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实验二 脉冲编码调制 (PCM) 实验

实验二 脉冲编码调制 (PCM) 实验. 一、实验目的 1 、了解语音信号编译码的工作原理； 2 、验证 PCM 编码原理； 3 、初步了解 PCM 专用大规模集成电路的工作原理 和应用； 4 、了解语音信号数字化技术的主要指标及测试方法。 二、实验预习要求 1 、复习 《 通信系统原理 》 中有关编译码和 PCM 通信系统的内容； 2 、认真阅读本实验内容，熟悉实验步骤； 3 、预习附录中的杂音计，失真度仪的使用。. 三、实验原理和电路说明. PCM 数字电话终端机的结构示意图. 波形编码器 量化、编码. 模拟信源. 抽样器. 预滤波.

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实验二 脉冲编码调制 (PCM) 实验

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  1. 实验二 脉冲编码调制(PCM)实验 • 一、实验目的 1、了解语音信号编译码的工作原理； 2、验证PCM编码原理； 3、初步了解PCM专用大规模集成电路的工作原理 和应用； 4、了解语音信号数字化技术的主要指标及测试方法。 • 二、实验预习要求 1、复习《通信系统原理》中有关编译码和PCM通信系统的内容； 2、认真阅读本实验内容，熟悉实验步骤； 3、预习附录中的杂音计，失真度仪的使用。

  2. 三、实验原理和电路说明 PCM数字电话终端机的结构示意图

  3. 波形编码器 量化、编码 模拟信源 抽样器 预滤波 发送端 数字信道 接收端 重建滤波器 抽样保持、x/sinx低通 模拟终端 波形解码器 PCM原理图

  4. 1、PCM编译码原理 • PCM主要包括抽样、量化与编码三个过程。 • 抽样：把连续时间模拟信号转换成离散时间连续幅 • 度的抽样信号； • 量化：把离散时间连续幅度的抽样信号转换成离散 • 时间离散幅度的数字信号； • 编码：将量化后的信号编码形成一个二进制码组输出。 • 国际标准化的PCM码组（电话语音）是八位码组代表一个抽样值。 • CCITT G.712详细规定了它的S/N指标，还规定比特率为64Kb/s，使用A律或u律编码律。

  5. A律13折线

  6. u律：15折线

  7. 本实验采用A律13折线的PCM编码 这种折线近似压扩特性的特点是：各段落间量阶关系都是2的倍数，在段落内为均匀分层量化，即等间隔16个分层。这些对于用数字电路实现非线性编码与译码是极为方便的。

  8. 2、 实验电路 TP3067的管脚定义简述如下： (1) VPO+ 接收功放的同向输出。 (2) GNDA 模拟地。所有信号以 这个引脚为参考点。 (3) VPO- 接收功放的反向输出。 (4) VPI 将输入转换到接收功放。 (5) VFRO 接收滤波器的模拟输出。 (6) VCC 正电源引脚。VCC=+5V±5% (7) FSR 接收部分的8KHZ帧同步时隙信号。 (8) DR PCM码流解码输入。 (9) BCLKR/CLKSET 接收数据(DR)时钟,在固定速率工作模式下为2048K。FSR的上升沿，可以从64KHZ变化到2.048MHZ。逻辑输入可以交替地选择在同步模式下提供给主时钟的1.536MHZ/1.554MHZ或2.048MHZ，BCLKX用于传输和接收。 • PCM编译码器简介 TP3067管脚图

  9. TP3067的内部结构框图

  10. TP3067的管脚定义简述（续）： • (10) MCLKR/PDN 接收主时钟。1.544MHZ或2.048MHZ。可以与 MCLKX同步，但最好是在最佳性能时与MCLKX同步。在MCLKR持 续低时，全部内部定时选择MCLKX。在MCLKR持续高时，器件处 于低功耗状态。 • (11) MCLKX 传输主时钟必须是1.536MHZ、1.544MHZ或2.048MHZ。 可以与MCLKR同步。 • (12) BCLKX 传输数据(DX)位时钟, 固定速率工作模式下为2048K。 可以从64KHZ变化到2.048MHZ,但必须与MCLKX同步。 • (13) DX 编码数据输出,通过FSX使能。 • (14) FSX 发送部分的8KHZ帧同步时隙信号。 • (15) TSX编码时的消耗输出。 • (16) ANLB 控制输入的模拟回路。操作时必须置逻辑“0”。 • (17) GSX 传输输入放大器的模拟输出，用于内部设置增益。 • (18) VFXI- 传输输入放大器的反向输入。 • (19) VFXI+ 传输输入放大器的同向输入。 • (20) VBB 负电源引脚。VBB=-5V±5%。

