通信原理實(shí)驗(yàn)：PAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)和PCM系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)六PAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)和PCM系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)日期班 級(jí)學(xué)號(hào)姓名實(shí)驗(yàn)環(huán)境Commsim通信仿真軟件1實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）通過(guò)脈沖幅度調(diào)制實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生能加深理解脈沖幅度調(diào)制的特點(diǎn)。（2）通過(guò)對(duì)電路組成、波形和所測(cè)數(shù)據(jù)的分析，加深理解這種調(diào)制方式的優(yōu)缺點(diǎn)。（3）加深對(duì)PCM編碼過(guò)程的理解。（4）熟悉PCM編、譯碼專用集成芯片的功能和使用方法。（5）了解PCM系統(tǒng)的工作過(guò)程。（6） 進(jìn)一步加深對(duì)PCM編碼過(guò)程的理解。（7） 掌握時(shí)分多路復(fù)用的工作過(guò)程。（8） 了解PCM系統(tǒng)的工作過(guò)程。2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2?1抽樣定理與PAM調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)2?1?1實(shí)驗(yàn)電路工作原理（一）電路組成脈沖幅度調(diào)制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖4-1所示，由輸入電路、調(diào)制電路、脈沖發(fā)生電路、解調(diào)濾波電路、功放輸出電路等五部分組成，如圖4-2所示。K601圖4-1 脈沖振幅調(diào)制電路原理框圖（二）實(shí)驗(yàn)電路工作原理輸入電路該電路由發(fā)送放大、限幅電路等組成。該電路還用于PCM（一）、PCM（二）、增量調(diào)制編碼電路中。由限幅二極管D601、D602組成雙向限幅電路，防止外加輸入信號(hào)幅度過(guò)大而損壞后面調(diào)制電路中的場(chǎng)效應(yīng)管器件。電路電原理圖如4-2所示。PAM調(diào)制電路調(diào)制電路見(jiàn)圖4-2中的BG601。這是一種單管調(diào)制器，采用場(chǎng)效應(yīng)管3DJ6F,利用其阻抗高的特點(diǎn)和控制靈敏的優(yōu)越性，能很好的滿足調(diào)制要求。取樣脈沖由該管的S極加入，D極輸入音頻信號(hào)，由于場(chǎng)效應(yīng)管良好的開(kāi)關(guān)特性，在TP602處可以測(cè)到脈沖幅度調(diào)制信號(hào)，該信號(hào)為雙極性脈沖幅度信號(hào)，不含直流分量。3DJ6的G極為輸出負(fù)載端，接有取樣保持電路，由R601、C601以及R602等組成，由開(kāi)關(guān)K601來(lái)控制，在做調(diào)制實(shí)驗(yàn)時(shí)，K601的2端與3端相連，能觀察其取樣定理的波形。在做系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，將K601的1端與2端相連，即與解調(diào)濾波電路連通。脈沖發(fā)生電路該部分電路詳見(jiàn)圖4-2所示，主要有兩種抽樣脈沖，一種由555及其它元件組成，這是一個(gè)單諧振蕩器電路，能產(chǎn)生極性、脈寬、頻率可調(diào)的方波信號(hào)，可通過(guò)改變CA601的電容來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出脈沖頻率的變化，以便用來(lái)驗(yàn)證取樣定理，另一種由CPLD產(chǎn)生的8KHz抽樣脈沖，這兩種抽樣脈沖通過(guò)開(kāi)關(guān)K602來(lái)選擇?？稍赥P603處很方便地觀測(cè)到脈沖頻率變化情況和輸出的脈沖波形。PAM解調(diào)與濾波電路解調(diào)濾波電路由集成運(yùn)放電路TL084組成。組成了一個(gè)二階有源低通濾波器，其截止頻率設(shè)計(jì)在3.4KHz左右，因?yàn)樵摓V波器有著解調(diào)的作用，因此它的質(zhì)量好壞直接影響著系統(tǒng)的工作狀態(tài)。