实验四 脉冲编码调制与解调实验
实验4-PCM编解码实验
实验4 PCM编解码实验1.1实验目的加深理解和巩固理论课上所学的有关PCM编码和解码的基本概念、基本理论和基本方法，锻炼分析问题和解决问题的能力。
1.2实验内容利用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台,设计一个PCM编码与解码系统.用示波器观察编码与解码前后的信号波形;加上各种噪声源,或含有噪声的信道，最后根据运行结果和波形来分析该系统性能。
2 实验原理-脉冲编码调制2.1 PCM简介现在的数字传输系统都是采用脉码调制（Pulse Code Modulation）体制。
PCM最初并非传输计算机数据用的，而是使交换机之间有一条中继线不是只传送一条电话信号。
PCM有两个标准即E1和T1。
我国采用的是欧洲的E1标准。
T1的速率是1.544Mbit/s,E1的速率是2.048Mbit/s。
PCM：相变存储器(Phase-change memory,PCM)是由IBM公司的研究机构所开发的一种新型存储芯片,将有望来替代如今的闪存Flash和硬盘驱动器HDD。
PCM在光纤通信系统中，光纤中传输的是二进制光脉冲"0"码和"1"码，它由二进制数字信号对光源进行通断调制而产生。
而数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生的，称为PCM（pulse code modulation），即脉冲编码调制。
这种电的数字信号称为数字基带信号，由PCM电端机产生。
PCM可以向用户提供多种业务，既可以提供从2M到155M速率的数字数据专线业务，也可以提供话音、图象传送、远程教学等其他业务。
特别适用于对数据传输速率要求较高，需要更高带宽的用户使用。
PCM线路的特点：•PCM线路可以提供很高的带宽，满足用户的大数据量的传输。
•支持从 2M 开始的各种速率,最高可达155M 的速率。
•通过SDH 设备进行网络传输，线路协议简单。
2.2 PCM 原理所谓脉冲编码调制，就是将模拟信号抽样量化，然后将已量化值变换成代码。
实验四 脉冲编码调制与解调实验(PCM)
实验四脉冲编码调制与解调实验（PCM）一、实验目的1、掌握抽样信号的量化原理。
2、掌握脉冲编码调制的基本原理。
3、了解PCM系统中噪声的影响。
二、实验内容1、对模拟信号脉冲编码调制，观测PCM编码。
2、将PCM编码解调还原。
三、实验仪器1、信号源模块一块2、模拟信号数字化模块一块3、20M双踪示波器一台4、带话筒立体声耳机一副四、实验原理PCM原理框图如下图9-1所示。
编码部分译码部分图9-1 PCM原理框图上图中，信号源模块提供音频范围内模拟信号及时钟信号，包括工作时钟2048K、位同步时钟64K、帧同步时钟8K，送模拟信号数字化模块，经抽样保持、量化、编码过程，产生64K码速率的PCM编码信号。
译码部分同样将PCM编码与各时钟信号送入，经译码、低通滤波器，还原出模拟信号。
五、实验步骤1、将模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。
2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下两个模块中的电源开关，对应的发光二极管灯亮，两个模块均开始工作。
（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）3、PCM编码（1）信号源模块“2K正弦基波”幅度调节至3V左右。
（2）实验连线如下：信号源模块模拟信号数字化模块（模块左下方PCM编解码）2K正弦基波—————S－IN2048K———————2048K－IN64 K————————CLK－IN8K————————FRAM－IN（3）以“FRAM-IN”信号为内触发源，示波器双踪观测“FRAM-IN”、“PCM-OUT”测试点波形,PCM编码能够稳定观测，且每四帧编码为一个周期。
说明：帧信号对应的4位PCM编码的第一位码，是上一帧8位PCM编码的第8位，可能出现半位为0，半位为1的情况，这是由使用的PCM编译码芯片的工作时序决定。
（4）以“S-IN”信号为内触发源，示波器双踪观测“S-IN”、“PCM-OUT”测试点波形，PCM编码能够稳定观测，每一周期正弦波对应4帧共32位PCM编码，且32位一循环，码速率为64K。
脉冲编码调制(PCM)实验报告
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、 实验仪器双踪同步示波器1台；直流稳压电源l 台；低频信号发生器l 台；失真度测试仪l 台；PCM 实验箱l 台。
