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1、 实验四 脉冲编码调制与解调实验一、实验目的1、掌握脉冲编码调制与解调的原理2、掌握脉冲编码调制与解调系统的动态范围和频率特性的定义及测量方法3、了解脉冲编码调制信号的频谱特性4、了解大规模集成电路 TP3067 的使用方法二、实验内容1、观察脉冲调制与解调的结果，观察调制信号与基带信号之间的关系2、改变基带信号的幅度，观察脉冲调制与解调信号的信噪比的变化范围3、改变基带信号的频率，观察脉冲编码调制与解调信号幅度的变化情况4、观察脉冲编码调制信号的频谱三、实验器材1、信号源模块2、模拟信号数字化模块3、终端模块4、频谱分析模块5、20M 双踪示波器 一台6、音频信号发生器 一台7、连接线 若干
2、四、实验原理编码调制（PCM）简称为脉码调制，它是一种将模拟语音信号变换成数字信号的编码方式。脉码调制的过程如图 4-1 所示。PCM 主要包括抽样、量化与编码三个过程。抽样是把时间连续的模拟信号转换成时间离散、幅度连续的抽样信号；量化是把时间离散、幅度连续的抽样信号转换成时间离散幅度离散的数字信号；编码是将量化后的信号编码形成一个二进制码组输出。图 4-1 PCM 调制原理框图发送端接收端模拟信源 抽样器预滤波器模拟终端波形编码器量化、编码数字信道波形解码器重建滤波器抽样保持、低通1.量化从数学上来看，量化就是把一个连续幅度值的无限数集合映射成一个离散幅度值的有限数集合。如图 4-2 所示，
3、量化器 Q 输出 L 个量化值 ，kyk=1，2 ，3，L。 常称为重建电平或量化电平。当量化器输入信号幅度ky落在 与 之间时，量化器输出电平为 。这个量化过程可以表达为：xk1x ky1(),1,23,kyQxxkL这里 称为分层电平或判决阈值。通常 称为量化间隔。kx kx图 4-2 模拟信号的量化模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化，我们先讨论均匀量化。上述均匀量化的主要缺点是，无论抽样值大小如何，量化噪声的均方根值都固定不变，均匀量化时的信号动态范围将受到较大的限制。为了克服这个缺点，实际中，往往采用非均匀量化。非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。对于信号取值小的区间，
4、其量化间隔 也小；反之，量化间隔就大。它与均匀量化相比，有两个v突出的优点。首先，当输入量化器的信号具有非均匀分布的概率密度（实际中常常是这样）时，非均匀量化器的输出端可以得到较高的平均信号量化噪声功率比；其次，非均匀量化时，量化噪声功率的均方根值基本上与信号抽样值成比例。因此量化噪声对大、小信号的影响大致相同，即改善了小信号时的量化信噪比。实际中，非均匀量化的实际方法通常是将抽样值通过压缩再进行均匀量化。通常使用的压缩器中，大多采用对数式压缩。广泛采用的两种对数压缩律是压缩律和 A 压缩律。美国采用 压缩律，我国和欧洲各国均采用 A 压缩律，因此，本实验模块采用的 PCM 编码方式也是 A
5、压缩律。2.编码所谓编码就是把量化后的信号变换成代码，其相反的过程称为译码。当然，这里的编码和译码与差错控制编码和译码是完全不同的，前者是属于信源编码的范畴。在现有的编码方法中，若按编码的速度来分，大致可分为两大类：低速编码和高速编码。通信中一般都采用第二类。编码器的种类大体上可以归结为三类：逐次比较型、折叠级联型、混合型。本实验模块中的编码芯片 TP3067 采用的是逐次比较型。在逐次比较型编码方式中，无论采用几位码，一般均按极性码、段落码、段内码的顺序。五、实验步骤1、将信号源模块、模拟信号数字化模块、终端模块、频谱分析模块小心的固定；固定柱主机箱中，确保电源接触良好模拟入yx量化器量化值
6、2、插上电源线打开主机箱右侧的交流开关，再分别拨下四个模块中的开关POWER1，POWER2.s2.s3，对应的发光二极管发光，按一下信号源模块的复位键，四个模块均开始工作3、将信号源模块的拨码开关 SW101，SW102 设置为 00000000 00000001。4、将信号源模块产生的正弦波（频率 2.5KHz，峰-峰植为 3V）从点“S-IN”输入模拟信号数字化模块将信号源模块的输出点“64K” ， “8K”， “BS”分别与模拟信号数字化模块输入点“CLKB-IN” ， “FRAMB-IN”， “2048K-IN”连接，观察信号输出点“PCMB-OUT”的波形，观察该点的频谱分析，并记
7、录下来。5、连接“CLKB-IN”和“CLK2-IN” ， “FRAM2-IN”，连接信号输出点“PCMB-OUT”和输入点“PCM2-IN” ，观察信号输出点“OUT”的波形。将该点的信号送入频谱分析模块，观察该点信号的频谱，记录下来。6、改变输入正弦信号的幅度，使其峰，峰值分别等于和大于 5V（若幅度无法达到 5V，可将输入正弦信号先通过信号源模块的模拟信号放大通道，再送入模拟信号数字化模块） ，将示波器分别接到信号输出点“OUT” 、 “PCMB-OUT”上，观察满载和过载时的脉冲幅度调制和解调波形，记录下来。7、改变输入正弦信号的频率，使其频率分别大于 3400Hz 或小于 300Hz
8、,观察点“OUT”、 “PMB-OUT”并记录下来。六、实验记录输入 5V 的基带信号图：频谱分析图：输入正弦波 5V 时“OUT”的波形：频谱分析图：输入正弦波大于 5V 时 f=200hz 时的“OUT”的波形：频谱分析图：输入正弦波大于 5V 时 f=3500hz 时的“OUT”的波形：频谱分析图：七、思考题1.TP3067 PCM 编码器输出的 PCM 码的速率是多少？在本实验中，为什么要给TP3067 提供 2.048MHz 的时钟？答：TP3067 PCM 编码器输出的 PCM 码的速率是 64Kb/S，属于国际标准。由 PCM帧结构知，1 帧共有 32 路时隙，每路时隙 8bit，每秒有 8000 帧，故 30/32 路PCM 基群的码率为：8000*32*8=2.048Mb/s，即 TP3067 提供的 PCM 编译码电路的时钟频率。八、实验心得通过这次实验我们掌握脉冲编码调制与解调的原理,掌握脉冲编码调制与解调系统的动态范围和频率特性的定义及测量方法,了解脉冲编码调制信号的频谱特性
