟需解决的问题。学生只有理解了量化阶随着输入模拟信号斜率和幅度的变化而自动跟随改变的过程，并在此基础上一方面通过分析一个音节周期内输入模拟信号和积分器输出信号幅度大小的比较结果。另一方面通过分析二进制编码输出连码数据跟随输入信号频率和幅度变化的对应关系。最后得出量化阶的变化和编码信号之间的对应关系，以达到理解和掌握CVSD编码调制原理的目的，为此，必须保证一个音节周期内量化阶信号、输入模拟信号、二进制编码信号在时间轴上的对应位置相对固定，保证三者之间在相位和逻辑上的一一对应的跟随关系，即要求在同一个时钟控制下同屏显示量化阶信号、输入模拟信号、二进制编码信号和音节周期的同时量化阶信号需叠加显示于输入模拟信号上以方便分析量化阶信号跟随输入信号频率和幅度变化的相互关系。通常CVSD数字压扩增量调制实验是通过增量调制编译码集成芯片构成的实验模块电路来实现的，用示波器观察CVSD编码过程，一般仅能同时观察两个信号，虽可以用示波器同时观测输入模拟信号和量化阶信号，由于量化阶信号没有叠加于输入模拟信号上显示，所以不能准确分析量化阶信号和输入模拟信号在幅度上的比较结果，也不能准确反应量化阶信号跟随输入模拟信号变化的过程，同时不能同时在同一个显示屏观测到同一音阶周期内二进制编码信号，无法分析二进制编码输出连码数据跟随输入信号频率和幅度变化的对应关系。或者可以用示波器同时观测输入模拟信号和二进制编码信号的波形，来分析编码信号与输入模拟信号的对应关系，即仅能观测到编码输出数据信号跟随输入模拟信号基本同步变化过程，不能同时在同一个显示屏观测到在同一音阶周期内量化阶发生的同步变化；由于无法看到在一个音节周期内输入模拟信号、量化阶信号、编码信号三者之间在相位和数值上的一一对应的跟随关系，同时不能准确显示量化阶信号和输入模拟信号在幅度上的比较关系，无法直观反映出量化阶和编码信号跟随输入模拟信号幅度和斜率的变化时对应的量化阶和编码信号同步变化的编码过程，所以通常的CVSD数字压扩增量调制实验方法对理解和掌握CVSD数字压扩增量调制原理的帮助作用不明显。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种CVSD数字压扩增量调制原理解析实验方法及系统。通过STM32软件同步算法确保输入模拟信号、量化阶信号、二进制编码信号三者之间在一个音节周期内绝对同步，同时通过控制STM32，在同一块液晶显示屏上同时观测到模拟信号波形、时间轴上的音节周期、量化阶信号、编码信号4个信号，可以准确观察输入模拟信号频率和幅度变化引起的编码输出数据、量化阶电平、连码位数的变化及量化阶信号和输入模拟信号在幅度上的比较关系。为了实现上述目的，本专利技术的方案是：一种CVSD数字压扩增量调制原理解析实验方法，包括对输入音频模拟信号进行带限、抽样、相减比较、判决差值编码、脉幅调制、平滑和积分处理获得音频模拟信号、量化阶信号、二进制编码信号，通过STM32微处理器在液晶显示器上建立一个同步水平轴，所述水平轴是基于所述处理器工作频率设定音节周期的时间轴，以设定的A/D抽样频率对输入音频模拟信号进行抽样，并在所述液晶显示器上显示出抽样信号的包络，包络形成对应时间轴输入的音频模拟信号波形；其中，将获取的量化阶信号、二进制编码信号动态跟随音频模拟信号波形与具有音节周期的时间轴同步显示；所述获取二进制编码信号同步显示的过程是：按照音节周期对抽样信号与积分处理输出信号比较后输出的差值信号进行判断，差值信号>0输出1码，差值信号<0输出0码，得到输出的单极性脉冲信号和由单极性的脉冲信号宽度形成的二进制编码波形，码元宽度为一个音节周期，将二进制编码波形随音频模拟信号波形的动态变化同步显示在时间轴之上，其中，所述积分处理输出信号为所述量化阶信号；所述获取量化阶信号并显示的过程是：第一步：对单极性的脉冲信号宽度形成的二进制编码波形进行平滑处理，取其平均值作为平滑处理后输出信号的电压值；第二步：对平滑处理后输出的电压值进行脉幅调制，产生一个双极性脉冲，脉冲的幅度随信号的斜率变化；第三步：对双极性脉冲进行积分处理产生量化阶信号；第四步：将量化阶信号随音频模拟信号波形同步叠加显示在音频模拟信号波形上。