試驗(yàn)三PCM編解碼試驗(yàn)新

1、實(shí)驗(yàn)三 PCM 編解碼實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)原理抽樣定理在通信系統(tǒng)、信息傳輸理論方面占有十分重要的地位。抽樣過(guò)程 是模擬信號(hào)數(shù)字化的第一步，抽樣性能的優(yōu)劣關(guān)系到通信設(shè)備整個(gè)系統(tǒng)的性能 指標(biāo)。利用抽樣脈沖把一個(gè)連續(xù)信號(hào)變?yōu)殡x散時(shí)間樣值的過(guò)程稱(chēng)為抽樣，抽樣后 的信號(hào)稱(chēng)為脈沖調(diào)幅(PAM)信號(hào)。抽樣定理指出，一個(gè)頻帶受限信號(hào) m(t)，如果它的最高頻率為fh,則可以唯一地由頻率等于或大于 2fh 的樣值序列所決定。在滿(mǎn)足抽樣定理的條件下，抽樣信號(hào)保留了原信號(hào)的 全部信息。并且,從抽樣信號(hào)中可以無(wú)失真地恢復(fù)出原始信號(hào)。通常將語(yǔ)音信 號(hào)通過(guò)一個(gè)3400Hz低通濾波器(或通過(guò)一個(gè) 3003400Hz的帶通濾波器)，

2、限 制語(yǔ)音信號(hào)的最高頻率為3400Hz,這樣可以用頻率大于或等于6800 Hz的樣值 序列來(lái)表示。實(shí)際上,設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的濾波器特性不可能是理想的,對(duì)限制最高頻率為 3400Hz的語(yǔ)音信號(hào)，通常采用8KHz抽樣頻率。這樣可以留出一定的防衛(wèi)帶(1200Hz)。當(dāng)抽樣頻率fs 低于 2 倍語(yǔ)音信號(hào)的最高頻率 fh,就會(huì)出現(xiàn)頻譜混迭現(xiàn)象，產(chǎn)生混迭噪聲，影響恢復(fù)出的話(huà)音質(zhì)量。在抽樣定理實(shí)驗(yàn)中，采用標(biāo)準(zhǔn)的 8KHz抽樣頻率，并用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生 一個(gè)信號(hào),通過(guò)改變函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的頻率,觀察抽樣序列和重建信號(hào),檢驗(yàn) 抽樣定理的正確性。PAM 電路模塊各測(cè)試點(diǎn)安排如下：1、TP701:輸入模擬信號(hào)2、TP702

3、:經(jīng)濾波器輸出的模擬信號(hào)3、TP703:抽樣序列4、TP704:恢復(fù)模擬信號(hào)PCM實(shí)驗(yàn)電路工作原理如下：PCM編譯碼器模塊，由語(yǔ)音編譯碼集成電路 U502( MC145540)、運(yùn)放 U501( TL082)、晶振 U503(20.48MHz)組成。PCM編譯碼模塊將來(lái)自用戶(hù)接口模塊 2的模擬信號(hào)進(jìn)行PCM編譯碼，該模 塊采用MC145540集成電路完成PCM編譯碼功能。該器件具有多種工作模式和 功能，工作前通過(guò)復(fù)接解復(fù)接模塊中的開(kāi)關(guān)KB03將其配置成直接PCM模式，使其具有以下功能1、對(duì)來(lái)自接口模塊2發(fā)支路的模擬信號(hào)進(jìn)行PCM編碼輸出；2、將輸入的PCM碼字進(jìn)行譯碼，并將譯碼之后的模擬信號(hào)送

4、入用戶(hù)接口 模塊 1 。在PCM編譯碼模塊中，發(fā)送信號(hào)經(jīng) U501A運(yùn)放后放大后，送入U(xiǎn)502的2 腳進(jìn)行PCM編碼。編碼輸入時(shí)鐘為 BCLK(256KHZ)，編碼數(shù)據(jù)從U502的20 腳輸出(DT_ADPCM，F(xiàn)SX為編碼抽樣時(shí)鐘(8KH0。譯碼之后的模擬信號(hào)經(jīng) 運(yùn)放U501B放大緩沖輸出，送到用戶(hù)1接口模塊中。PCM 編譯碼模塊中的各跳線(xiàn)功能如下:1 、跳線(xiàn)開(kāi)關(guān) K501 是用于選擇輸入信號(hào)，當(dāng) K501 置于正常位置時(shí)，選擇來(lái) 自用戶(hù)2接口單元的話(huà)音信號(hào)；當(dāng)K501置于測(cè)試位置時(shí)選擇測(cè)試信號(hào)。測(cè)試信 號(hào)從該模塊的TP001模擬測(cè)試端口輸入。2、跳線(xiàn)器K504是用于設(shè)置PCM譯碼器的輸入數(shù)