該電路還用在接收通道電路中。功放輸出電路功放電路主要用來(lái)放大輸出信號(hào)，提高解調(diào)后的音頻信號(hào)輸出功率。該電路選用了常見(jiàn)的小功率運(yùn)放LM386,配以少量的外圍元件來(lái)完成。放大后的音頻信號(hào)由喇叭作為負(fù)載輸出。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容抽樣定理實(shí)驗(yàn)2?脈沖幅度調(diào)制(PAM)及系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)步驟1.脈沖幅度調(diào)制實(shí)驗(yàn)步驟用示波器在TP601處觀察，以該點(diǎn)信號(hào)輸出幅度不失真時(shí)為好，如有削頂失真則減小外加信號(hào)源的輸出幅度或調(diào)節(jié)W108。在TPP603處觀察其取樣脈沖信號(hào)。改變CA601處的電容，再用示波器觀察TP602該點(diǎn)波形。做詳細(xì)記錄、繪圖。PAM通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)步驟將K602的2端和3端相連，為CPLD產(chǎn)生的8KHz抽樣時(shí)鐘脈沖，用示波器觀測(cè)TP601?TP604各點(diǎn)波形，并做詳細(xì)記錄、繪圖。將K602的1端和2端相連，然后改變CA601的電容，即改變抽樣頻率f，使f>f、srsrf=2f、fV2f，在TP603處用示波器觀測(cè)系統(tǒng)輸出波形，以判斷和驗(yàn)證取樣定理在系統(tǒng)csrcsr中的正確性，同時(shí)做詳細(xì)記錄和繪圖，記下在系統(tǒng)通信狀態(tài)下的奈奎斯特速率。并分析比較。在TP111處用示波器觀察話音輸出波形，通過(guò)喇叭聽(tīng)話音，感性判斷該系統(tǒng)對(duì)話音信號(hào)的傳輸質(zhì)量。脈沖幅度調(diào)制實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)CA601上插電容，可改變抽樣時(shí)鐘。電容在5600pf?0.1pf之間。驗(yàn)證取樣定理時(shí)，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同步現(xiàn)象，在示波器中觀察不到穩(wěn)定的信號(hào)。此時(shí)可適當(dāng)調(diào)整外加信號(hào)頻率，使之同步，有時(shí)需要反復(fù)耐心地調(diào)整才能觀察到。特別當(dāng)觀察f<c2f時(shí)，注意判斷區(qū)別臨界狀態(tài)時(shí)的波形及頻率，并記下奈氏(Nyquist)速率。sr2.1.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果TP601:TP602:TP603:2.2脈沖編碼調(diào)制PCM2.2.1實(shí)驗(yàn)電路工作原理（一）PCM基本工作原理

脈沖調(diào)制就是把一個(gè)時(shí)間連續(xù)、取值連續(xù)的模擬信號(hào)變換成時(shí)間離散、取值離散的數(shù)字信號(hào)后在信道中傳輸。脈碼調(diào)制就是對(duì)模擬信號(hào)先抽樣，再對(duì)樣值幅度量化、編碼的過(guò)程。所謂抽樣，就是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行周期性掃描，把時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)變成時(shí)間上離散的信號(hào)。該模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)抽樣后還應(yīng)當(dāng)包含原信號(hào)中所有信息，也就是說(shuō)能無(wú)失真的恢復(fù)原模擬信號(hào)。它的抽樣速率的下限是由抽樣定理確定的。在該實(shí)驗(yàn)中，抽樣速率采用8Kbit/s。所謂量化，就是把經(jīng)過(guò)抽樣得到的瞬時(shí)值將其幅度離散，即用一組規(guī)定的電平，把瞬時(shí)抽樣值用最接近的電平值來(lái)表示。一個(gè)模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)抽樣量化后，得到已量化的脈沖幅度調(diào)制信號(hào)，它僅為有限個(gè)數(shù)值。所謂編碼，就是用一組二進(jìn)制碼組來(lái)表示每一個(gè)有固定電平的量化值。