实验三实验三 PCM 编译码器编译码器实验中注意事项：实验中注意事项： 1）任何金属物体，比如示波器棒等，头发等不要落在试验箱上，会导电，会烧电路。 2）有些实验箱已经损坏，请更换试验箱做出。 3）独立动手的机会太少，各位同学哪怕锻炼一下信号发生器和示波器怎么用，也是锻 炼。 4）实验中数据记录，可以使用数码相机将图形拍下，放到 WORD 文档中，也可以使 用铅笔记录图形，最后使用数码相机拍照，放到 WORD 文档中。 5）实验报告名称类似前两次实验要求。 6）本周五请所有同学一定要到，我要点名。一、实验原理一、实验原理抽样定理在通信系统、信息传输理论方面占有十分重要的地位。抽样过程是模拟信号数字化的第一步，抽样性能的优劣关系到通信设备整个系统的性能指标。利用抽样脉冲把一个连续信号变为离散时间样值的过程称为抽样，抽样后的信号称为脉冲调幅（PAM）信号。抽样定理指出，一个频带受限信号 m(t)，如果它的最高频率为 fh，则可以唯一地由频率等于或大于 2fh的样值序列所决定。在满足抽样定理的条件下，抽样信号保留了原信号的全部信息。并且，从抽样信号中可以无失真地恢复出原始信号。通常将语音信号通过一个 3400 Hz 低通滤波器（或通过一个 3003400Hz 的带通滤波器） ，限制语音信号的最高频率为 3400Hz，这样可以用频率大于或等于 6800 Hz 的样值序列来表示。实际上，设计实现的滤波器特性不可能是理想的，对限制最高频率为 3400Hz 的语音信号，通常采用 8KHz 抽样频率。这样可以留出一定的防卫带（1200Hz） 。当抽样频率 fs低于 2 倍语音信号的最高频率 fh，就会出现频谱混迭现象，产生混迭噪声，影响恢复出的话音质量。在抽样定理实验中，采用标准的 8KHz 抽样频率，并用函数信号发生器产生一个频率为 fh的信号来代替实际语音信号。通过改变函数信号发生器的频率 fh，观察抽样序列和低通滤波器的输出信号，检验抽样定理的正确性。PCM 编译码模块将来自用户接口模块的模拟信号进行 PCM 编译码，该模块采用MC145540 集成电路完成 PCM 编译码功能。该器件具有多种工作模式和功能，工作前通过显示控制模块将其配置成直接 PCM 模式（直接将 PCM 码进行打包传输） ，使其具有以下功能：1、对来自接口模块发支路的模拟信号进行 PCM 编码输出。2、将输入的 PCM 码字进行译码（即通话对方的 PCM 码字） ，并将译码之后的模拟信号送入用户接口模块。PCM 编译码器模块电路与 ADPCM 编译码器模块电路完全一样，由语音编译码集成电路 U502（MC145540） 、运放 U501（TL082） 、晶振 U503（20.48MHz）及相应的跳线开关、电位器组成。各测试点的定义如下：1、 TP701：PAM 输入模拟信号2、 TP702：经滤波器输出的模拟信号3、 TP703：抽样序列4、 TP704：PAM 恢复模拟信号5、 TP501：PCM 发送模拟信号测试点6、 TP502：PCM 发送码字7、 TP503：PCM 编码器输入/输出时钟8、 TP504：PCM 编码抽样时钟9、 TP505：PCM 接收码字10、 TP506：接收模拟信号测试点二、实验仪器二、实验仪器1、JH5001 通信原理综合实验系统一台2、20MHz 双踪示波器一台3、函数信号发生器一台三、实验目的三、实验目的1、验证抽样定理2、了解混迭效应形成的原因3、了解语音编码的工作原理，验证 PCM 编译码原理；4、熟悉 PCM 抽样时钟、编码数据和输入/输出时钟之间的关系；四、实验内容和实验结果四、实验内容和实验结果实验预备内容（目的：熟悉信号发生器，示波器的使用） 预备一：使用函数发生器输出方波(频率为 1000hz)，并使用示波器左通道读出该方波 的周期是多少？预备二：切换使用示波器的右通道，读出该方波的波形。 预备三：使用示波器查看直流信号+5V 的波形。并比较地线信号在哪里？ 预备四：调节信号发生器，输出三角波，输出方波，并在示波器上读出其周期 预备五：调节信号发生器，输出正弦波。幅度为 2Vp-p (峰峰值)，频率为 1000hz，并 使用示波器读出，并记录周期值。 下面的实验主要内容是：将一个模拟信号为 2V，频率为 1000HZ 的交流信号，经过抽 样，量化，编码，生成数字信号。 （可以使用示波器左通道读出）-PAM 编码器 PAM 译码器部分：作为验证 PCM 编码的正确性，使用译码器，恢复出新的模拟信号， （使用示波器右通道读出） ，然后将左右通道信号比较，比较原始信号与恢复信号有哪些方 面的不足。 以上预备部分：请使用数码设备拍照，以作实验记录。（一）（一）PAM 编码器编码器准备工作：将交换模块内的抽样时钟模式开关 KQ02 设置在 NH 位置（右端） ，将测试信号选择开关 KQ01 设置在外部测试信号输入 2_3 位置（右端） 。1.近似自然抽样脉冲序列测量 （1）首先将输入信号选择开关 K701 设置在 T（测试状态）位置，将低通滤波器选择开关 K702 设置在 F（滤波位置） ，为便于观测，调整函数信号发生器正弦波输出频率为 2001000Hz、输出电平为 2Vp-p 的测试信号送入信号测试端口 J005 和J006（地） 。（2）用示波器同时观测正弦波输入信号（J005）和抽样脉冲序列信号（TP703） ，观测时以 TP703 做同步。