脉冲编码调制解调实验教材.docx
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脉冲编码调制解调实验教材
2012-2013第二学期
开放实验项目
题 目：
两路话音＋两路计算机数据综合
传输系统实验
学生姓名
专业名称：
电子信息工程
指导教师：
2013年 5月 20日
脉冲编码调制解调实验
一、实验原理
（一）基本原理
PCM调制原理框图
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，模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化。
模拟信号的量化
2、编码
所谓编码就是把量化后的信号变换成二进制码，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。
（二）实验电路说明
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，然后进行译码，经过带通滤波器、放大器后输出。
（三）输入、输出点参考说明
1、输入点说明
MCLK：
芯片工作主时钟，频率为2.048M。
SININ-A：
模拟信号输入点。
BSX：
PCM编码所需时钟信号输入点。
BSR：
PCM解码所需时钟信号输入点。
FSXA：
PCM编码帧同步信号输入点。
FSRA：
PCM解码帧同步信号输入点。
PCMIN-A：
PCM解调信号输入点。
EARIN1：
耳机语音信号输入点。
MICOUT1：
麦克风语音信号输出点。
K1、K2：
A律、μ律切换开关
PCMAOUT-A：
脉冲编码调制信号输出点。
SINOUT-A：
PCM解调信号输出点。
二、实验步骤
1、将信号源模块和模块2固定在主机箱上，将黑色塑封螺钉拧紧，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，将信号源模块和模块2的电源开关拨下，观察指示灯是否点亮，红灯为+5V电源指示灯，绿灯为-12V电源指示灯，黄色为+12V电源指示灯。
（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，再打开电源做实验，不要带电连线）。
3、观测PCM编、译码波形。
1）用示波器测量信号源板上“2K同步正弦波”点，调节信号源板上手调电位器W1使输出信号峰-峰值在3V左右。
2）将信号源板上S4设为0111（时钟速率为256K），S5设为0100（时钟速率为2.048M）。
3）实验系统连线――关闭系统电源，进行如下连接：
源端口
目的端口
连线说明
信号源：
2K同步正弦波
模块2：
SININ-A
提供音频信号
信号源：
CLK2
模块2：
MCLK
提供W681512工作的主时钟（2.048M）
信号源：
CLK1
模块2：
BSX
提供位同步信号（256K）
信号源：
FS
模块2：
FSXA
提供帧同步信号
模块2：
FSXA
模块2：
FSRA
作自环实验，直接将接收帧同步和发送帧同步相连
模块2：
BSX
模块2：
BSR
作自环实验，直接将接收位同步和发送位同步相连
模块2：
PCMOUT-A
模块2：
PCMIN-A
将PCM编码输出结果送入PCM译码电路进行译码
*检查连线是否正确，检查无误后打开电源
4）用示波器观测各测试点以及PCM编码输出点“PCMOUT-A”和解调信号输出点“SINOUT-A”输出的波形。
5）改变位时钟为2.048M（将S4设为“0100”），观测PCM调制和解调波形。
6）改变K1、K2开关，观测PCM调制和解调波形。
4、从信号源引入非同步正弦波，调节W4改变输入正弦信号的频率，使其频率分别大于3400Hz或小于300Hz，观察点“PCMOUT-A”、“SINOUT-A”的输出波形，记录下来（应可观察到，当输入正弦波的频率大于3400Hz或小于300Hz时，PCM解码信号的幅度急剧减小）。
5、实验结束关闭电源。
三、实验结果分析
<1>、PCM编码输出点“PCMOUT-A”和<2>、PCM编码输出点“PCMOUT-A”和解
解调信号输出点“SINOUT-A”输出的波形调信号输出点“SINOUT-A”输出的波形。
图1-1图1-2
注：
图1-1信号源板上S4设为0111（时钟速率为256K），S5设为0100（时钟速率为2.048M）；
K1、K2开关均在A端；信号峰-峰值在3v左右；信号源引入2K同步正弦波。
图1-2信号源板上S4设为0100（时钟速率为2.048M），S5设为0100（时钟速率为2.048M）。
K1、K2开关均在A端；信号峰-峰值在3v左右；信号源引入2K同步正弦波。