三、 实验原理 PCM 数字终端机的结构示意图如下：PCM 原理图如下：模拟信源 预滤波抽样器 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、X/sinx 低通模拟终端()x t ()x n ()ˆxn ()ˆxt 发送端接收端PCM 编译码原理为：1.PCM主要包括抽样、量化与编码三个过程。
2.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；3.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；4.编码:将量化后的信号编码形成一个二进制码组输出。
5.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。
ITT 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。
A律13折线和其编码表为：A律13折线图A律13折线编码表段落序号段落码c2 c3 c4段内码c5 c6 c7 c88 111 0000…….11117 110 0000…….11116 101 0000…….11115 100 0000…….11114 011 0000…….11113 010 0000…….11112 001 0000…….11111 000 0000…….1111内为均匀分层量化，即等问隔16 个分层。
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。
在满足一定信噪比(SIN)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。
PCM 编译码系统动态范围样板值图：动态范围测试框图：四、 实验步骤（一）时钟部分：1. 主振频率为4096KHz ；用示波器在测试点(1)观察主振波形，用示波器测量其频率。
脉冲编码调制实验报告
一、实验目的1. 了解脉冲编码调制（PCM）的工作原理和实现过程；2. 掌握PCM编译码器的组成和功能；3. 验证PCM编译码原理在实际应用中的有效性；4. 分析PCM编译码过程中可能出现的问题及解决方法。
二、实验原理脉冲编码调制（PCM）是一种将模拟信号转换为数字信号的方法。
其基本原理是：首先对模拟信号进行抽样，使其在时间上离散化；然后对抽样值进行量化，使其在幅度上离散化；最后将量化后的信号编码成二进制信号。
PCM编译码器是实现PCM调制和解调的设备。
1. 抽样：抽样是指在一定时间间隔内对模拟信号进行采样，使其在时间上离散化。
抽样定理指出，为了无失真地恢复原信号，抽样频率必须大于信号最高频率的两倍。
2. 量化：量化是指将抽样值进行幅度离散化。
量化方法有均匀量化和非均匀量化。
均匀量化是将输入信号的取值域按等距离分割，而非均匀量化则是根据信号特性对取值域进行不等距离分割。
3. 编码：编码是指将量化后的信号编码成二进制信号。
常用的编码方法有自然二进制编码、格雷码编码等。
三、实验仪器与设备1. 实验箱：包括模拟信号发生器、抽样器、量化器、编码器、译码器等；2. 示波器：用于观察信号波形；3. 数字频率计：用于测量信号频率；4. 计算机软件：用于数据处理和分析。
四、实验步骤1. 模拟信号发生器输出一个连续的模拟信号；2. 通过抽样器对模拟信号进行抽样，得到一系列抽样值；3. 对抽样值进行量化，得到一系列量化值；4. 将量化值进行编码，得到一系列二进制信号；5. 将二进制信号输入译码器，恢复出量化值；6. 将量化值进行反量化，得到一系列反量化值；7. 将反量化值通过重建滤波器，恢复出模拟信号；8. 观察示波器上的信号波形，分析PCM编译码过程。
五、实验结果与分析1. 观察示波器上的信号波形，可以发现，通过PCM编译码过程，模拟信号被成功转换为数字信号，再恢复为模拟信号。
这验证了PCM编译码原理在实际应用中的有效性。
脉冲编码调制与解调实验
实验五脉冲编码调制解调实验一、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W681512的使用方法。
二、实验内容1．观察脉冲编码调制与解调的结果，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，观察脉冲编码调制与解调信号的信噪比的变化情况。
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．改变位同步时钟，观测脉冲编码调制波形。
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（可选）4.频谱分析模块5.20M双踪示波器一台6.音频信号发生器（可选）一台7.立体声单放机（可选）一台8.立体声耳机一副9.连接线若干四、实验原理模拟信号进行抽样后，其抽样值还是随信号幅度连续变化的，当这些连续变化的抽样值通过有噪声的信道传输时，接收端就不能对所发送的抽样准确地估值。
