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实验二 脉冲编码调制PCM、实验目的 1加深对PCM编码过程的理解 2了解PCM系统的工作过程3了解帧同步信号的时序状态关系4掌握时分多路复用的工作过程二、实验内容1.脉冲编码调制（PCM）及系统实验2.观察信号波形（幅值23V，频率23kHz）3.用同步正弦波信号观察A律PCM八比特编码的实验4.观察译码后的波形三、实验原理（1） PCM基本工作原理 脉冲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。脉冲编码调制就是对模拟信号先抽样，再对样值幅度量化、编码的过程。 所谓抽样，就是对模拟信号进行周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有信息，也就是说能无失真的恢复原模拟信号。它的抽样速率的下限是由抽样定理确定的。在该实验中，抽样速率采用8Kbit/s。 所谓量化，就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散，即用一组规定的电平，把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示。 一个模拟信号经过抽样量化后，得到已量化的脉冲幅度调制信号，它仅为有限个数值。 所谓编码，就是用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化值。然而，实际上量化是在编码过程中同时完成的，故编码过程也称为模/数变换，可记作A/D。 PCM的原理如图 1所示。话音信号先经防混叠低通滤波器，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“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28=256个量化值，因而每话路PCM编码后的标准数码率是64kb/s。为解决均匀量化时小信号量化误差大、音质差的问题，在实际中采用不均匀选取量化间隔的非线性量化方法，即量化特性在小信号时分层密、量化间隔小，而在大信号时分层疏、量化间隔大。在实际中广泛使用的是两种对数形式的压缩特性：A律和m律。A律PCM用于欧洲和我国，m律用于北美和日本。图 1 PCM的原理框图(二)PCM编译码电路TP3067芯片介绍 模拟信号经过编译码器时，在编码电路中，它要经过取样、量化、编码，如图 4(a)所示。到底在什么时候被取样，在什么时候输出PCM码则由AD控制来决定，同样PCM码被接收到译码电路后经过译码、低通滤波、放大，最后输出模拟信号，把这两部分集成在一个芯片上就是一个单路编译码器，它只能为一个用户服务，即在同一时刻只能为一个用户进行A/D及D/A变换。 A律十三折线非线性交换法一般应用于PCM 3032路系统中，这是一种比较常用的变换法.模拟信号经取样后就进行A律十三折线变换，最后变成8位PCM码，在单路编译码器中，经变换后的PCM码是在一个时隙中被发送出去，这个时序号是由A/D控制电路来决定的，而在其它时隙时编码器是没有输出的，即对一个单路编译码器来说，它在一个PCM帧里只有一个由它自己的A/D控制电路决定的时隙里输出8位PCM码，同样在一个PCM 帧里，它的译码电路也只能在一个由它自己的D/A控制电路决定的时序里，从外部接收8位PCM 码。其实单路编译码器的发送时序和接收时序还是可由外部电路来控制的，编译码器的发送时序由A/D控制电路来控制。我们定义为FSx和FSr，要求FSx和FSr是周期性的，并且它的周期和PCM的周期要相同，都为125S，这样，每来一个FSx，其Codec就输出一个PCM码，每来一个FSr，其Codec就从外部输入一个PCM码。 图 4(b)是PCM的译码电路方框图，工作过程同图 4(a)相反，因此就不再讨论了。 图 4（a） AD 电路 图 4（b） DA 电路 图 4 A/D及D/A 电路框图四、实验步骤及注意事项1脉冲编码调制（PCM）及系统实验本PCM编译码系统分为PCM（一）、PCM（二）两个分系统，两系统间数据可进行时分复用通信。PCM（一）编码数据与PCM（二）编码数据进行两路复用输出，PCM（一）编码数据由PCM（二）译码输出，PCM（二）编码数据由PCM（一）译码输出。PCM（一）编码数据由PCM（二）译码输出实验步骤：1. 不加音频信号输入时，测量TP501TP504、TP511TP512各点波形，对比TP503、TP504两点波形。2. 选择输入音频信号，建议使用模拟信号源中的同步正弦波信号，频率2KHz，幅度可调（通过W001调节），从TP002引出至TP501输入，作为PCM(一)的原始模拟信号输入。薄膜开关选择PCM（可使用不同的编码时钟信号和时序）。3. 利用示波器测量记录TP501的波形，此波形为PCM编码前的原始模拟信号波形。4. 利用示波器测量记录TP502的波形，此波形为PCM编码时钟信号，有两种编码速率可供选择，分别为2M和64K。通过薄膜开关选定。此次选用2M的编码时钟。5. 利用示波器测量记录TP503的波形，此波形为频率为8KHz的分帧同步信号。6. 利用示波器测量记录TP504的波形，此波形为PCM编码输出数字信号。此时若选用2M的编码时钟信号只能看到编码输出的概样，故可简略记录。此时建议利用示波器双通道同时观察TP503和TP504，以便比较帧与时隙的关系。注意当跳线开关放置的位置不同，显示的波形也不同。跳线开关放置： K501：12：PCM（一）编码数据输出时分复用，由PCM（二）的译码输出；23：PCM（一）编码数据输出，发往AMI/HDB3编译码系统编码输入端。