5、據(jù)選擇，當(dāng) K504置于右 端時(shí)譯碼數(shù)據(jù)來(lái)自MC145540的編碼模塊；當(dāng)K504置于左端時(shí)譯碼數(shù)據(jù)來(lái)復(fù)接 解復(fù)接模塊。在 PCM 模塊中，各測(cè)試點(diǎn)的定義如下：1、TP501:發(fā)送模擬信號(hào)測(cè)試點(diǎn)2、TP502 PCM發(fā)送碼字3、TP503: PCM編碼器輸入/輸出時(shí)鐘4、TP504: PCM編碼抽樣時(shí)鐘5、TP505: PCM接收碼字6、TP506 接收模擬信號(hào)測(cè)試點(diǎn)二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解語(yǔ)音編碼的工作原理，驗(yàn)證 PCM編譯碼原理；2、熟悉PCM抽樣時(shí)鐘、編碼數(shù)據(jù)和輸入/輸出時(shí)鐘之間的關(guān)系;3、了解PCM專(zhuān)用大規(guī)模集成電路的工作原理和應(yīng)用；4、熟悉語(yǔ)音數(shù)字化技術(shù)的主要指標(biāo)及測(cè)量方法；三、實(shí)驗(yàn)儀器

6、1 、 JH5001 4 實(shí)驗(yàn)箱2、20MHz 雙蹤示波器3、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器4、音頻信號(hào)傳輸損傷測(cè)試儀一臺(tái)一臺(tái)四、實(shí)驗(yàn)步驟（一） PAM 實(shí)驗(yàn)1. 自然抽樣脈沖序列測(cè)量（1）準(zhǔn)備工作由于PAM實(shí)驗(yàn)用的抽樣信號(hào)由復(fù)接解復(fù)接模塊提供，因此首先用10針排線(xiàn)連接排針插槽JK501和JKB01以獲取抽樣信號(hào)；將復(fù)接解復(fù)接模塊中的 KB04設(shè)置在右端(自然抽樣狀態(tài))；將輸入信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)K501設(shè)置在右端以輸入測(cè)試信號(hào)。將低通濾波器選擇開(kāi)關(guān) K702 設(shè)置在濾波位置，為便于觀測(cè)，調(diào) 整函數(shù)信號(hào)發(fā)生器正弦波輸出頻率為 2001000Hz、輸出電平為2Vp-p的測(cè)試信 號(hào)送入信號(hào)PCM/PAM模塊的測(cè)試端口 T

7、P001和接地端TP002( 2) PAM 脈沖抽樣序列觀察：用示波器同時(shí)觀測(cè)正弦波輸入信號(hào)(TP701)和抽樣脈沖序列信號(hào)(TP703),觀測(cè)時(shí)以TP701做同步。調(diào)整示波器同步電平和微調(diào)調(diào)整函數(shù)信號(hào) 發(fā)生器輸出頻率，使抽樣序列與輸入測(cè)試信號(hào)基本同步。測(cè)量抽樣脈沖序列信 號(hào)與正弦波輸入信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。( 3) PAM 脈沖抽樣序列重建信號(hào)觀測(cè)：TP704為重建信號(hào)輸出測(cè)試點(diǎn)。保持測(cè)試信號(hào)不變，用示波器同時(shí)觀測(cè)重建 信號(hào)輸出測(cè)試點(diǎn)和正弦波輸入信號(hào)，觀測(cè)時(shí)以TP701輸入信號(hào)做同步。2. 平頂抽樣脈沖序列測(cè)量( 1 )準(zhǔn)備工作：與自然抽樣脈沖序列測(cè)量準(zhǔn)備工作不同之處是將復(fù)接解復(fù)接模塊內(nèi)的抽樣 時(shí)

8、鐘模式開(kāi)關(guān)KB04設(shè)置在左端進(jìn)行平頂抽樣。( 2) PAM 平頂抽樣序列觀察：方法同 1 測(cè)量，請(qǐng)同學(xué)自擬測(cè)量方案。記錄測(cè)量波形，與自然抽樣測(cè)量結(jié) 果做比較。( 3)平頂抽樣重建信號(hào)觀測(cè)：方法同 1 測(cè)量，請(qǐng)同學(xué)自擬測(cè)量方案。與自然抽樣測(cè)量結(jié)果對(duì)比分析平頂 抽樣的測(cè)試結(jié)果。3. 信號(hào)混迭觀測(cè)（ 1）準(zhǔn)備工作：同 PAM 脈沖抽樣實(shí)驗(yàn)；（ 2）注意：將跳線(xiàn)開(kāi)關(guān)K702設(shè)置在2-3位置（無(wú)輸入濾波器）。調(diào)整函數(shù)信號(hào)發(fā)生使 器正弦波輸出頻率為7.5KHZ左右、電平為2Vp-p的測(cè)試信號(hào)送入信號(hào)測(cè)試端口 TP001和TP002 （地）。（ 3）用示波器觀測(cè)重建信號(hào)輸出波形。緩慢變化測(cè)試信號(hào)輸出頻率，注