如果发送端用预先规定的有限个电平来表示抽样值，且电平间隔比干扰噪声大，则接收端将有可能对所发送的抽样准确地估值，从而有可能消除随机噪声的影响。
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8-1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。
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。
编码后的PCM码组，经数字信道传输，在接收端，用二进制码组重建模拟信号，在解调过程中，一般采用抽样保持电路。
预滤波是为了把原始语音信号的频带限制在300－3400Hz 左右，所以预滤波会引入一定的频带失真。
图8-1 PCM 调制原理框图在整个PCM系统中，重建信号的失真主要来源于量化以及信道传输误码，通常，用信号与量化噪声的功率比，即信噪比S/N来表示，国际电报电话咨询委员会（ITU-T）详细规定了它的指标，还规定比特率为64kb/s，使用A律或 律编码律。
脉冲编码调制(PCM)实验报告
实验四脉冲编码调制(PCM)实验一、实验目的通过本实验,学生应达到以下要求:1,了解语音信号PCM编译码的工作原理及实现过程.2,验证PCM编译码原理.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,学习并掌握相应的测试方法.二、实验内容本实验可完成以下实验内容：⏹观察测量PCM调制解调的各种时隙信号⏹观察编译码波形⏹测试动态范围、信噪比和系统频率特性⏹对系统性能指标进行测试和分析◆系统输出信噪比特性测量◆编码动态范围和系统动态范围测量◆系统幅频特性测量◆空载噪声测量三、基本原理脉冲编码(PCM)技术已经在数字通信系统中得到了广泛的应用.十多年来,由于超大规模集成技术的发展,PCM通信设备在缩小体积,减轻重量,降低功耗,简化调试以及方便维护等方面都有了显著的改进.目前,数字电话终端机的关键部件,如编译码器(Codec)和话路滤波器等都实现了集成化.本实验是以这些产品编排的 PCM 编译码系统实验,以期让实验者了解通信专用大规模集成电路在通信系统中应用的新技术.PCM 数字电话终端机的构成原理如图 4.1 所示.实验只包括虚线框内的部分,故名 PCM 编译码实验.图4.1 PCM 数字电话终端机的结构示意图1、实验原理和电路说明PCM 编译码系统由定时部分和PCM 编译码器构成,电路原理图附于本章后.◆ PCM 编译码原理为适应语音信号的动态范围,实用的PCM 编译码必须是非线性的.目前,国际上采用的 均是折线近似的对数压扩特性.ITU-T 的建议规定以 13 段折线近似的 A 律(A=87.56)和 15段折线近似的μ律(μ=255)作为国际标准.A 律和μ律的量化特性初始段如图 4.2 和图 4.3所示.A 律和μ律的编译码表分别列于表1和表2.(附本章后) 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 的幂次,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. ◆ PCM 编译码器简介鉴于我国国内采用的是A 律量化特性,因此本实验采用TP3067专用大规模集成电路,它 是CMOS 工艺制造的单片PCMA 律编译器,并且片内带输入输出话路滤波器. TP3067的管脚如图4.4所示,内部组成框图如图4.5所示. TP3067的管脚定义简述如下:(1)VPO+ 收端功率放大器的同相输出端.(2)GNDA 模拟地.所有信号都以此管脚为参考. (3)VPO- 收端功放的反相输出端. (4)VPI 收端功放的反相输入端.(5)VFRO 接收部分滤波器模拟输出端. (6)VCC +5V 电压输入.(7)FSR 接收部分帧同步时隙信号,是一个8KHz 脉冲序列. (8)DR 接收部分PCM 码流解码输入端.(9)BCLKR/CLKSEL 位时钟(bitclock),它使PCM 码流随着FSr 上升沿逐位移入Dr 端,位时钟 可以为从 64KHz 到 2048MHz 的任意频率.或者作为一个逻辑输入选择 1536MHz,1544MHz 或2048MHz,用作同步模式的主时钟.混合装置V oice发滤波器波器收滤编码器器码译分路路合发收(10)MCLKR/PDN 接收部分主时钟,它的频率必须为1536MHz,1544MHz 或2048MHz.可以和MCKLx异步,但是同步工作时可达到最佳状态.