<3>、PCM编码输出点“PCMOUT-A”和<4>、PCM编码输出点“PCMOUT-A”和解调
解调信号输出点“SINOUT-A”输出的波形<信号输出点“SINOUT-A”输出的波形。
图1-3图1-4
注：
图1-3信号源板上S4设为0100（时钟速率为2.048M），S5设为0100（时钟速率为2.048M）；K1、K2开关均在U端；信号峰-峰值在3v左右；信号源引入2K同步正弦波。
图1-4信号源板上S4设为0100（时钟速率为2.048M），S5设为0100（时钟速率为2.048M）；K1、K2开关均在A端；信号峰-峰值在3v左右；信号源引入非同步正弦波；频率为20.19Khz。
由得到的波形图可知改变时钟速率，PCM调制信号波形小幅度变化，解调信号基本不变。
改变开关K1和K2时，PCM调制信号和解调信号波形变化也不大。
但是当信号源引入非同步正弦波，频率大于3400Hz或小于300Hz时，PCM调制与解调信号波形均出现失真。
两路PCM时分复用实验
一、实验原理
在数字通信中，PCM、
M、ADPCM或者其它模拟信号的数字化，一般都采用时分复用方式来提高信道的传输效率。
所谓复用就是多路信号（语音、数据或图像信号）利用同一个信道进行独立的传输。
时分复用（TDM）的主要特点是利用不同时隙来传递各路不同信号，时分复用是建立在抽样定理基础上的，因为抽样定理是连续（模拟）的基带信号有可能在被时间上离散出现的抽样脉冲所代替。
。
这样，当抽样脉冲占据较短时间时，在抽样脉冲之间就留出了时间空隙。
利用这些空隙便可以传输其他信号的抽样值，因此，就可能用一条信道同时传送若干个基带信号,并且每一个抽样值占用的时间越短，能够传输的路数也就越多。
TDM与FDM（频分复用）原理的差别在于：
TDM在时域上是各路信号分割开来的；但在频域上是各路信号混叠在一起的。
FDM在频域上是各路信号分割开来的；但在时域上是混叠在一起的。
本实验单元由PCM编码电路，复接器，解复接器，PCM译码电路，话路终端电路组成。
PCM编译码原理在脉冲编码调制实验中已作详细介绍，下面主要介绍复用原理，解复用原理和话路终端电路。
时分复用原理框图
二、测试点说明
1、输入点说明
CLK：
主时钟输入点，时钟为2.048Mbps
PCMAIN；第一路PCM信号输入点
PCMBIN；第二路PCM信号输入点
2、输出点说明
FS0：
帧同步码所在0时隙的帧同步信号
FS3：
第一路PCM信号所在的3时隙的帧同步信号
FS_SEL：
第二路PCM信号所在时隙的帧同步信号，时隙由4～32可选（第16时隙除外）
FJOUT：
复接信号输出
三、实验步骤
（一）PCM时分复用实验
1、将信号源模块和模块2、8固定在主机箱上，将黑色塑封螺钉拧紧，确保电源接触良好。
2、将信号源模块上S4拨为“0100”，S5也拨为“0100”。
3、在电源关闭的状态下，按照下表完成实验连线：
源端口
目的端口
连线说明
信号源：
CLK1（2048K）
模块8：
CLK；
S4拨为“0100”，时钟输入
信号源：
CLK2（2048K）
模块2：
MCLK；BSX
S5拨为“0100”，时钟输入
信号源：
同步正弦波（2K）
模块2：
SININ-A；SININ-B
PCM编码输入信号
模块8：
FS3
模块2：
FSXA
A路PCM编码帧同步输入
模块8：
FS_SEL
模块2：
FSXB
B路PCM编码帧同步输入
模块2：
PCMOUT-A
模块8：
PCMAIN
A路PCM编码输入信号
模块2：
PCMOUT-B
模块8：
PCMBIN
B路PCM编码输入信号
*检查连线是否正确，检查无误后打开电源
4、将模块8上的拨码开关S1，S2分别设置为00000100，用示波器观察模块8上“FJOUT”处的输出波形，改变拨码开关为其它值，观察输出波形变化情况。
5、实验结束关闭电源。
4、实验结果分析
<1>、模块8上“FJOUT”处的输出波形<2>、模块8上“FJOUT”处的输出波形
图2-1图2-2
注：
（1）信号源模块上S4拨为“0100”，S5也拨为“0100”；模块8上的拨码开关S1设
为0000，S2设置为0100。
（2）信号源模块上S4拨为“0100”，S5也拨为“0100”；模块8上的拨码开关S1设置
为0111，S2设置为0111。
由波形图可知，改变模块8上的的拨码开关，信号输出波形的时隙位置不同。
两路PCM解复用实验
一、实验原理
解复用是通过帧同步提取模块提取的帧同步信号和位时钟提取模块控制计数器产生帧同步信号TS0、TT1和TS_SEL。
然后，再通过TS0、TS1、TS_SEL将复用的信号分离开。
原理框图如图所示：
解复用原理框图
二、测试点说明
1、输入点说明
CLK：