调整示波器同步电平和微调调整函数信号发生器输出频率，使抽样序列与输入测试信号基本同步。测量抽样脉冲序列信号与正弦波输入信号的对应关系。2.平顶抽样脉冲序列测量 将交换模块内的抽样时钟模式开关 KQ02 设置在 H 位置（左端） 。方法同 1 测量，请同学自拟测量方案。记录测量波形，与自然抽样测量结果做比较。（二）（二）PCM 编码器编码器加电后，通过菜单选择“PCM”编码方式。此时，系统将 U502 设置为 PCM 模式。1.输出时钟和帧同步时隙信号观测用示波器同时观测抽样时钟信号（TP504）和输出时钟信号（TP503） ，观测时以TP504 做同步。分析和掌握 PCM 编码抽样时钟信号与输出时钟的对应关系（同步沿、脉冲宽度等） 。2.抽样时钟信号与 PCM 编码数据测量方法一：将跳线开关 K501 设置在 T 位置，用函数信号发生器产生一个频率为1000Hz、电平为 2Vp-p 的正弦波测试信号送入信号测试端口 J005 和 J006（地） 。用示波器同时观测抽样时钟信号（TP504）和编码输出数据信号端口（TP502） ，观测时以 TP504 做同步。分析和掌握 PCM 编码输出数据与抽样时钟信号（同步沿、脉冲宽度）及输出时钟的对应关系。方法二：（此步骤不做，但要留心开关位置，防止对方法一产生干扰）将输入信号选择开关 K501 设置在 T 位置，将交换模块内测试信号选择开关 K001 设置在内部测试信号 1_2 位置（左端） 。此时由该模块产生一个 1KHz 的测试信号，送入PCM 编码器。（1）用示波器同时观测抽样时钟信号（TP504）和编码输出数据信号端口（TP502） ，观测时以 TP504 做同步。分析和掌握 PCM 编码输出数据与帧同步时隙信号、发送时钟的对应关系。（2）将发通道增益选择开关 K502 设置在 T 位置（右端） ，通过调整电位器 W501改变发通道的信号电平。用示波器观测编码输出数据信号（TP502）随输入信号电平变化的关系。（三）（三）PCM 译码器译码器将跳线开关 K501 设置在 T 位置（右端） 、K504 设置在 LOOP 位置（右端） 。此时将PCM 输出编码数据直接送入本地译码器，构成自环。用函数信号发生器产生一个频率为1004Hz、电平为 2Vp-p 的正弦波测试信号送入信号测试端口 J005 和 J006（地） 。1.PCM 译码器输出模拟信号观测 （1）用示波器同时观测解码器输出信号端口（TP506）和编码器输入信号端口（TP501） ，观测信号时以 TP501 做同步。定性的观测解码恢复出的模拟信号质量。（2）将测试信号频率固定在 1000Hz，改变测试信号电平，定性的观测解码恢复出的模拟信号质量。观测信噪比随输入信号电平变化的相关关系。将测试信号电平固定在 2Vp-p，调整测试信号频率，定性的观测解码恢复出的模拟信号质 量。观测信噪比与输入信号频率变化的相关关系。五、实验结果五、实验结果（1）输入原始模拟信号和采样时钟信号原始信号位置 J005，TP501(需考证)，TP701（需考证）采样时钟：TP504 插入图片：（2）输出时钟和帧同步时隙信号观测：检测时波形如下：TP504 时钟 8K，TP503 时钟 256K(E1 一帧的时钟 32 个时隙，每个时隙 8K)读出 TP504 信号是否是周期为 125us.读出 TP503 信号是否是周期为 256K。插入图片：（3）输出时钟信号和 PAM 信号观测：检测波形 TP504 和 TP703插入图片：(4) 输入原始模拟信号和 PAM 信号观测：(此时是自然抽样)原始模拟信号：J005PAM 信号：TP703（5）采样时钟信号与 PCM 编码信号观测采样时钟信号：TP504PCM 编码信号：（TP502）（对某一个样值能读出其 8bit 的值） 插入图片：（6）自然 PAM 信号与 PCM 编码数据测量：TP703 和 TP502 数据插入图片：（70 原始输入信号和 PCM 译码器输出模拟信号观测：原始输入信号： J005输出译码后的模拟信号：TP506（8）切换到三角波，看看，上面的图形怎样，有什么结论。 （PCM 编码对三角波不好）（9）切换到方波，看看，上面的图形怎样，有什么结论。 （PCM 编码对方波不好）（10） 切换到正弦波，将电压幅度跳到 6V，观察图形有什么结论。 （幅度过高，失真）（11） 切换到正弦波，将电压幅度恢复到 2V，将频率调节到 4K 及以上，观察图形 有什么结论。 （频率超过 4K 后，失真，无法译码出）最后：将跳针 KQ02 设置在 H 位置（左端） 。此时的 TP703 为平顶抽样信号。重复所有前面 11 个步骤，有什么结论。 （平顶 PAM 编码后再译码，波形差）实验注意事项： ）信号发生器的输出可以是“50 函数输出“或者”功率输出“两个插头。 ）示波器棒上的10 表示将检测信号衰减 10 倍。实验快速实现过程：实验快速实现过程：（是否需要在实验箱面板上选取 “译码选项” ，待考）跳针设置（可以一次性将跳针全部设置好，然后坐下来看波形）： ） KQ02 在右端，KQ01 在右端 ） K701 设置在 T（测试状态）位置，K702 设置在 F（滤波位置） ， ） K501 设置在 T 位置（右端） 、K504 设置在 LOOP 位置（右端）