当 MCLKx 接低电平,MCLKR 被选择为内部时钟,当 MCLKx 接高电平,该芯片进入低功耗状态.(11)MCLKx 发送部分主时钟,必须为1536MHz,1544MHz 或2048MHz.可以和MCLKR 异步,但 是同步工作时可达到最佳状态.(12)BCLKx 发送部分时钟,使PCM 码流逐位移入DR 端.可以为从64KHz 到2048MHz 的任意 频率,但必须和MCLKx 同步.(13)Dx 发送部分PCM 码流编码输出端.(14)FSx 发送部分帧同步时隙信号,为一个8KHz 的脉冲序列. (15)TSx 漏极开路输出端,它在编码时隙输出低电平.(16)ANLB 模拟反馈输入端.在正常工作状态下必须置成逻辑"0".当置成逻辑"1"时,发送 部分滤波器的输入端并不与发送部分的前置滤波器相连,而是和接收部分功放的VPO+相连. (17)GSx 发送部分输入放大器的模拟基础,用于在外部同轴增益. （18）VFxI 发送部分输入放大器的反相输入端。
通信原理-脉冲编码调制与解调实验波形拍摄
三．实验过程及波形记录1.对任意频率、幅度的模拟正弦信号脉冲编码调制与解调实验。
⑴将信号源模块中BCD码分频值（拔码开关SW04、SW05）设置为00000000 00000001，模拟信号数字化模块中拔码开关S1设置为0000，“编码幅度”电位器逆时针旋转到底。
⑵信号源模块产生一频率为2KHz,由“模拟输出”端送入到模拟信号数字化模块的“S-IN”端，再分别连接信号源模块的信号输出端“64K”、“8K”、“BS”与模拟信号数字化模块的信号输入端“CLKB-IN”、“FRAMEB-IN”、“2048K-IN”。
开电，观察“PCMB-OUT”端PCM编码。
⑶断电，分别连接模拟信号数字化模块上编译码时钟信号“CLKB-IN”和“CLK2-IN”,帧同步信号“FRAMEB-IN”和“FRAME2-IN”,PCM编译码信号输出点“PCMB-OUT”和信号输入点“PCM2-IN”。
开电，观察并比较基带模拟信号“S-IN”和解调信号“JPCM”.⑷改变正弦信号的频率，观察解调信号随之的波形变化由实验现象可知，当基带信号超过音频信号频带范围时，解调输出波形消失。
2.用模拟示波器定量观察PCM八位编码实验⑴断电，拆除所有信号连线，将拔码开关S1设置为1111。
⑵开电，观察2KHz基带信号，“S-IN2”、8KHz帧同步信号“FRAMEB-IN”,64KHz编码时钟信号“CLKB-IN”与PCM 编码信号“PCMB-OUT”的波形。
调节编码电位器，分析PCM 八位编码中极性码、段落码与段内码随基带信号幅值大小的变化而变化的情况。
从实验波形图可以看出随着“编码幅度”电位器的调整，编码输出也在变化。
⑶断电，分别连接信号点“CLKB-IN”和”“CLK2-IN”,“FRAMEB-IN”和“FRAME2-IN”,“PCMB-OUT”和“PCM2-IN”。
开电，观察并比较基带模拟信号“S-IN2”和解调信号“JPCM”。
通信原理实验(3)
实验三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、观察脉冲编码调制与解调的结果，分析调制信号与基带信号之间的关系。
2、改变基带信号的幅度，观察脉冲编码调制与解调信号的信噪比的变化情况。
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、实验仪器1、信号源模块2、模拟信号数字化模块3、频谱分析模块（可选）4、终端模块（可选）5、20M双踪示波器一台6、音频信号发生器（可选）一台7、立体声单放机（可选）一台8、立体声耳机（可选）一副9、连接线若干四、实验原理先规定模拟信号进行抽样后，其抽样值还是随信号幅度连续变化的，当这些连续变化的抽样值通过有噪声的信道传输时，接收端就不能对所发送的抽样准确地估值。
如果发送端用预的有限个电平来表示抽样值，且电平间隔比干扰噪声大，则接收端将有可能对所发送的抽样准确地估值，从而有可能消除随机噪声的影响。
脉冲编码调制（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。
脉码系统原理框图如图3-1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。
国际标准化的PCM码组（电话语音）是用八位码组代表一个抽样值。
编码后的PCM码组，经数字信道传输，在接收端，用二进制码组重建模拟信号，在解调过程中，一般采用抽样保持电路。
预滤波是为了把原始语音信号的频带限制在300－3400Hz左右，所以预滤波会引入一定的频带失真。
图3-1 PCM 系统原理框图在整个PCM系统中，重建信号的失真主要来源于量化以及信道传输误码。
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姓名
