實驗三 PCM編解碼實驗(新)

1、實驗三 PCM編解碼實驗一、 實驗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。抽樣過程是模擬信號數(shù)字化的第一步，抽樣性能的優(yōu)劣關系到通信設備整個系統(tǒng)的性能指標。利用抽樣脈沖把一個連續(xù)信號變?yōu)殡x散時間樣值的過程稱為抽樣，抽樣后的信號稱為脈沖調幅（PAM）信號。抽樣定理指出，一個頻帶受限信號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。在滿足抽樣定理的條件下，抽樣信號保留了原信號的全部信息。并且，從抽樣信號中可以無失真地恢復出原始信號。通常將語音信號通過一個3400 Hz低通濾波器（或通過一個3003400Hz的帶通濾波器），限制語音信號的最

2、高頻率為3400Hz，這樣可以用頻率大于或等于6800 Hz的樣值序列來表示。實際上，設計實現(xiàn)的濾波器特性不可能是理想的，對限制最高頻率為3400Hz的語音信號，通常采用8KHz抽樣頻率。這樣可以留出一定的防衛(wèi)帶（1200Hz）。當抽樣頻率fs低于2倍語音信號的最高頻率fh，就會出現(xiàn)頻譜混迭現(xiàn)象，產(chǎn)生混迭噪聲，影響恢復出的話音質量。在抽樣定理實驗中，采用標準的8KHz抽樣頻率，并用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生一個信號，通過改變函數(shù)信號發(fā)生器的頻率，觀察抽樣序列和重建信號，檢驗抽樣定理的正確性。PAM電路模塊各測試點安排如下：1、 TP701：輸入模擬信號2、 TP702：經(jīng)濾波器輸出的模擬信號3、 TP

3、703：抽樣序列4、 TP704：恢復模擬信號PCM實驗電路工作原理如下：PCM編譯碼器模塊，由語音編譯碼集成電路U502（MC145540）、運放U501（TL082）、晶振U503（20.48MHz）組成。PCM編譯碼模塊將來自用戶接口模塊2的模擬信號進行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，工作前通過復接解復接模塊中的開關KB03將其配置成直接PCM模式，使其具有以下功能：1、 對來自接口模塊2發(fā)支路的模擬信號進行PCM編碼輸出；2、 將輸入的PCM碼字進行譯碼，并將譯碼之后的模擬信號送入用戶接口模塊1。在PCM編譯碼模塊中，

4、發(fā)送信號經(jīng)U501A運放后放大后，送入U502的2腳進行PCM編碼。編碼輸入時鐘為BCLK（256KHz），編碼數(shù)據(jù)從U502的20腳輸出（DT_ADPCM），F(xiàn)SX為編碼抽樣時鐘（8KHz）。譯碼之后的模擬信號經(jīng)運放U501B放大緩沖輸出，送到用戶1接口模塊中。PCM編譯碼模塊中的各跳線功能如下：1、 跳線開關K501是用于選擇輸入信號，當K501置于正常位置時，選擇來自用戶2接口單元的話音信號；當K501置于測試位置時選擇測試信號。測試信號從該模塊的TP001模擬測試端口輸入。2、 跳線器K504是用于設置PCM譯碼器的輸入數(shù)據(jù)選擇，當K504置于右端時譯碼數(shù)據(jù)來自MC145540的編碼模

5、塊；當K504置于左端時譯碼數(shù)據(jù)來復接解復接模塊。在PCM模塊中，各測試點的定義如下：1、 TP501：發(fā)送模擬信號測試點2、 TP502：PCM發(fā)送碼字3、 TP503：PCM編碼器輸入/輸出時鐘4、 TP504：PCM編碼抽樣時鐘5、 TP505：PCM接收碼字6、 TP506：接收模擬信號測試點二、 實驗目的1、 了解語音編碼的工作原理，驗證PCM編譯碼原理；2、 熟悉PCM抽樣時鐘、編碼數(shù)據(jù)和輸入/輸出時鐘之間的關系；3、 了解PCM專用大規(guī)模集成電路的工作原理和應用；4、 熟悉語音數(shù)字化技術的主要指標及測量方法；三、 實驗儀器1、 JH50014實驗箱一臺2、 20MHz雙蹤示波器一

6、臺3、 函數(shù)信號發(fā)生器一臺4、 音頻信號傳輸損傷測試儀一臺四、 實驗步驟（一）PAM實驗1. 自然抽樣脈沖序列測量（1） 準備工作：由于PAM實驗用的抽樣信號由復接解復接模塊提供，因此首先用10針排線連接排針插槽JK501和JKB01，以獲取抽樣信號；將復接解復接模塊中的KB04設置在右端（自然抽樣狀態(tài)）；將輸入信號選擇開關K501設置在右端以輸入測試信號。將低通濾波器選擇開關K702設置在濾波位置，為便于觀測，調整函數(shù)信號發(fā)生器正弦波輸出頻率為2001000Hz、輸出電平為2Vp-p的測試信號送入信號PCM/PAM模塊的測試端口TP001和接地端TP002。（2） PAM脈沖抽樣序列觀察：用