方案进一步是：所述音节周期为10毫秒，所述的抽样信号是针对每一个音节周期的输入音频模拟信号以32KHZ的A/D抽样频率进行抽样的抽样信号。方案进一步是：所述同步叠加显示在音频模拟信号波形上的量化阶信号波形是随以音节周期为阶长随音频模拟信号波形变化随动的量化阶信号波形，其量化阶信号波形是通过对二进制码的连码检测判断实现的，其过程是：当二进制码为连续“1”时量化阶信号波形是随模拟信号波形向上的连续阶长阶梯波，当二进制码为连续“0”时量化阶信号波形是随模拟信号波形向下的连续阶长阶梯波，当二进制码为“0”、“1”交替时量化阶信号波形是随模拟信号波形平行的连续阶长上下交替波。方案进一步是：所述方法进一步包括：所述STM32微处理器在输出模拟信号波形、量化阶信号、二进制编码信号和时间轴上的音节周期信号至显示器的同时，还将二进制编码信号同步对外输出，用于“增量调制编译码模块”的输入信号，经译码后还原模拟语音输入信号。一种CVSD数字压扩增量调制原理解析实验系统，包括STM32微处理器芯片，围绕所述微处理器芯片设置有一个频率范围在300HZ-3400HZ的带宽限制电路和数字液晶显示器；所述带宽限制电路的输入端连接音频模拟信号采集电路，所述带宽限制电路的输出端连接微处理器芯片的A/D转换输入接口，液晶显示器通过接口电路连接所述微处理器芯片的数据输出线，在所述带宽限制电路的输出设置有一个带限音频模拟信号测试端口；其中，围绕所述微处理器芯片还设置有一个译码电路，所述译码电路包括一个用作增量调制译码的集成芯片MC34115、一个运算放大器和一个用作低通滤波的集成芯片TP3057，集成芯片MC34115通过第一隔直电容连接STM32微处理器芯片的二进制编码信号输出接口，二进制编码信号经集成芯片MC34115译码后通过第二隔直电容连接集成芯片TP3057进行低通滤波，运算放大器的正极输入端通过第三电容连接TP3057芯片的输出端，运算放大器的正极输入端同时连接一个由第一电阻和第二电阻并联，两个电阻分别连接正1.65伏和负1.65伏电源组成的直流电平变换电路，将以1.65V电平对称的交流信号变换为以0电平对称的交流信号，运算放大器的负极输入端与运算放大器的输出端短路，译码信号输出电路的输出端是一个译码信号测试端口。方案进一步是：所述带本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CVSD数字压扩增量调制原理解析实验方法，包括对输入音频模拟信号进行带限、抽样、相减比较、判决差值编码、脉幅调制、平滑和积分处理获得音频模拟信号、量化阶信号、二进制编码信号，通过STM32微处理器在液晶显示器上建立一个同步水平轴，所述水平轴是基于所述处理器工作频率设定音节周期的时间轴，以设定的A/D抽样频率对输入音频模拟信号进行抽样，并在所述液晶显示器上显示出抽样信号的包络，包络形成对应时间轴输入的音频模拟信号波形；其特征在于，将获取的量化阶信号、二进制编码信号动态跟随音频模拟信号波形与具有音节周期的时间轴同步显示；所述获取二进制编码信号同步显示的过程是：按照音节周期对抽样信号与积分处理输出信号比较后输出的差值信号进行判断，差值信号>0输出1码， 差值信号<0输出0码，得到输出的单极性脉冲信号和由单极性的脉冲信号宽度形成的二进制编码波形，码元宽度为一个音节周期，将二进制编码波形随音频模拟信号波形的动态变化同步显示在时间轴之上，其中，所述积分处理输出信号为所述量化阶信号；所述获取量化阶信号并显示的过程是：第一步：对单极性的脉冲信号宽度形成的二进制编码波形进行平滑处理，取其平均值作为平滑处理后输出信号的电压值；第二步：对平滑处理后输出的电压值进行脉幅调制，产生一个双极性脉冲，脉冲的幅度随信号的斜率变化；第三步：对双极性脉冲进行积分处理产生量化阶信号；第四步：将量化阶信号随音频模拟信号波形同步叠加显示在音频模拟信号波形上。...