学号
专业年级
电子信息工程
实验题目
实验目的
1.掌握脉冲编码调制与解调的基本原理。
2.定量分析并掌握模拟信号按照13折线A律特性编成八位码的方法。
3.通过了解大规模集成电路TP3067的功能与使用方法，进一步掌握PCM通信系统的工作流程。
实验内容
1.观察脉冲编码调制与解调的整个变换过程，分析PCM调制信号与基带模拟信号之间的关系，掌握其基本原理。
<3>保留（2）的接线，然后断电，把模拟信号数字化模块上编译码时钟信号“CLKB-IN”和“CLK2-IN”相连，并把帧同步信号“FRAMEB-IN”与“FRAME2-IN”相连，PCM编译码信号输出点“PCMB-OUT”与信号输入点“PCM2-IN”相连。开电，观察并比较基带模拟信号“S-IN”和解调信号“JPCM”。
<2>信号源模块产生一频率为2KHz，峰-峰值约为2V的正弦模拟信号，由“模拟输出”端送入到模拟信号数字化模块的“S-IN”端，再分别把信号源模块信号输出端的“64K”、“8K”、“BS”与模拟信号数字化模块的信号输入端“CLKB-IN”、“FRAMEB-IN”、“2048K-IN”相连。开电，观察“PCMB-OUT”端PCM编码。（因为是对随机信号进行编码，所以建议使用数字存储示波器观察。）
FRAME2-IN：PCM译码8KHz帧同步信号输入点。
<2>输出点参考说明
S-IN2：2KHz基带信号测试点。
PCMB-OUT：PCM调制信号输出点。
JPCM：PCM解调信号输出点。
4.对任意频率、幅度的模拟正弦信号脉冲编码调制与解调实验
<1>将信号源模块中BCD码分频值（拨码开关SW04、SW05）设置为0000000 0000001，模拟信号数字化模块中拨码开关S1设置为0000，“编码幅度”电位器（标号为P02）逆时针旋转到顶。
实验步骤
1.将信号源模块、模拟信号数字化模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。
2.插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下两个模块中的相应开关POWER1、POWER2，对应的发光二极管LED01、LED02发光，按一下信号源模块的复位键，两个模块均开始工作。
3.熟悉输入、输出点信号的具体意义
2.定量分析不同幅度的基带模拟正弦信号按照13折线A律特性编成的八位码，并掌握该编码方法。
实验器材
1.信号双踪示波器一台
4.连接线若干
实验原理
脉冲编码调制（PCM）与解调通信系统的原理框图如下：
本实验模块采用大规模集成电路TP3067对语音模拟信号进行PCM编解码。TP3067在一个芯片内部集成了编码电路和译码电路，是一个单路编译码器。其编码速率为2.048MHz，每一帧8位数据，采用8KHz帧同步信号。模拟信号在编码电路中，经过抽样、量化、编码，最后得到PCM编码信号。在单路编译码器中，经变换后的PCM码是在一个时隙中被发送出去的，在其他的时隙中编译码器是没有输出的，即对一个单路编译码器来说，它在一个PCM帧（32个时隙）里，只在一个特定的时隙中发送编码信号。同样，译码电路也只是在一个特定的时隙（此时隙应与发送码数据的时隙相同，否则接收不到PCM编码信号）里才从外部接收PCM编码信号，然后再译码输出。
<4>改变正弦模拟信号的幅度及频率，观察PCM编码信号和解调信号随之的波形变化情况，同时注意观察满载和过载时的脉冲幅度和解调信号波形，超过音频信号频带范围时的解调信号波形。
实验结果及分析
1.PCM码波形：2.基带信号:
3.解调信号：4.64KHz编码同步信号：
5.8KHz帧同步信号：6.基带模拟信号（上）解调信号（下）：
<1>输入点参考说明
2048K-IN：2.048MHz时钟信号输入点。
S-IN：模拟信号输入点（基带信号）。
CLKB-IN：PCM编码64KHz时钟信号输入点。
FRAMEB-IN：PCM编码8KHz帧同步信号输入点。
PCM2-IN：译码时的PCM码信号输入点。
CLK2-IN：PCM译码64KHz时钟信号输入点。
7.编码幅度较小时的PCM码：8.编码幅度中等时的PCM码：
9.编码幅度较大时的PCM码：
实验分析：
1.图1是PCM编码的波形，PCM编码共8位，C1是极性码，C2C3C4是段落码，C5C6C7C8是段内码。
2.图3是经过PCM码解调后得到的信号，与图2的基带信号的波形一致。
3.图4和图5分别是64KHz编码时钟信8KHz帧同步信号，所以PCM系统的采样频率为8KHz，码元速率为64kBaud。
4.图6是基带模拟信号和经过PCM编码后解调得到的信号，解调信号和原信号的波形一致。
5.图7~9是不同的编码幅度（量化间隔）所对应的PCM码，编码幅度越大，对应的PCM码的值越小。