一脉冲编码调制PCM及系统-长春工业大学人文信息学院

1、通信原理 实验指导书 电子信息系 长春工业大学人文信息学院电子信息系 2011年 09月 实验一脉冲幅度调制PAM系统实验.2 实验二脉冲编码调制(PCM)及系统实验5 实验三增量调制编码系统实验8 实验四FSK调制解调实验 12 实验五 二相PSK (DPSK)调制实验 佃 22 实验一 脉冲幅度调制 PAM 系统实验 一实验目的： 通过脉冲幅度调制实验， 使学生能加深理解脉冲幅度调制的特点和这种调制方式的组合原理，从 而使学生不但能更清楚脉冲幅度的调制原理， 而且还能通过实验电路的组成和所测量的数据，加 深理解这种调制的优缺点； 同时， 还能通过脉冲调制实验， 对脉冲调制系统中最重要的抽样

2、定理， 在理论和实际演示过程中得到巩固。 二实验预习要求 主要预习通信原理系统教程中关于脉冲模拟调制系统这一章中的“低通信号的抽样定理”和 “脉冲幅度调制”等主要内容。 三实验仪器： 示波器一台 低频信号源一台 电子与通信原理实验系统实验箱一台 四实验内容： 1. 脉冲幅度调制实验 本实验主要完成三个方面的内容 第一 观察被调制信号正弦波形、 取样脉冲波形和已调信号波形的相互之间的关系及特点， 特别是语音频带内各频率点的情况。 第二 观察抽样前后的两种波形的相同点和不同点。 第三 观察验证抽样定理，并加以理论分析和必要的说明。 2. PAM 通信系统实验： 本实验主要完成三个方面的内容 第一

3、观察整个系统收发各点信号的特点并测量其参数 第二 在输出端再次验证抽样定理的正确性，并分析这两种方法验证抽样定理的差别。 第三 观察本实验系统对语音信号的传输能力及系统参数的测量。 五实验步骤及注意事项 1. 脉冲幅度调制实验步骤 第一步：在S201处，用外加信号源送入 0 4KHZ语音频带内的某一频率信号f,然后用是比 起在 TP601 处观察测量，以该点信号输出幅度不失真时较大为好，如有削顶是真则减小外加 信号源的输出幅度，达到上述要求。在 TP606 处观察其方波抽样脉冲信号。调整 CA601 处 可变电容，使该脉冲信号的频率达到5 10倍的f，在TP602处观察并用示波器测量该点波 形

4、。并做详细记录和绘图。 第二步：讲f变成4KHZ，该表抽样脉冲发生电路中的CA601，使TP606处的脉冲信号频率 分别为大于2f,等于2f，小于2f三种情况，并将每次的各点波形数据详细记录，借助理论分 析说明抽样定理的正确性。 2. 脉冲幅度调制实验的注意事项 第一 +5V 工作 第二按下按键开关： K2,K100,K600,K3 第三按一下“开始”与“ PAM ”功能键，显示代码“ 8” 第四跳线开关设置 当 K601 拨到 1、2 两点时，作 PAM 调制和解调实验。 当K601拨到2、3两点时，作PAM取样保持实验。 第五验证抽样定理的时候，有时会产生不同步现象，在示波器中观察不到稳定

5、的信号。此 时要适当的调整外加信号频率，使之同步，需要反复耐心的调整才能观察到。 3. PAM 通信系统实验步骤 第一步、在 S201 处分别送入信号 0.3KHZ,0.8KHZ,1.6KHZ,2.4KHZ,4KHZ,6KHZ 信号，将 K601 的 1 端和 2 端相连，分别用示波器观测 TP601 至 TP606 各点波形，并做详细记录和 绘图。 第二步、在输入信号固定在 3KHZ ，然后改变脉冲发生电路中的 CA601 ，使抽样频率大于二 倍的f,等于二倍f,小于二倍f,在TP605处用示波器观测系统输出波形，判断和验证 抽样定理在系统中的正确性，同时做详细记录和绘图。 六讨论思考题 1

6、. 简述抽样定理 2. 本实验是什么方式的抽样？ 3. 本实验的抽样形式同理想抽样有什么区别？ 七实验报告要求 1. 绘出本实验所测个点的波形图以及相关数据。 2. 实验中如果有重要的建议和发现特殊现象请在实验报告上注明。 3. 实验中发生的现象要在实验报告中解释清楚。 实验二 脉冲编码调制 (PCM) 及系统实验 一 、实验目的 1、加深对 PCM 编码工作过程的理解 . 2、掌握 PCM 编、译码的时序关系 . 3、熟悉 PCM 编、译码专用集成芯片的使用方法及其要求. 4、了解 PCM 系统的工作过程。 二、实验预习要求 首先预习数字通信原理教材中关于脉冲编码调制 PCM 原理的有关章节

