實(shí)驗(yàn)三 PCM編譯碼器

1、實(shí)驗(yàn)PCM編譯碼器一、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)程稱為抽樣，抽樣后的信號(hào)稱為脈 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f，則可以唯一地由頻率等于或大于2f的樣值序列所決定。在滿足抽樣定理的條件下，抽樣信號(hào)保留了原信號(hào)的全 h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），限制語(yǔ)音信號(hào)的最高頻率

2、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f，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)出的話音質(zhì) h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)頻率為 fh的信號(hào)來(lái)代替實(shí)際語(yǔ)音信號(hào)。通過(guò)改變函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的頻率捉 觀察抽樣序列和低通濾 波器的輸出信號(hào)，檢驗(yàn)抽樣定理的正確性。PCM編譯碼模塊將來(lái)自用戶接口模塊的模擬信號(hào)進(jìn)行PCM編譯碼，該模

3、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) 顯示控制模塊將其配置成直接PCM模式（直接將PCM碼進(jìn)行打包傳輸），使其具有以下功 能：1、對(duì)來(lái)自接口模塊發(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（即通話對(duì)方的PCM碼字），并將譯碼之后的模擬信 號(hào)送入用戶接口模塊。PCM編譯碼器模塊電路與ADPCM編譯碼器模塊電路完全一樣，由語(yǔ)音編譯碼集成電路 U502 （MC145540）、運(yùn)放 U501 （TL082）、晶振 U503 （20.48MHz）及相應(yīng)的跳線開(kāi)關(guān)、電位器組成。各測(cè)試點(diǎn)的定義如下：1、TP701: PAM輸入模擬

4、信號(hào)2、TP702 :經(jīng)濾波器輸出的模擬信號(hào)3、TP703 :抽樣序列4、TP704: PAM恢復(fù)模擬信號(hào)5、TP501: PCM發(fā)送模擬信號(hào)測(cè)試點(diǎn)6、TP502: PCM發(fā)送碼字7、TP503: PCM編碼器輸入/輸出時(shí)鐘8、TP504: PCM編碼抽樣時(shí)鐘9、TP505: PCM接收碼字10、TP506:接收模擬信號(hào)測(cè)試點(diǎn)二、實(shí)驗(yàn)儀器1、JH5001通信原理綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺(tái)2、20MHz雙蹤示波器一臺(tái)3、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器一臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、驗(yàn)證抽樣定理2、了解混迭效應(yīng)形成的原因3、了解語(yǔ)音編碼的工作原理，驗(yàn)證PCM編譯碼原理；4、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；四、實(shí)

5、驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)結(jié)果（一）PAM編碼器準(zhǔn)備工作：將交換模塊內(nèi)的抽樣時(shí)鐘模式開(kāi)關(guān)KQ02設(shè)置在NH位置（右端），將測(cè)試 信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)KQ01設(shè)置在外部測(cè)試信號(hào)輸入2_3位置（右端）。近似自然抽樣脈沖序列測(cè)量（1）首先將輸入信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)K701設(shè)置在T （測(cè)試狀態(tài)）位置，將低通濾波器選擇開(kāi)關(guān)K702設(shè)置在F （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)測(cè)試端口 J005和J006（地）。（2）用示波器同時(shí)觀測(cè)正弦波輸入信號(hào)（J005）和抽樣脈沖序列信號(hào)（TP703），觀 測(cè)時(shí)以TP703做同步。調(diào)整示波器同步電平和微調(diào)調(diào)整函數(shù)

6、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。平頂抽樣脈沖序列測(cè)量將交換模塊內(nèi)的抽樣時(shí)鐘模式開(kāi)關(guān)KQ02設(shè)置在H位置（左端）。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。信號(hào)混迭觀測(cè)（1） 當(dāng)輸入信號(hào)頻率高于4KHz（ 1/2抽樣頻率）時(shí)，重建信號(hào)將出現(xiàn)混迭效應(yīng)。觀 測(cè)時(shí)，將跳線開(kāi)關(guān)K702設(shè)置在NF （無(wú)輸入濾波器）位置。調(diào)整函數(shù)信號(hào)發(fā)生器正 弦波輸出頻率為6KHz7KHz左右、電平為2Vp-p的測(cè)試信號(hào)送入信號(hào)測(cè)試端口 J005 和 J006 （地）。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

7、頻率，注意觀察輸入信號(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編碼器加電后，通過(guò)菜單選擇“PCM”編碼方式。此時(shí)，系統(tǒng)將U502設(shè)置為PCM模式。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）。抽樣時(shí)鐘信號(hào)與PCM編碼數(shù)據(jù)測(cè)量方法一：將跳線開(kāi)關(guān)K501設(shè)置在T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)送入信號(hào)測(cè)試端口 J005和J006 （地）。用示波器同時(shí)觀測(cè)抽樣時(shí)鐘信號(hào)

8、（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。方法二：將輸入信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)K501設(shè)置在T位置，將交換模塊內(nèi)測(cè)試信號(hào)選擇開(kāi)關(guān) K001設(shè)置在內(nèi)部測(cè)試信號(hào)1_2位置（左端）。此時(shí)由該模塊產(chǎn)生一個(gè)1KHz的測(cè)試信號(hào)，送 入PCM編碼器。（1）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)與幀同步時(shí)隙信號(hào)、發(fā)送 時(shí)鐘的對(duì)應(yīng)關(guān)系。（2） 將發(fā)通道增益選擇開(kāi)關(guān)K502設(shè)置在T位置（右端），通過(guò)調(diào)整電位

9、器W501改 變發(fā)通道的信號(hào)電平。用示波器觀測(cè)編碼輸出數(shù)據(jù)信號(hào)（TP502）隨輸入信號(hào)電平 變化的關(guān)系。（三）PCM譯碼器將跳線開(kāi)關(guān)K501設(shè)置在T位置（右端）、K504設(shè)置在LOOP位置（右端）。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1004Hz、 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 J005和J006 （地）。1. PCM譯碼器輸出模擬信號(hào)觀測(cè)（1） 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)解碼恢復(fù)出的模擬信號(hào)質(zhì)量。（2） 將測(cè)試信號(hào)頻率固定在1000Hz,改變測(cè)試信號(hào)電平，定性的觀測(cè)解碼恢復(fù)出的模擬信號(hào)質(zhì)量。觀測(cè)信噪比隨輸入信號(hào)電平變化的相關(guān)關(guān)系。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)質(zhì)量。 觀測(cè)信噪比與輸入信號(hào)頻率變化