2022年实验三修订过错误的PCM编译码器系统文件 .pdf

实验三PCM 编译码器实验中注意事项：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300 3400Hz 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：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 6 页 - - - - - - - - - 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？名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 6 页 - - - - - - - - - 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） PAM 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） PCM 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）及名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 6 页 - - - - - - - - - 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） PCM 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（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. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 6 页 - - - - - - - - - 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：J005 PAM 信号： TP703 （5）采样时钟信号与PCM 编码信号观测采样时钟信号：TP504 PCM 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：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 6 页 - - - - - - - - - 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：（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）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 6 页 - - - - - - - - -