7、，然后，再阅读本实 验内容。 三、实验所用仪表 1、+5V 、 12 三路直流稳压电源一台 2 、二踪示波器一台 3 、电子与通信原理实验箱一台 四、实验电路工作原理 ( 一 )PCM 基本工作原理 众所周知 , 脉冲调制通信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进行传输 .而脉冲编码调制就是对模拟信号先进行抽样后, 再对样值的幅度进 行量化、编码的过程 . 所谓抽样 , 就是对模拟信号进行周期性扫描 , 从而把时间上的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

8、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,及用一组规定的电平 , 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 AD. 由此可见 , 脉冲编码调制方式就是一种传递模拟信号的数字通信方式 . 图 1-1 PCM 的原理框 POM勺原理如图1-1所示语音信号先经防

9、混叠低通滤波器,得到限带带信号(3003400HZ),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勺信号 , 再经编码 , 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，因此每话路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 , 如图1-2所示. V Vo

10、 1 1 A u A=0 u=0 0 1 Vi01V (a) (b) 图1-2 A律与u率的压缩特性 在实际中广泛使用的是两种对数形式的压缩特性：A律与u律。对压缩器而言，其输入输出归一 化特性表示式为： A律 U律 （0igl ta 1 Data Input 解碣入 J2Digital Threshold 数字參哮 J1 Coincidence Ou I put ft脉冲 JO Vcc/2 Output Vcc/2it _9 I) j gi i 11 Output 编码数据出 四、实验电路工作原理 （一）电路组成 图2-1增量调制编码器实验结构框图 图2-2是增量调制编码器电原理框图 r-x

11、IH 1|.4# 3a- F: d It* 221 V cm 91: =1 一=mam s r? cKl ss s. * ss UM ss aAIsafI #Hm 图2-3是增量调制编码器电原理图 （二）基本工作原理 众所周知，增量调制是由PCM发展而来的模拟信号数字化的一种编码方式，它是PCM的一种特例, 关于PCM编码的原理及其实验，已在实验中做过了。增量调制编码基本原理是只用一位编码，这一位 不是表示信号抽样值的大小，而是表示抽样幅度的增量特性，既采用一位二进制数码“1”或“ 0”来 表示信号在抽样时刻的值相对前一个抽样时刻的值是增大还是减小，增大则输出“1”码，减小则输 出“ 0”码。

12、输出“ 1 ”、“0”只是表示信号相对于前一个时刻的增减，不表示信号的绝对值。关于增 量调制的详细工作原理，请认真阅读附录。 五、实验内容 1. 在不信号的情况下，用二踪示波器测量TP201TP207各测量点的波形。 2. 用低频信号源输出信号，产生一频率为800Hz,幅度为2.5Vp-p加到信号输入插座 S201中，再 测量TP201TP207各点波形，并画出波形。 3. 输入音频信号保持f = 800Hz不变，而改变信号幅度再重复逐点观测TP201TP207各点波形 4. 输入音频信号保持幅度不变，改变信号的频率再逐点观测TP201TP207各点波形。 5. 用外加信号源输入信号 f= 8

13、00Hz，幅度3Vp-p也保持不变，而改变工作时钟频率，如64KHZ 32KHZ 16KHZ 8KHZ分别逐点测量 TP201TP207各点波形，并分析测试结。 六、实验步骤及注意事项 1. +5V、+12V、-12V 工作。 2. 按下按键开关： K2、K3、K1000、K200。 3. 按一下“开始”与“ AM编码”功能键，显示代码“1”。 (1 )跳线开关设置：K101的1、2脚、K201的1、2脚或K201的2、3脚或K201的4、5脚或K201 的5、6脚。 (2) 外加正弦波 300Hz3400Hz的信号从 S201进入。 (3) 在分析电路，动手做实验时，看清楚实验电路元器件在实

14、验箱中的分布位置。 七、讨论思考题 1. 在做实验内容中的第六项实验时，实验结果的结论如何？ 2. MC3417、MC3418 MC34115 MC3517 MC3518这几个集成电路的主要特点如何？ 3. MC24115的第15引脚为何要接上高电平才能作编码电路。 八、实验报告要求 1. 画出实验电路的实验方框图，并作简要叙述。 2. 画出实验内容2中的各点波形图，注意对应时间相位关系。 3. 结合理论分析说明在测量各点波形时，所发生的各种现象。 4. 写出本次实验的心得体会，以及对本实验有何改进意见。 实验四FSK调制解调实验 一、实验目的 1理解FSK调制工作原理及电路组成。 2理解利用