9、意 觀察輸入信號(hào)與重建信號(hào)波形的變化是否對(duì)應(yīng)一致，分析解釋測(cè)量結(jié)果。（二） PCM實(shí)驗(yàn)1. 準(zhǔn)備工作：由于PCM實(shí)驗(yàn)用的時(shí)鐘信號(hào)由復(fù)接解復(fù)接模塊的 UB03提供，因此首先用 10針排線(xiàn)連接排針插槽JK501和JKB01,以獲取時(shí)鐘信號(hào)；加電后，將復(fù)接解復(fù) 接模塊中的跳線(xiàn)開(kāi)關(guān) KB03置于左端PCM編碼位置，此時(shí)MC145540工作在 PCM編碼狀態(tài)。2.PCM串行接口時(shí)序觀察（ 1 ）輸出時(shí)鐘和幀同步時(shí)隙信號(hào)觀測(cè)：用示波器同時(shí)觀測(cè)抽樣時(shí)鐘信號(hào)（TP504和輸出時(shí)鐘信號(hào)（TP503,觀 測(cè)時(shí)以TP504做同步。分析和掌握PCM編碼抽樣時(shí)鐘信號(hào)與輸出時(shí)鐘的對(duì)應(yīng)關(guān) 系（同步沿、脈沖寬度等）。（2）抽

10、樣時(shí)鐘信號(hào)與PCM編碼數(shù)據(jù)測(cè)量：用示波器同時(shí)觀測(cè)抽樣時(shí)鐘信號(hào)（TP504和編碼輸出數(shù)據(jù)信號(hào)端口（TP502），觀測(cè)時(shí)以TP504做同步。分析和掌握PCM編碼輸出數(shù)據(jù)與抽樣時(shí) 鐘信號(hào)（同步沿、脈沖寬度）及輸出時(shí)鐘的對(duì)應(yīng)關(guān)系。3.PCM編碼器（ 1）方法一：（A）準(zhǔn)備：將跳線(xiàn)開(kāi)關(guān) K501 設(shè)置在測(cè)試位置，用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)頻率為1000Hz、電平為2Vp-p的正弦波測(cè)試信號(hào)送入該模塊的信號(hào)測(cè)試端口TP001和TP002 （地）。（B） 用示波器同時(shí)觀測(cè)抽樣時(shí)鐘信號(hào)（TP504）和編碼輸出數(shù)據(jù)信號(hào)端口 （TP502），觀測(cè)時(shí)以TP504做同步。分析和掌握PCM編碼輸出數(shù)據(jù)與抽樣時(shí)鐘信號(hào)（同步

11、沿、脈沖寬度）及輸出時(shí)鐘的對(duì)應(yīng)關(guān)系。分析為什么采用一般的 示波器不能進(jìn)行有效的觀察。4. PCM譯碼器（ 1 ）準(zhǔn)備：跳線(xiàn)開(kāi)關(guān)K501設(shè)置在測(cè)試位置、K504設(shè)置在右端自環(huán)工作位置，此時(shí)將 PCM輸出編碼數(shù)據(jù)直接送入本地譯碼器，構(gòu)成自環(huán)。用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一 個(gè)頻率為1000Hz、電平為2Vp-p的正弦波測(cè)試信號(hào)送入信號(hào)測(cè)試端口TP001和TP002 （地）。（2）PCM譯碼器輸出模擬信號(hào)觀測(cè)：用示波器同時(shí)觀測(cè)解碼器輸出信號(hào)端口（TP506和編碼器輸入信號(hào)端口（TP501），觀測(cè)信號(hào)時(shí)以TP501做同步。定性的觀測(cè)解碼信號(hào)與輸入信號(hào)的關(guān) 系：質(zhì)量、電平、 xx。5. PCM頻率響應(yīng)測(cè)量：將測(cè)試信號(hào)電平固定在2Vp-p,調(diào)整測(cè)試信號(hào)頻率，定性的觀測(cè)解碼恢復(fù)出 的模擬信號(hào)電平。觀測(cè)輸出信號(hào)信電平相對(duì)變化隨輸入信號(hào)頻率變化的相對(duì)關(guān) 系。6. PCM動(dòng)態(tài)范圍測(cè)量：將測(cè)試信號(hào)頻率固定在1000Hz,