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1、实验实验 1 抽样定理及其应用实验抽样定理及其应用实验一、实验目的一、实验目的1通过对模拟信号抽样的实验,加深对抽样定理的理解。2通过 PAM 调制实验，使学生能加深理解脉冲幅度调制的特点。3学习 PAM 调制硬件实现电路，掌握调整测试方法。 二、实验仪器二、实验仪器1PAM 脉冲调幅模块，位号：H2时钟与基带数据发生模块，位号：G320M 双踪示波器 1 台4频率计 1 台5小平口螺丝刀 1 只6信号连接线 3 根三、实验原理三、实验原理抽样定理告诉我们：如果对某一带宽有限的时间连续信号（模拟信号）进行抽样，且抽样速率达到一定数值时，那么根据这些抽样值就能准确地还原原信号。这就是说，若要传输
2、模拟信号，不一定要传输模拟信号本身，可以只传输按抽样定理得到的抽样值。通常，按照基带信号改变脉冲参量（幅度、宽度和位置）的不同，把脉冲调制分为脉幅调制（PAM） 、脉宽调制（PDM）和脉位调制（PPM） 。虽然这三种信号在时间上都是离散的，但受调参量是连续的，因此也都属于模拟调制。关于 PDM 和 PPM，国外在上世纪70 年代研究结果表明其实用性不强，而国内根本就没研究和使用过，所以这里我们就不做介绍。本实验平台仅介绍脉冲幅度调制，因为它是脉冲编码调制的基础。抽样定理实验电路框图，如图 1-1 所示。模拟 信号抽样脉冲 形成电路信道模拟信号恢复 滤波器开关抽样器32P0132TP0132P0
3、232P03P154SW02 控制 P09P14P0432W01图 1-1 抽样的实验过程结构示意图本实验中需要用到以下 5 个功能模块。1非同步函数信号或同步正弦波发生器模块：它提供各种有限带宽的时间连续的模拟信号，并经过连线送到“PAM 脉冲调幅模块” ，作为脉冲幅度调制器的调制信号。P03/P04 测试点可用于调制信号的连接和测量；另外，如果实验室配备了电话单机，也可以使用用户电话模块，这样验证实验效果更直接、更形象，P05/P07 测试点可用于语音信号的连接和测量。2抽样脉冲形成电路模块：它提供有限高度，不同宽度和频率的的抽样脉冲序列，并经过连线送到“PAM 脉冲调幅模块” ， 作为脉
4、冲幅度调制器的抽样脉冲。P09 测试点可用于抽样脉冲的连接和测量。该模块提供的抽样脉冲有同步和非同步两种，同步的抽样脉冲是频率为 8KHz，占空比为 50%或近似 50%的矩形脉冲；非同步的抽样脉冲由 555 定时器产生，其频率通过 W05 连续可调。3PAM 脉冲调幅模块：它采用模拟开关 CD4066 实现脉冲幅度调制。抽样脉冲序列为高电平时，模拟开关导通，有调制信号输出；抽样脉冲序列为低电平，模拟开关断开，无信号输出。因此，本模块实现的是自然抽样。在 32TP01 测试点可以测量到已调信号波形。调制信号和抽样脉冲都需要外接连线输入。已调信号经过 PAM 模拟信道（模拟实际信道的惰性）的传输
5、，从 32P03 铆孔输出，它可能会产生波形失真。 PAM 模拟信道电路示意图如图 5-2 所示，32W01（R1）电位器可改变模拟信道的传输特性，当 R1C1=R2C2 时，PAM 已调信号理论上无失真。4接收滤波器与功放模块：接收滤波器是数字低通滤波器，它的作用是恢复原调制信号。数字低通滤波器的截止频率受工作时钟控制，它由 4SW02 的置位确定。铆孔 P14是接收滤波器与功放的输入端，实验时需用外接导线将 32P03 与 P14 连接。5时钟与基带数据发生模块：它提供系统工作时钟和接收数字低通滤波器工作时钟。接收数字低通滤波器截止频率的设置由该模块中微型连排拨动开关 4SW02 置位确定