然而，實(shí)際上量化是在編碼過(guò)程中同時(shí)完成的，故編碼過(guò)程也稱為模/數(shù)變換，可記作A/D。由此可見(jiàn)，脈沖編碼調(diào)制方式就是一種傳遞模擬信號(hào)的數(shù)字通信方式。PCM的原理如圖6-1所示。話音信號(hào)先經(jīng)防混疊低通濾波器，進(jìn)行脈沖抽樣，變成8KHz重復(fù)頻率的抽樣信號(hào)（即離散的脈沖調(diào)幅PAM信號(hào)），然后將幅度連續(xù)的PAM信號(hào)用“四舍五入”辦法量化為有限個(gè)幅度取值的信號(hào)，再經(jīng)編碼，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼。對(duì)于電話，CCITT規(guī)定抽樣率為8KHz，每抽樣值編8位碼，即共有28=256個(gè)量化值，因而每話路PCM編碼后的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)碼率是64kb/s。為解決均勻量化時(shí)小信號(hào)量化誤差大、音質(zhì)差的問(wèn)題，在實(shí)際中采用不均勻選取量化間隔的非線性量化方法，即量化特性在小信號(hào)時(shí)分層密、量化間隔小，而在大信號(hào)時(shí)分層疏、量化間隔大，如圖6—2所示。在實(shí)際中廣泛使用的是兩種對(duì)數(shù)形式的壓縮特性：A律和卩律。A律PCM用于歐洲和我國(guó)，卩律用于北美和日本。它們的編碼規(guī)律如圖6-3所示。圖中給出了信號(hào)抽樣編碼字與輸入電壓的關(guān)系，其中編碼方式（1）為符號(hào)/幅度數(shù)據(jù)格式，Bit7表PCM信號(hào)話音輸入一I發(fā)送放大抽樣量化（接收）話音輸出低通話音輸入一I發(fā)送放大抽樣量化（接收）話音輸出低通解調(diào)解碼再生濾波（發(fā)送）編碼（1）符號(hào)：幅度碼 （3）卩律編碼11111111111100001110000011010000110000001011000010100000100100001000000000000000000100000010000000110000010000000101000001100000（1）符號(hào)：幅度碼 （3）卩律編碼1111111111110000111000001101000011000000101100001010000010010000100000000000000000010000001000000011000001000000010100000110000010000000100011111001111110101111—31111PCM1100111111101111110111110111111101101111010111110100111100111111001011110001111100001111圖50111000000000000—2.115V—1.207V0V+1.207V+2.115B117-0MSBLSB（1）符號(hào)：幅度碼（2）A律編碼11111111101010101111000010100101111000001011010111010000hTTl—T---4^10000101吐碼方式i10010101101100001110010110100000111101011001000011000101100000001101010100010000010001010010000001110101001100000110010101000000000101010101000000000101011000000011010101110000001001010111111100101010—2.5V —1.25V0V+1.25V +2.5VB117—0MSBLSB輸入信號(hào)電壓輸入信號(hào)電壓輸入信號(hào)電壓示符號(hào)位，Bit6?0表示幅度大??；（2）為A律壓縮數(shù)據(jù)格式，它是（1）的ADI（偶位反相）碼；（3）為卩律壓縮數(shù)據(jù)格式，它是由（1）的Bit6?0反相而得到，通常為避免00000000碼出現(xiàn)，將其變成零抑制碼00000010。對(duì)壓縮器而言，其輸入輸出歸一化特性表示式為:(0<匕<-)<v1(0<匕<-)<v1<1)A律： —“ 1+InA0 1+ln（AV） 1—、1+InA(1<￡<1)卩律：“ 1+ln（1+卩V）(1<￡<1)0 ln（1+卩）（二）PCM編譯碼電路TP3067芯片介紹編譯碼器的簡(jiǎn)單介紹模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)編譯碼器時(shí)，在編碼電路中，它要經(jīng)過(guò)取樣、量化、編碼，如圖6-4（a）所示。