15、锁相环解调 FSK的原理和实现方法。 二、预习要求 实验前预习通信原理关于二进制频率键控FSK及解调有关章节。 三、实验仪器仪表和芯片 （一）实验仪器仪表 1、+5V、+12V稳压电源一台 2、示波器一台 3、电子与通信实验系统实验箱一台 4、三用表一块 （二）本实验所用芯片功能简介 本次实验电路所用的集成电路芯片有： 74LS04、74LS32、74LS74、MC14046、 MC14066。其中除了 74LS32之外，其它芯片均在前面的实验中介绍过。故这里不再列出 74LS32四2输入或门 （1）典型参数：tPD =14nsPd =5mW/ 每门 （2） 外引线排列及逻辑图（3）逻辑表达式

16、：Y = A + B 四、实验电路工作原理 数字频率调制是数据通信中使用较早的一种通信方式。由于这种调制解调方式容易实现，抗噪声 和抗衰减性能较强，因此在中低速数据传输通信系统中得到较为广泛的应用。 数字调频又可称为移频键控FSK，它是利用载频频率变化来传递数字信息。数字调频信号可以分 为相位离散和相位连续两种情况。若两个振荡频率分别由不同的独立振荡器提供，他们之间相位互不 相关，这就叫相位离散的数字调频信号；若两个振荡频率由同一振荡信号源提供，只是对其中一个载 频进行分频，这样产生的两个载频就是相位连续的数字调频信号。本实验电路中，由实验一提供的载 频频率经过本实验电路分频而得到的两个不同频

17、率的载频信号，则为相位连续的数字调频信号。 图3-1 FSK调制电原理框图 函W匮二崔耳毘雲乂門 ZA刪 c ss : 6工三 f 科t 二二n &二 一 n仆 _ M 3 卜 LI Ett 2* m 与- 二 由图3-5可知，当锁相环锁定时，环路对输入FSK信号中的32KHz载波处于跟踪状态，32KHz 载波（正弦波）经输入整形电路后变成矩形载波。此时鉴位器PDH输入端（引脚13）为低电平, 锁定指示输出（引脚 1）为高电平，鉴相器 PDI输出（引脚 2）为底电平，PDI输出和锁定指 示输出经或非门 U903: A （ 74LS32）和U904: B（ 74LS04）后输出为低电平，再经积分

18、电信号插 座S902输出。环路锁定时的各点工作波形如图3-7所示。 图3-6 MC14046内部结构示意图 图3T 环路锁定时FSK锁相环解调器各点波形 当输入信号为16KHZ时，环路失锁。此时环路对16KHZ载频的跟踪破坏，鉴相器输入端的两 个比较信号存在频差，经鉴相器PDI后输出一串无规则矩形脉冲，而锁定指示（第 1引脚）输出 为低电平，PDI输出和锁定指示输出经或非门U903: A和U904: B后，输出仍为无规则矩形脉冲， 这些矩形脉冲积分器和非门U904: C后输出为低电平。环路失锁时的各点波形如图3-8所示。 可见，环路对32KHZ再品锁定时输出高电平，对16KHZ载频失锁时就输出

19、低电平。只要适当 选择环路参数，使它对 32KHZ锁定，对16KHZ失锁，则在解调器输出端就得到解调输出的基带信 号序列。 h n n aKfl InmLJinL t 却网1站 禅 H 示的 BHIW） * F- :虞奪打输珀.CUiWrB的第4引屏） .#口眇（U9（xic ftwmw） 二 图3 -8环赂失蝕时FSK锁相环解调器各点波形 五、实验内容 1 、测试FSK调制电路TP901-TP907各测量点波形，并作详细分析。 2 、测试FSK调制电路TP908-TP910各测量点波形，并作详细分析。 为便于对照，现将调制与解调电路画在一张图上，如图10-2所示。而图10-9是该FSK调制解

20、 调系统实验电路的元器件位置分布图，在进行实验时，可参照该图进行操作。 六、实验步骤及注意事项 （一）FSK调制实验 （1）+5V 工作。 （2） 按下按键开关：K2、K100、K900。 （3） 按一下“开始”与“ FSK功能键，显示代码“ 3”。 （4） 跳线开关设置:K1011-2、K901 1-2、K9021-2。 K9041-2、2KHz的伪随机码，码序列为：1110010。 K9042-3、8KHz方波，码序列为：1100码。 做 FSK解调实验时，K9041-2、K9031-2。 （5） 在CA901上插电容，使锁相环中的压控振荡器工作在32KHz,电容在1800pf2200pf

21、之 间。 （6） 注意选择不同的数字基带信号的频率。有1110010码（2KHz）、1010交替码（8KHz）o由 信号转接开关K904进行选择。 （二）FSK解调实验 1、 接通开关K903 “1”和“ 2”脚，输入FSK信号给解调电路，注意观察“1 ”“ 0”码内所含载 波的数目。 2、 观察FSK解调输出TP910TP912波形，并做记录。并同时观察FSK调制端的基带信号，比较 两者波形，观察是否有失真。 七、讨论思考题 1、改变4046的那些外围元件参数对其解调正确输出有影响？ 2、采用锁相环解调时，其输出信号序列与发送信号序列相比有否产生延迟？ 3、当K904的2与3相接时，其它条件