6、。32W01C1C232P03R232TP01图 5-2 PAM 信道仿真电路示意图最后强调说明：实际应用的抽样脉冲和信号恢复与理想情况有一定区别。理想抽样的抽样脉冲应该是冲击脉冲序列，在实际应用中，这是不可能实现的。因此一般是用高度有限、宽度较窄的窄脉冲代替，本实验中提供的抽样脉冲，是频率为 8KHz，占空比为50%或近似 50%的矩形脉冲或由 555 定时器产生的频率连续可调的脉冲。 。另外，实际应用中使信号恢复的滤波器不可能是理想的。当滤波器特性不是理想低通时，抽样频率不能就等于被抽样信号频率的 2 倍，否则会使信号失真。考虑到实际滤波器的特性，抽样频率要求选得较高。由于 PAM 通信系
7、统的抗干扰能力差，目前很少实用。它已被性能良好的脉冲编码调制（PCM）所取代。四、实验设置四、实验设置1模拟信号源模拟信号源K01：非同步函数信号类型选择，正弦波、三角波、方波。W01：非同步函数信号的直流电平调节，调节范围至少为 02V，视信号幅度而定，一般调节为 0V。W02：非同步函数信号的频率调节，一般使用频率值范围为 14KHZ。W03：非同步函数信号的幅度调节，一般使用峰峰值范围为 04V。P03：非同步函数信号的输出连接铆孔。W04: 同步函数信号的幅度调节，一般使用峰峰值范围为 04V。P04：同步正弦波信号的输出连接铆孔。J02A：用户电话 A 的电话水晶头接口。P05: 用
8、户电话 A 语音信号发送输出铆孔。P06: 用户电话 A 语音信号接收输入铆孔。J02B：用户电话 B 的电话水晶头接口。P07: 用户电话 B 语音信号发送输出铆孔。P08: 用户电话 B 语音信号接收输入铆孔。2抽样脉冲形成模块抽样脉冲形成模块W05：抽样脉冲频率调节电位器。K02：选择开关， “555”档，即输出 555 定时器产生的矩形脉冲。 “C8”档，即输出与系统时钟同源的 8KHZ 的同步时钟。P09：抽样脉冲输出铆孔。3PAM 脉冲调幅模块脉冲调幅模块32P01：模拟信号输入连接铆孔。32P02：抽样脉冲信号输入连接铆孔。32TP01：输出的抽样后信号测试点。32P03：经仿真
9、信道传输后信号的输出连接铆孔。32W01：仿真信道的特性调节电位器。4接收端滤波器与功放模块接收端滤波器与功放模块4SW02：低通滤波器截止频率设置，设置为“01010”：3.4K；设置为“01011”：6K；设置为“01100”：12K。K04：小喇叭开关。ON，接通喇叭；OFF，断开喇叭。W09W09：音频功率放大器输出功率的调节电位器，放大后信号可在电位器旁边的测试过孔测量。P14P14：外加模拟信号输入连接铆孔。P15P15：经滤波器滤波后信号输出铆孔。五、实验内容及步骤五、实验内容及步骤1插入有关实验模块：在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”、“PAM 脉冲幅度调制模
10、块”，插到底板“G、H”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。2信号线连接：用专用导线将 P03、32P01；P09、32P02；32P03、P14 连接（注意连接铆孔的箭头指向，将输出铆孔连接输入铆孔）。3加电：打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。4输入模拟信号观察：模拟信号发生器产生的模拟信号送入抽样模块的 32P01 点，用示波器在 32P01 处观察，该点正弦信号幅度约 2V，且波形不失真。5取样脉冲观察：示波器接在 32P02 上，拨
11、动抽样脉冲形成电路的开关 K02，当 K02 置于 C8 位，示波器显示 8K 同步的抽样脉冲当 K02 置于 C555 位，示波器显示非同步的抽样脉冲，其频率通过 W05 连续可调。6取样信号观察：示波器接在 32TP01 上，可观察 PAM 取样信号，示波器接在 32P03 上，调节“PAM 脉冲幅度调制”上的 32W01 可改变 PAM 信号传输信道的特性，PAM 取样信号波形会发生改变。7取样恢复信号观察：PAM 解调用的低通滤波器电路（接收端滤波放大模块，信号从 P14 输入）共设有三组参数，其截止频率分别为 3.4KHZ、6KHZ、12KHZ。根据被抽样的信号频率，通过拨码器4SW