至I」底在什么時(shí)候被取樣，在什么時(shí)序輸出PCM碼則由A-D控制來(lái)決定，同樣PCM碼被接收到譯碼電路后經(jīng)過(guò)譯碼、低通濾波、放大，最后輸出模擬信號(hào)，把這兩部分集成在一個(gè)芯片上就是一個(gè)單路編譯碼器，它只能為一個(gè)用戶服務(wù)，即在同一時(shí)刻只能為一個(gè)用戶進(jìn)行A\D及D\A變換。編碼器把模擬信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)的規(guī)律一般有二種，一種是卩律十五折線變換法，它一般用在PCM24路系統(tǒng)中，另一種是A律十三折線非線性交換法，它一般應(yīng)用于PCM30\32路系統(tǒng)中，這是一種比較常用的變換法.模擬信號(hào)經(jīng)取樣后就進(jìn)行A律十三折線變換，最后變成8位PCM碼，在單路編譯碼器中，經(jīng)變換后的PCM碼是在一個(gè)時(shí)隙中被發(fā)送出去，這個(gè)時(shí)序號(hào)是由A-D控制電路來(lái)決定的，而在其它時(shí)隙時(shí)編碼器是沒(méi)有輸出的，即對(duì)一個(gè)單路編譯碼器來(lái)說(shuō)，它在一個(gè)PCM幀里只在一個(gè)由它自己的A-D控制電路決定的時(shí)隙里輸出8位PCM碼，同樣在一個(gè)PCM幀里，它的譯碼電路也只能在一個(gè)由它自己的D--A控制電路決定的時(shí)序里，從外部接收8位PCM碼。其實(shí)單路編譯碼器的發(fā)送時(shí)序和接收時(shí)序還是可由外部電路來(lái)控制的，編譯碼器的發(fā)送時(shí)序由A-D控制電路來(lái)控制。我們定義為FSx和FSr,要求FSx和FSr是周期性的，并且它的周期和PCM的周期要相同，都為125uS，這樣，每來(lái)一個(gè)FSx，其Codec就輸出一個(gè)PCM碼，每來(lái)一個(gè)FSr,其Codec就從外部輸入一個(gè)PCM碼。圖6-4（b）是PCM的譯碼電路方框圖，工作過(guò)程同圖6-4（a）相反，因此就不再討論了。

圖5-4(a)A—D電路圖5-4(a)A—D電路圖5-4(b)D—A電路圖5-4A/D及D/A電路框圖本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)編譯碼器電路的設(shè)計(jì)我們所使用的編譯碼器是把編譯碼電路和各種濾波器集成在一個(gè)芯片上,它的框圖見(jiàn)圖6—5所示。該器件為TP3067。圖6-6是它的管腳排列圖。VPO+VPO-VPIVFROANLB（模擬環(huán)回路控制入）R21618VFXI+191模擬入"FXJ濾有源開(kāi)關(guān)通容一濾波器4R3R4比效器控制邏輯土｝XMTREGOE13DX壓低通

濾波器RCVREGCLKDR定時(shí)和控制15TSXVPO+VPO-VPIVFROANLB（模擬環(huán)回路控制入）R21618VFXI+191模擬入"FXJ濾有源開(kāi)關(guān)通容一濾波器4R3R4比效器控制邏輯土｝XMTREGOE13DX壓低通

濾波器RCVREGCLKDR定時(shí)和控制15TSX+5V-5V20111012142011101214VCCVBBGNDAMCLKXMCLKRBCLKR/FSRFSX/PDNBCLKXCLKSELVCCVBBGNDAMCLKXMCLKRBCLKR/FSRFSX/PDNBCLKXCLKSEL圖5-5圖5-5TP3067邏輯方框圖引腳符號(hào)符號(hào) 功能VPO+接收功率放大器的同相輸出GNDA模擬地，所有信號(hào)均以該引腳為參考點(diǎn)VPO-接收功率放大器的倒相輸出VPI 接收功率放大器的倒相輸入VFRO接收濾波器的模擬輸出120VBB219VFXI+318VFXI-417GSX516ANLB615TSX7120VBB219VFXI+318VFXI-417GSX516ANLB615TSX714FSXDX813912BCLKX1011MCLKXVPO+GNDAVPO-VPIVFROVCCFSRDRBCLKR/CLKSELMCLKR/PDNFSR接收幀同步脈沖，F(xiàn)SR為8kHz脈沖序列。DR 接收幀數(shù)據(jù)輸入.PCM數(shù)據(jù)隨著FSR前沿移入DRBCLKR\CLKSEL在FSR的前沿后把數(shù)據(jù)移入DR的位時(shí)鐘，其頻率可從64kHz至2.48MHz。MCLKR\PDN 接收主時(shí)鐘，其頻率可以為1.536MHz、1.544MHz或2.048MHz. 圖5-6TP3067管腳排列圖MCLKX發(fā)送主時(shí)鐘，其頻率可以是1.536MHz,1.544MHz或2.048MHz.