22、不变，观察能否解调出数字基带信号，为什么？ 实验五 二相PSK （DPSK）调制实验 . 实验目的 1. 掌握二相BPSK（DPSK调制的工作原理及电路组成。 2. 了解载频信号的产生方法。 3. 掌握二相绝对码与相对码的码变换方法。 . 预习要求 PSK 调制有关章节的内容。 认真预习通信原理中关于 三. 实验仪器仪表 （一）实验仪器仪表 1 、+5V、 +12V、 -12V 三路稳压电源 2、二踪示波器 3、三用表一台 4、电子与通信原理实验系统实验箱一台 （二）集成电路芯片介绍 1 、 4066 四双向模拟开关 （1）典型参数：a.导通电阻Rone 500欧 b. 截止电阻Roff 50

23、兆欧 c. 每路见偏差小于 50 欧 （ 2）外引线排列图 2.LM318 运算放大器 外引线排列图 （ 3）逻辑排列图 3. LM311 单比较器 外引线排列图 四实验电路工作原理 在本实验中，绝对移相鉴控（ PSK是采用直接调相法来实现，也就是用输入的基带信号直接控制已 输入载波相位的变化来实现相位键控。 （一）电路组成 图4 1是本实验系统二相 PSK（ DPSK调制器电路框图。 图 42 是本实验系统二相 PSK（ DPSK 调制器电路原理图。 （二 电路基本工作原理 众所周知，数字相位调制又称为移相键控。它是利用载波相位的变化来传递数字信息的。通常又 可把它分成绝对相移与相对相移两种

24、方式。 本实验是采用绝对移相方式， 所为绝对移相就是利用载波 不同相位的绝对值来传递信息。 那么怎样才能让载波不同相位的绝对值来传递信息呢？如果让所传输 的数字基带信号控制载波相位的该变， 而载波的幅度和相位都不变， 那么就得到载波相位发生变化的 已调信号。我们把这种调制方式称为数字相位调制。即移相键控PSK调制。 PSK调制在数字通信系统中是一种极重要的态制方式，它的抗干扰噪声性能及通频带的利用率均 优先于ASK移幅键控和FSK仪频键控。因此，PSK技术在中、高速数据传输中得到了十分广泛的应用。 本实验采用的是二相 PSK调制，其它还有四相键相键控（QPSK、B八相移相键控（8PSK、正交部

25、分 响应（QPRS、十六进制正交调幅（16QAM等。 09r 3 T_F* -1181111器 破 O 06 TP 8 IT- p T CH- 用相 LXA CPU中央集中挣制处理器 4APSK CD 图 4-2 PSK 调制电路电原理图 22 1”时，发送相位为 0。的振 设在二相调制情况下，某一数字基带信号的码元时隙传送消息为“ 荡信号。 传送消息 S i(t)=AC0S(W 0t + 0) 0 tT Si (t)=0 “ 0”时，发送相位为1800振荡信号: t为其它 (4-1 tT S0 (t)=0 t为其它 (4-2 S 0 (t)= Acos(w 0 + 0 + 1800) =-A

26、cos(w 0t + 当设0=0时，则 Si(t 二Acos(w 0t) Si(t)=0 t为其它 (4-3 S (t) = -Acos(w 0t + tT S。(t)=0 t为其它 (4-4 号, 则传送的 当传送的消息为一随机序列时，例如话音信号经过编码后的数字信号或其它数据信旦 调相信号也相应的为一随机振荡序列，其相位与传送消息相对应，如图4-3所示。 图4-3 二相PSK调制信号波形 五实验内容 (一) 二相PSK调制实验 用内载波发生器产生的信号作输入载波信号来观察TP301s TP309各测量点的波形。 (二) 二相DPSK调制实验 加入差分编码器电路来传输二相DPSK言号，重做上

27、述内容。 六.实验步骤及注意事项 (1)看清楚本次实验电路的元器件在实验箱的分布结构。 +5Vs 屿趴 +12V. -1ZVX#. (3)按下按淀开炭仏母KIQO. K30G. K700. U)按一下出开始“与*PSK-功能霍显示代码 (5) 跳战开关设置：KlOlg* K304,.； ij K3O4: P K30lk：. K3O2f3 或 K302.J 或 K3O2“ 或K302皿K303网与i (6) 跳开关设置功柜!2扫 K3O2.-J:伪融机码，码呼対为门一此10,理畢为32KHz的绝对讶， 1002；伪随机馬，码年列角IHOOi山速军为睨KHz的相对码. K3O24.5： 12SKHz碍庠列为 1Q1Q 码. K302wt 6