7、示波器同時觀測正弦波輸入信號（TP701）和抽樣脈沖序列信號（TP703），觀測時以TP701做同步。調整示波器同步電平和微調調整函數(shù)信號發(fā)生器輸出頻率，使抽樣序列與輸入測試信號基本同步。測量抽樣脈沖序列信號與正弦波輸入信號的對應關系。（3） PAM脈沖抽樣序列重建信號觀測：TP704為重建信號輸出測試點。保持測試信號不變，用示波器同時觀測重建信號輸出測試點和正弦波輸入信號，觀測時以TP701輸入信號做同步。2. 平頂抽樣脈沖序列測量（1） 準備工作：與自然抽樣脈沖序列測量準備工作不同之處是將復接解復接模塊內的抽樣時鐘模式開關KB04設置在左端進行平頂抽樣。（2） PAM平頂抽樣序列觀察：方法

8、同1測量，請同學自擬測量方案。記錄測量波形，與自然抽樣測量結果做比較。（3） 平頂抽樣重建信號觀測：方法同1測量，請同學自擬測量方案。與自然抽樣測量結果對比分析平頂抽樣的測試結果。3. 信號混迭觀測（1） 準備工作：同PAM脈沖抽樣實驗；（2） 注意：將跳線開關K702設置在2-3位置（無輸入濾波器）。調整函數(shù)信號發(fā)生使器正弦波輸出頻率為7.5KHz左右、電平為2Vp-p的測試信號送入信號測試端口TP001和TP002（地）。（3） 用示波器觀測重建信號輸出波形。緩慢變化測試信號輸出頻率，注意觀察輸入信號與重建信號波形的變化是否對應一致，分析解釋測量結果。（二）PCM實驗1. 準備工作：由于P

9、CM實驗用的時鐘信號由復接解復接模塊的UB03提供，因此首先用10針排線連接排針插槽JK501和JKB01，以獲取時鐘信號；加電后，將復接解復接模塊中的跳線開關KB03置于左端PCM編碼位置，此時MC145540工作在PCM編碼狀態(tài)。2. PCM串行接口時序觀察（1） 輸出時鐘和幀同步時隙信號觀測：用示波器同時觀測抽樣時鐘信號（TP504）和輸出時鐘信號（TP503），觀測時以TP504做同步。分析和掌握PCM編碼抽樣時鐘信號與輸出時鐘的對應關系（同步沿、脈沖寬度等）。（2） 抽樣時鐘信號與PCM編碼數(shù)據(jù)測量：用示波器同時觀測抽樣時鐘信號（TP504）和編碼輸出數(shù)據(jù)信號端口（TP502），觀測

10、時以TP504做同步。分析和掌握PCM編碼輸出數(shù)據(jù)與抽樣時鐘信號（同步沿、脈沖寬度）及輸出時鐘的對應關系。3. PCM編碼器（1） 方法一：（A） 準備：將跳線開關K501設置在測試位置，用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生一個頻率為1000Hz、電平為2Vp-p的正弦波測試信號送入該模塊的信號測試端口TP001和TP002（地）。（B） 用示波器同時觀測抽樣時鐘信號（TP504）和編碼輸出數(shù)據(jù)信號端口（TP502），觀測時以TP504做同步。分析和掌握PCM編碼輸出數(shù)據(jù)與抽樣時鐘信號（同步沿、脈沖寬度）及輸出時鐘的對應關系。分析為什么采用一般的示波器不能進行有效的觀察。4. PCM譯碼器（1） 準備：跳線開

11、關K501設置在測試位置、K504設置在右端自環(huán)工作位置，此時將PCM輸出編碼數(shù)據(jù)直接送入本地譯碼器，構成自環(huán)。用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生一個頻率為1000Hz、電平為2Vp-p的正弦波測試信號送入信號測試端口TP001和TP002（地）。（2） PCM譯碼器輸出模擬信號觀測：用示波器同時觀測解碼器輸出信號端口（TP506）和編碼器輸入信號端口（TP501），觀測信號時以TP501做同步。定性的觀測解碼信號與輸入信號的關系：質量、電平、延時。5. PCM頻率響應測量：將測試信號電平固定在2Vp-p，調整測試信號頻率，定性的觀測解碼恢復出的模擬信號電平。觀測輸出信號信電平相對變化隨輸入信號頻率變化的相對關系。6. PCM動態(tài)范圍測量：將測試信號頻率固定在1000Hz，