实验二- PCM编解码单路多路实验.doc

电子科技大学中山学院电子工程系学生实验报告课程名称通信原理实验实验名称实验二- PCM编解码单路多路实验班级，分组14无线技术实验时间2016年11月21日姓名，学号指导教师何志红报 告 内 容一、实验目的1. 了解PCM编译码的基本工作原理及实现过程。2. 了解语音信号数字化技术的主要技术指标，学习并掌握相应的测试方法。3. 初步了解通信专用集成电路的工作原理和使用方法。二、实验原理和电路说明图1.1模拟信号数字化可以用数种方式实现。脉冲编码调制(PCM)技术在数字通信系统中得到了广泛的应用。脉冲编码调制系统的原理方框图如图1.1所示。模拟信号经滤波后频带受到了限制。限带信号被抽样后形成PAM信号。PAM信号在时间上是离散化的，但是幅度取值却是连续变化的。编码器将PAM信号规定为有限种取值，然后把每个取值用二进制码组表示并传送出去。接收端收到二进制编码信号后经译码还原为PAM信号，再经滤波器恢复为模拟信号。经理论分析可知，人的语音信号的幅度概率密度为拉普拉斯分布。这是一种负指数分布，小幅度时概率密度大，而大幅度时概率密度小。因此，语言编码必须设法提高小信号时的信噪比。如果既要考虑到语音信号的幅度变化范围约有40一5OdB，又要考虑到在小信号时有足够好的通话质量，则至少需要11位至12位的线性编码。通常，一路信号的抽样频率为8kHz。这样，当采用线性编码时传输一路PCM符号约需1OOkbit/s的传信率。但是非线性编码却可以用7位至8位的编码使通话质量令人满意，而相应的一路PCM信号的传信率为64kbit/s。因此实用的PCM编译码器都是非线性的。 非线性编码器具有特定的压缩特性，这种特性是为了使编码结果与信号幅度相匹配，以最大限度地减小量化噪声功率。目前得到广泛使用的是两种对数形式的压缩特性，即A 和律对数线近似。这两种体制均己成为国际建议。实验选用的集成化PCM编译码器CC2914片具有13折线逼近的对数压缩特性。编码器与译码器的压缩特性如图1.2和图1.3所示。图1.2中，每一个折线段各自被划分为16个分层电平。二相段落的分层按步阶1/2递减分段，而每个段落内的分层都是均匀的。时分复用在时分多路通信系统中各路信号占据了不同的时间间隔，为了在接收时能正确地区分各路信号的顺序，必须传送同步信号。此外，由于通信的需要还必须传送一些控制信号。这些辅助信号也要占据一定的时间间隔。所有的信号按一定的格局在时间上排列起来形成特定的数码结构。32路基群的数码结构简单示意图如图1.10所示。发端定时脉冲波形图如图1.11，标准电话信号的频带为3003400Hz，抽样频率为8000Hz，因此每隔1/8000s(125us)送一个抽样值。把125us称为一帧。一帧由32个时间间隔(路时隙)组成。将每个路时隙从0到31序编号，分别记作，其中至和至这30路时隙用来传送30路电话信号。TS0分配给帧同步，专用于传送控制信号。每路时隙包含8位码，占时3.9lus，每位码占488ns，一帧共含256个码元。帧同步码组0011011，它是每隔一帧插入的固定码组，接收端识别出帧同步码组后即可建立确定的路序。集中编码方式PCM30/32方框图如图1.12。图1.11 PCM30/32发端定时脉冲时间波形图三、实验内容和数据记录准备工作：1、按实验板上所标的电源电压开机，调准所需电压，然后关机；2、把实验板电源连接线接好；示波器探头1：10，严禁1：1。3、开机注意观察电流表 正电流 I180mA ， 负电流 I60mA 若与上述电流差距太大，要迅速关机，检查电源线有无接错或其它原因。(一) 时钟部分1. 用示波器线接，测量晶振波形。线接测量位定时波形应为对称方波。2. 用频率计测量晶振频率和测量位定时频率应分别为4.096MHz和2.048MHz。3. 用示波器线接，线接测量其波形均应为窄脉冲系列。用频率计测量、两点频率都应为8KHz, 、两点信号相位差别180。是多路编码的取样脉冲，是多路编码的信铃时隙。 (二) 同步测试信号源部分开关位置，接触3.41. 示波器接测量应为正弦波，用频率计测量其频率应为2KHz。