12、02 可设置的滤波器参数。根据下面建议自己设计实验步骤，进行取样恢复信号观察实验。(1) 在一定频率的模拟信号（一般 2KHZ）下，设置低通滤波器 3.4KHZ 截止频率。调节不同的抽样时钟，用示波器观测各点波形，验证抽样定理，并做详细记录、绘图。注意，PAM 传输模块的 32TP01、32P03 测试点波形调节近似，即不失真为准。(2) 在一定频率的抽样时钟（一般 8KHZ）下 fs，调节模拟信号源的频率 f（一般小于 4KHZ），即保持抽样时钟与模拟信号间的 fs2f 频率关系，设置低通滤波器 3.4KHZ 截止频率。用示波器观测各点波形，验证 PAM 通信系统的性能，并做详细记录、绘图。
13、8关机拆线：实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验模块。注：非同步函数信号在抽样时的波形在示波器上不容易形成稳定的波形，需耐心地调节；若要观测稳定的波形可使用同步正弦波信号和同步抽样脉冲。六、实验报告要求六、实验报告要求 1.写出实验目的和内容。2.简述抽样定理及 PAM 实验原理，并画出实验框图。3.写出自行设计的实验步骤，记录实验时各种测试条件，所测各点的波形、频率、电压等各项测试数据并验证抽样定理。4.说明抽样后信号经过 PAM 模拟信道传输及接收数字低通滤波器后，波形将会出现哪些失真。5.写出实验体会。实验实验 2 PCM 编译码系统实验编译码系统实验一、实验目的一、实验
14、目的1掌握 PCM 编译码原理与系统性能测试。2熟悉 PCM 编译码专用集成芯片的功能和使用方法。3学习 PCM 编译码器的硬件实现电路，掌握它的调整测试方法。二、实验仪器二、实验仪器1PCM/ADPCM 编译码模块，位号：H2时钟与基带数据产生器模块，位号:G320M 双踪示波器 1 台4低频信号源 1 台（选用）5频率计 1 台（选用）6信号连接线 3 根7小平口螺丝刀 1 只三、实验原理三、实验原理脉冲编码调制（PCM）是把一个时间连续、取值连续的模拟信号变换成时间离散、取值离散的数字信号在信道中传输。脉冲编码调制是对模拟信号进行抽样，量化和编码三个过程完成的。PCM 通信系统的实验方框
15、图如图 2-1 所示。图 2-1 PCM 通信系统实验方框图在 PCM 脉冲编码调制中，话音信号经防混叠低通滤波器后进行脉冲抽样，变成时间上离散的 PAM 脉冲序列，然后将幅度连续的 PAM 脉冲序列用类似于“四舍五入”办法划归为有限种幅度，每一种幅度对应一组代码，因此 PAM 脉冲序列将转换成二进制编码序列。对于电话，CCITT 规定抽样率为 8KHz，每一抽样值编 8 位码（即为 28=256 个量化级），因而每话路 PCM 编码后的标准数码率是 64kB。本实验应用的单路 PCM 编、译码电路是 TP3057模拟 信号抽 样量 化34P0234P0434P0334P01编 码信 道译 码
16、低 通 滤 波再 生工作时钟A/DD/ATP3057P04收端 功放P14P15芯片（见图 6-1 中的虚线框）。此芯片采用 a 律十三折线编码，它设计应用于 PCM 30/32系统中。它每一帧分 32 个时隙，采用时分复用方式，最多允许接入 30 个用户，每个用户各占据一个时隙，另外两个时隙分別用于同步和标志信号传送，系统码元速率为2.048MB。各用户 PCM 编码数据的发送和接收,受发送时序与接收时序控制,它仅在某一个特定的时隙中被发送和接收，而不同用户占据不同的时隙。若仅有一个用户，在一个 PCM 帧里只能在某一个特定的时隙发送和接收该用户的 PCM 编码数据，在其它时隙没有数据输入或输出。本实验模块中，为了降低对测试示波器的要求，将 PCM 帧的传输速率设置为 64Kbit/s或 128Kbit/s 两种，这样增加了编码数据码元的宽度，便于用低端示波器观测。此时一个PCM 帧里，可容纳的 PCM 编码分别为 1 路或 2 路。另外，发送时序 FSX 与接收时序 F