K502：12：PCM（二）编码数据，由PCM（一）的译码输出；23：AMI/HDB3编译码系统译码数据，发往PCM（一）译码输入端。（1） 当跳线开关K501的12连接时，此时输出波形为PCM（一）和PCM（二）两路编码信号经时分复用后的波形。（2） 当跳线开关K501的23连接时，此时输出波形为PCM（一）单路编码输出信号。调节跳线开关K501，分别测量观察记录两路编码信号经时分复用后的波形和单路的编码输出波形。作比较。7. 利用示波器测量记录TP511的波形，此波形为PCM译码前的数字信号。PCM（一）的编码输出送至PCM（二）的译码输入端。8. 利用示波器测量记录TP512的波形，此波形为PCM译码还原的模拟波形。PCM（一）编码由PCM（二）译码还原。利用双通道将TP501波形与TP512波形做比较。将原始信号和还原模拟信号送入喇叭，感性认识信号特点。测量点说明1PCM（一）编码数据由PCM（二）译码输出 TP501：该点为输入的音频信号，用连接线连接模拟信号源与TP501，若幅度过大，则被限幅电路限幅成方波，因此信号波形幅度尽量小一些。方法是：改变相应信号源的幅度大小。 TP502：PCM（一）编译时钟信号，由薄膜开关选择决定。 TP503：频率为8KHz的分帧同步信号，时序由薄膜开关选择决定。 TP504：PCM编码输出数字信号。K501的1-2相连时可看到两路信号时分复用的波形，每路信号为8比特编码，数据的速率由编译时钟决定，其中第一位为语音信号编码后的符号位，后七位为语音信号编码后的电平值。 TP511：PCM编码数字信号，同TP504。送往PCM（二）译码输入端，由开关K501的1与2相连。 TP512：PCM（二）译码输出模拟信号，同TP501。2. PCM（二）编码数据由PCM（一）译码输出TP507：该点为输入的音频信号，用连接线连接模拟信号源与TP507，若幅度过大，则被限幅电路限幅成方波，因此信号波形幅度尽量小一些。方法是：改变相应信号源的幅度大小。 TP508：PCM（二）编译时钟信号，由薄膜开关选择决定。 TP509：频率为8KHz的分帧同步信号，时序由薄膜开关选择决定。 TP510：PCM编码输出数字信号。K501的1-2相连时可看到两路信号时分复用的波形，每路信号为8比特编码，数据的速率由编译时钟决定，其中第一位为语音信号编码后的符号位，后七位为语音信号编码后的电平值。 TP505：PCM编码数字信号，同TP510。送往PCM（一）译码输入端，由开关K501的1与2相连。TP512：PCM（一）译码输出模拟信号，同TP507。2用同步正弦波信号观察A律PCM八比特编码的实验。 此次实验选用的编码时钟信号为64K（便于模拟示波器观察）,通过薄膜开关选定。此时一帧中只有一个时隙，将跳线开关K501置于23相连。信号源使用实验箱模拟信号源中的同步正弦波信号，幅度可通过W001调节。实验步骤： 基本步骤同实验1，此时用示波器的双通道同时测示TP503（分帧同步信号）和TP504（PCM八位码信号），将帧同步信号作为示波器的同步信号源，仔细调节示波器使其波形稳定。在一帧内可读出一个时隙的八位码，观察并记录。调节W001改变输入信号的幅度（按一定规律，如单调增大或单调减小），观察并记录变化后的波形，读出对应的八位码。至少记录三组数据，比较输入信号幅度大小变化和编码信号的变化之间的关系。 得出结论。五、实验步骤1将信号源模块、模拟信号数字化模块、终端模块、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，再分别按下四个模块中的开关POWER1、POWER2、S2、S3，对应的发光二极管LED001、LED002、D200、D201、LED600、LED300、LED301发光，按一下信号源模块的复位键，四个模块均开始工作。3将信号源模块的拨码开关SW101、SW102设置为0000000 0000001。4将信号源模块产生的正弦波信号（频率2.5KHz，峰-峰值为3V）从点“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“64K”、“8K”“BS”分别与模拟信号数字化模块的信号输入点“CLKB-IN”、“FRAMB-IN”、“2048K-IN”连接，观察信号输出点“PCMB-OUT”的波形。将该点的信号送入频谱分析模块，观察该点信号的频谱，记录下来。5连接“CLKB-IN”和“CLK2-IN”，“FRAMB-IN”和“FRAM2-IN”，连接信号输出点“PCMB-OUT”和信号输入点“PCM2-IN”，观察信号输出点“OUT”的波形。将该点的信号送入频谱分析模块，观察该点信号的频谱，记录下来。6改变输入正弦信号的幅度，使其峰-峰值分别等于和大于5V（若幅度无法达到5V，可将输入正弦信号先通过信号源模块的模拟信号放大通道，再送入模拟信号数字化模块），将示波器探头分别接在信号输出点“OUT”、“PCMB-OUT”上，观察满载和过载时的脉冲幅度调制和解调波形，记录下来（应可观察到，当输入正弦波信号幅度大于5V时，PCM解码信号中带有明显的噪声）。7改变输入正弦信号的频率，使其频率分别大于3400Hz或小于300Hz，观察点“OUT”、“PCMB-OUT”，记录下来（应可观察到，当输入正弦波的频率大于3400Hz或小于300Hz时，PCM解码信号幅度急剧减小）。8用单放机或音频信号发生器的输出信号代替信号源模块的正弦波，从点“S-IN”输入模拟信号数字化模块，重复上述操作和观察并记录下来。（可选）9将信号输出点“OUT”输出的信号引入终端模块，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