信号是专门为实验设计的同步测试信号源。请注意的峰峰值应小于，否则有可能损坏IC2914。2. 测波形、调整, 为连续可变的正弦波。然后用毫伏表测量的幅度，应调整到刚好为1000Mv(有效值)。3. 示波器线接,线接, 4个取样脉冲(单路工作取样脉冲)。有两个对准正弦波峰顶。另两个对准正弦波信号过零点。如果不在此位置上，可调整。一般由指导老师调整，建议学生不要调整。并作好记录。(三) PCM单路编，译码实验 开关位置接3、4，即选同步测试信号源2KH；接2、3 即选择单路编码工作状态接1、3 即功放输出接假负载1. 示波器线接,线接，示波器工作方式(MODE)开关置Chop(断续)位置。在低电位期间，输出PCM 8位编码值。改变示波器扫描频率，使荧光屏可以显示到5个取样周期。观察码位时，示波器同步信号必须以作触发。仔细观察这5个取样值的编码码型。第一个和第5个取样点的码型是完全一样的。即完成了正弦波的一个周期。要注意的是，编码器2914输出的是ADI码，即偶位码“0”码变“1”码，“1”码变“0”码。记录下这5个取样点的码型。a、观察第一位极性码，4个取样点中，有两个取样点第一位码为正，另两个取样点第一位码为负。把线改接与线比较，并且把2914片内开关电容滤波时延和反相也考虑进去。你会发现信号正半周时第一位码本应编为“1”码，而实际编为“0”码。信号负半周时，第一位码本应编为“0”码，而实际编为“1”码。这是由于开关电容滤波后，实际的取样信号与反相的缘故。b、观察段落码。把信号减小至40mv左右。记录下4个取样点的编码值，并与a、的记录结果进行比较。大信号的段落码落在第7、8段。而小信号的段落码落在第3、4段。在作较大范围变化时，其段落码才开始发生变化。c、观察段内电平码。信号40 mv (有效值)。线接, 线接，微调，观察每个取样点第5、6、7、8码位变化。你会发现，只要作极其微小的变动其段内电平码也是不一样的。从这里看出PCM的编码精度是比较高的。记录9mv，l0mv(有效值)的编码值。d、动态观察编码输出。调整，使信号在1000mv一40mv之间变化。观察输出的码型变化（不记录）。e、观察静态输出码型。接1、2(即无信号输入时)，PCM编码本应输出全0码，但输出变为1、0交替码。这是根据国际电报委员会规定。编码器输出偶位翻转（ADI）以利于传输时钟提取，与P3比较码位有闪动的是哪一位信号。f、观察解码输出。输出1、0交替码时，把线改接。此时解码器无信号输出。再把线改接，此时无信号输入。然后，接3.4，调整，随着幅度增大，输出同步增长。幅度减小时，输出同步减小。并且输出波形较好。g、观察功放输出。把线改接，打开音量电位器，可看到放大了的信号，把接2、4，喇叭会有2KHz音频信号。2、试听译码还原信号FM收音机接收电台信号用耳机连接线接FM收音机和实验板，接1.2，示波器A线接，调，使观察到音频信号为最大，音量电位器开置最大，示波器B线接，接2、4，细观察试听还原的信号。(四) PCM多路编、译码实验开关位置：接1、2，即送外非同步信号；接1、2，即选择多路编译码工作状态 接1、3，即功放输出接假负载1. 观察静态时多路PCM编码输出波形线接, 线接取样脉冲8KHz，把示波器扫描频率转至较低时，两个窄脉冲间就是PCM基群的一帧时间。把示波器扫描频率转至较高的位置，A线有稳定的1、0交替码输出，从往后数八位码，这就是一帧的一个时隙。把线改接，静态时无解码信号输出。注意，这里未加入同步时隙(请参考图1.12)。2. 观察有信号时多路PCM编码输出波形接3、4，送入2 KHz音频信号，这时编码输出波形立即变为码位发生模糊，这就表明已经编了码，看不到码元变化是由于信号每次取样值都不一样，其编码码型不同，在示波器显示同一位置，有时为“1“码，有时为“0”码，由于示波器平均余辉作用，我们只能观察到两条线。3. 接3、4，线接，线接，调节大小，与同步增大或减小。4. 接2、4，接1、2，把电位器调至较大，用收音机接收调频信号，用耳机连接线连接收音机和实验板耳机插孔，打开音量电位器，试听编码、译码还原的信号，用示波器观察和的音频信号。四、结论与心得本次实验是PCM调