【技术特征摘要】
1.一种CVSD数字压扩增量调制原理解析实验方法，包括对输入音频模拟信号进行带限、抽样、相减比较、判决差值编码、脉幅调制、平滑和积分处理获得音频模拟信号、量化阶信号、二进制编码信号，通过STM32微处理器在液晶显示器上建立一个同步水平轴，所述水平轴是基于所述处理器工作频率设定音节周期的时间轴，以设定的A/D抽样频率对输入音频模拟信号进行抽样，并在所述液晶显示器上显示出抽样信号的包络，包络形成对应时间轴输入的音频模拟信号波形；其特征在于，将获取的量化阶信号、二进制编码信号动态跟随音频模拟信号波形与具有音节周期的时间轴同步显示；所述获取二进制编码信号同步显示的过程是：按照音节周期对抽样信号与积分处理输出信号比较后输出的差值信号进行判断，差值信号>0输出1码，差值信号<0输出0码，得到输出的单极性脉冲信号和由单极性的脉冲信号宽度形成的二进制编码波形，码元宽度为一个音节周期，将二进制编码波形随音频模拟信号波形的动态变化同步显示在时间轴之上，其中，所述积分处理输出信号为所述量化阶信号；所述获取量化阶信号并显示的过程是：第一步：对单极性的脉冲信号宽度形成的二进制编码波形进行平滑处理，取其平均值作为平滑处理后输出信号的电压值；第二步：对平滑处理后输出的电压值进行脉幅调制，产生一个双极性脉冲，脉冲的幅度随信号的斜率变化；第三步：对双极性脉冲进行积分处理产生量化阶信号；第四步：将量化阶信号随音频模拟信号波形同步叠加显示在音频模拟信号波形上。2.根据权利要求1所述的CVSD数字压扩增量调制原理解析实验方法，其特征在于，所述音节周期为10毫秒，所述的抽样信号是针对每一个音节周期的输入音频模拟信号以32KHZ的A/D抽样频率进行抽样的抽样信号。3.根据权利要求1所述的CVSD数字压扩增量调制原理解析实验方法，其特征在于，所述同步叠加显示在音频模拟信号波形上的量化阶信号是随以音节周期为阶长随音频模拟信号波形变化随动的量化阶信号波形，其量化阶信号波形是通过对二进制码的连码检测判断实现的，其过程是：当二进制码为连续“1”时量化阶信号波形是随模拟信号波形向上的连续阶长阶梯波，当二进制码为连续“0”时量化阶信号波形是随模拟信号波形向下的连续阶长阶梯波，当二进制码为“0”、“1”交替时量化阶信号波形是随模拟信号波形平行的连续阶长上下交替波。4.根据权利要求1所述的CVSD数字压扩增量调制原理解析实验方法，其特征在于，所述方法进一步包括：所述STM32微处理器在输出模拟...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨秀清，
申请(专利权)人：北京电子科技职业学院，
类型：发明
国别省市：北京;11