它允許與MCLKR異步，同步工作能實(shí)現(xiàn)最佳性能。BCLKXPCM數(shù)據(jù)從DX上移出的位時(shí)鐘，頻率從64kHz至2.048MHz,必須與MCLKX同步。DX 由FSX啟動(dòng)的三態(tài)PCM數(shù)據(jù)輸出。FSX 發(fā)送幀同步脈沖輸入，它啟動(dòng)BCLKX并使DX上PCM數(shù)據(jù)移到DX上。ANLB 模擬環(huán)回路控制輸入，在正常工作時(shí)必須置為邏輯“0”，當(dāng)拉到邏輯“1”時(shí)，發(fā)送濾波器和前置放大器輸出被斷開(kāi)，改為和接收功率放大器的VPO+輸出連接。GSX 發(fā)送輸入放大器的模擬輸出。用來(lái)在外部調(diào)節(jié)增益。VFXI- 發(fā)送輸入放大器的倒相輸入。VFXI+ 發(fā)送輸入放大器的非倒相輸入。VBB 負(fù)電源引腳，VBB=-5V土5%。PCM編譯碼電路PCM編譯碼電路所需的工作時(shí)鐘為2.048MHz，F(xiàn)SR、FSX的幀同步信號(hào)為8KHz窄脈沖,圖6-7是短幀同步定時(shí)波形圖，圖6-8是時(shí)鐘電路測(cè)量點(diǎn)波形圖，圖6-9是它的電原理圖，圖6-10是PCM編譯碼電路的波形圖。在本實(shí)驗(yàn)中選擇A律變換，以2.048Mbit/s的速率來(lái)傳送信息，信息幀為無(wú)信令幀，它的發(fā)送時(shí)序與接收時(shí)序直接受FSX和FSR控制。還有一點(diǎn)，編譯碼器一般都有一個(gè)PDN降功耗控制端，PDN=0時(shí)，編譯碼能正常工作，PDN=1時(shí)，編譯碼器處于低功耗狀態(tài)，這時(shí)編譯碼器其它功能都不起作用，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)編譯碼器的降功耗控制。TSX1MCLKxF \1I-!TSX1MCLKxF \1I-!MCLKRTP502—_l-\1IBCLKXTP502_-Jj-11—[1FSXTP503 _u11DXTP504一一!■||—BLCKRTP502—FSRTP503 —r■DRTP505i:14；J1XI'/圖5-7短幀同步定時(shí)2.048MHz編碼2.048MHz主時(shí)鐘輸入編碼8KHz幀同步信號(hào)輸入編碼PCM數(shù)字信號(hào)輸出譯碼2.048MHz主時(shí)鐘輸入譯碼8KHz幀同步信號(hào)輸入譯碼PCM數(shù)字信號(hào)輸入

TP101-mnnnnnnnnnnnnnnn2.048MHz方波TP101-mnnnnnnnnnnnnnnn2.048MHz方波128KHz窄脈沖TP10彳— 形8KHz窄脈沖2.2?幾驗(yàn) 一用同步的簡(jiǎn)易信號(hào)觀察A律PCM八比特編碼的實(shí)驗(yàn)2?脈沖編碼調(diào)制（PCM）及系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)2.2.3實(shí)驗(yàn)步驟給PCM系統(tǒng)中送上兩組信號(hào)，即：（1）2048KHZ主時(shí)鐘信號(hào)；（2）8KHz收發(fā)分幀同步信號(hào)。跳線開(kāi)關(guān)放置：K501的2-3腳、K502的1-2腳、K503的1-2腳。PCM系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)電路波形圖見(jiàn)6-10所示。2.2.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果TP502:2.3時(shí)分多路復(fù)用PCM2.3.1實(shí)驗(yàn)電路工作原理；p507U502PCM（二）編碼器輸入話音信號(hào) …I,PCM-IN2編碼器PCM（二）譯碼器

輸出話音信號(hào)譯碼器PCM-A-OUT2護(hù)09PCM（二）PCM（二）〔PCM；p507U502PCM（二）編碼器輸入話音信號(hào) …I,PCM-IN2編碼器PCM（二）譯碼器

輸出話音信號(hào)譯碼器PCM-A-OUT2護(hù)09PCM（二）PCM（二）〔PCM（二）編碼器1輸出數(shù)字信號(hào)05

■3自環(huán)TP508PCM-0UT2去PCM（一）譯碼電路輸入端時(shí)序可變的收發(fā)ZM8X分幀同步信號(hào)1K504PCM-OUT1來(lái)自PCM（一）編碼器輸出數(shù)字信號(hào)圖6-1時(shí)分多路復(fù)用PCM電原理示意圖圖7-1是時(shí)分多路復(fù)用PCM編譯碼方框圖，從圖中可知，它與脈沖編碼調(diào)制