  11. 定时部分 • TP3067编译码器所需的定时脉冲均由定时部分提供。这里只需要主时钟2048KHz和帧定时8KHz信号。 • 为了简化实验内容，本实验系统的编译码部分公用一个定时源以确保发收时隙的同步。在实际的PCM数字电话设备中，必须有一个同步系统来保证发收同步的。 • 四、实验仪器 • 双踪同步示波器 ≥20MHz 1台 • 直流稳压电源 +5V -5V +12V 1台 • 低频信号发生器 输出频率范围满足50Hz-8KHz 输出电压范围满足0--5V（峰峰值）1台 • 失真度测试仪 QZ4121 测量频率范围满足50Hz-8KHz 测量信噪比范围0-- -50dB 1台 • 杂音计 HF5151A 1台 • PCM实验箱 1台 • 数字频率计 测量频率范围50Hz—10MHz 1台 • 万用表 1台

  12. 五、实验内容 • (一) 时钟部分 • 主振频率为4096KHz，经分频后得到2048KHz的位定时和128KHz的定时，再经分频分相后得到8KHz的主同步时钟和路时钟。用示波器在测试点(1)观察主振波形，用频率计测量其频率。同样在(2)、(3)和(4)观察并测量其它时钟信号,并记录各点波形的频率和幅度。 • (二) PCM编译码器 • 音频信号（fH=1KHZ,幅度2VP-P）从(5)--（5’）输入，其中（5）为GND，（5’）为信号输入端。输入信号的频率为1KHz，幅度为2 Vp-p，在(6)可观察到PCM编码输出的码流。 • 注：由于我们只在一个时隙上工作，而标准的基群信号中包括32个时隙，由于没有在其他时隙进行编码，因此编码器只在一个时隙有输出，然后慢慢衰落，这样从表面上看起来PCM输出码流象一个衰减振荡。 • 连接(6)—（7），则在测试点(8)可观察到经译码和接收低通滤波器恢复出的输出音频信号，记录各测试点的波形参数。

  13. (三) 系统性能测试 • 系统性能测试有三项指标，即动态范围、信噪比特性和频率特性。 • 1、动态范围 • 在满足一定信噪比(S/N)条件下，编译码系统所对应的音频信号的幅度范围定义为动态范围。通常规定音频信号的频率为800Hz(或1000Hz)。动态范围应大于CCITT(国际电报、电话咨询委员会)建议的框架(样板值)，如图所示。 PCM编译码系统动态范围样板值

  14. 动态范围测试框图 在原理部分已经提到，PCM编译码器允许输入信号的最大幅度为4.36V。为了确保器件的安全使用，本实验在进行动态范围这一指标测试时，不再对输入信号的临界过载进行验证。取输入信号的最大幅度为5VP-P(注意：信号要由小至大调节)，测出此时的S/N值。

  15. 2、信噪比特性 在上一项测试中选择出最佳编码电平(S/N最高)，在此电平下测试不同频率下的信噪比值。频率选择在 信噪比特性测试数据记录于下表。 信噪比特性(Vin=2VP-P) 3、频率特性 选一合适的输入电平(Vin=2VP-P) ，改变输入信号的频率，在(TP8)逐频率点测出译码输出信号的电压值,频率特性测试数据记录于下表。

  16. 六、实验报告 • 1、整理实验记录，画出相应的曲线和波形。 • 2、PCM编译码系统由哪些部分构成？各部分的 作用是什么？ • 3、对PCM和△M系统的系统性能进行比较，总 结它们各自的特点。 • 4、在实际的通信系统中收端(译码)部分的定时信 号是怎样获取的？ • 5、对改进实验有什么建议？

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