主时钟输入点，时钟为2.048Mbps
PCMAIN；第一路PCM信号输入点
PCMBIN；第二路PCM信号输入点
BSIN：
解复用位时钟输入
FSIN：
解复用帧同步信号输入
FJIN：
复用信号输入
FS0：
帧同步码所在0时隙的帧同步信号
FS3：
第一路PCM信号所在的3时隙的帧同步信号
FS_SEL：
第二路PCM信号所在时隙的帧同步信号，时隙由4～32可选（第16时隙除外）
FJOUT：
复接信号输出
FRAMOUT：
解复接输出的帧同步码
TS0：
解复接输出帧同步码所在时隙的帧同步信号
TS3：
解复接输出第一路PCM信号所在时隙的帧同步信号
TS_SEL：
解复接输出第二路PCM信号所在时隙的帧同步信号
PCMOUTA：
解复接输出第一路PCM信号
PCMOUTB：
解复接输出第二路PCM信号
三、实验步骤
1、保持PCM时分复用实验的连线不变，然后做下面的连线：
源端口
目的端口
连线说明
模块8：
FJOUT
模块8：
FJIN；模块7：
DIN
解复用输入；同步提取输入
模块7：
BS
模块8：
BSIN；模块2:
BSR
提取的位同步输入
模块7：
FS
模块8：
FSIN
提取的帧同步输入
模块8：
PCMOUTA
模块2：
PCMIN-A
A路PCM解码输入信号
模块8：
PCMOUTB
模块2：
PCMIN-B
B路PCM解码输入信号
模块8：
TS3
模块2：
FSRA
A路PCM解码帧同步输入
模块8：
TS_SEL
模块2：
FSRB
B路PCM解码帧同步输入
*检查连线是否正确，检查无误后再次打开电源
2、用双踪示波器对比观察模块8上的“PCMAIN”和“PCMOUTA”，“PCMBIN”和“PCMOUTB”的波形，看是否一致。
3、用双踪示波器对比观察模块2上“SININ-A”和“SINOUT-A”，“SININ-B”和“SINOUT-B”的波形，看是否一致。
4、实验结束关闭电源。
四、实验结果分析
<1、模块8上的“PCMAIN”和<2>、模块8上的“PCMBIN”和模
模块2上的“PCMOUTA”的波形块2上的“PCMOUTB”的波形
图3-1图3-2
注：
信号源模块上S4拨为“0100”，S5也拨为“0100”；模块8上的拨码开关S1设置为0000，S2设置为0100。
对复用后的信号进行解复用，然后进行PCM解码，解复用后的两路解码信号与原两路模拟信号波形相同。
计算机数据通信实验
1、实验原理
工作过程简要说明：
PC机1和PC机2发送出来的数据经过MAX202进行RS-232电平转换，再送入CPLD进行变速率时分复用，复用后码速率为2048K（这部分内容同变速率时分复用实验）。
实验原理框图
二、测试点说明
1、输入点说明
CLK：
主时钟输入点，时钟频率为2.048Mbps
COMRXA：
数据输入口1
COMRXB：
数据输入口2
输入1：
PC机1接收数据输入点
输入2：
PC机2接收数据输入点
2、输出点说明
FJOUT：
复用后信号输出点
PCMOUTA：
解复用出的第一路数据
PCMOUTB：
解复用出的第二路数据
COMTXA：
数据输出口1
COMTXB：
数据输出口2
输出1：
PC机1发送数据输入点
输出2：
PC机2发送数据输入点
三、实验步骤
1、单台PC机的串口通信实验
（1）将信号源模块和模块8固定在主机箱上，将黑色塑封螺钉拧紧，确保电源接触良好。
（2）将串口线一端插入PC机，另一端接入模块8上计算机接口单元的J1，在电源关闭的状态下，按照下列提示连线：
源端口
目标端口
连线说明
信号源：
CLK2（2048K）
模块8：
CLK
S4拨为“0100”，主时钟输入
模块8：
输出1
模块8：
COMRXA
PC机串口数据输出
模块8：
FJOUT
模块8：
FJIN模块7：
DIN
复用信号输出；同步提取输入
模块7：
BS
模块8：
BSIN
提供位同步信号输入
模块7：
FS
模块8：
FSIN
提供帧同步信号输入
模块8：
COMTXA
模块8：
输入1
PC机串口数据输入
模块7的S2设置为“0000”。
*检查连线是否正确，检查无误后打开电源
（1）在PC机上打开串口调试软件，在PC机上观察接收数据，与发送数据比较是否一致。
注意模块8上拨码开关S3选择波特率应与串口调试软件设置值一致，如图所示：
（2）实验结束关闭电源，拆除连线。
2、两台PC机的串行通信实验
（1）将两根串口线一端分别插入PC机，另一端分别接入模块8上计算机接口单元的J1和J2，按照下列提示连线。
源端口
目标端口
连线说明
信号源：
CLK1（2048K）
模块8：
CLK
S4拨为“0100”，主时钟输入
模块8：
输出1
模块8：
COMRXA
PC机A串口数据输出
模块8：
输出2
模块8：
COMRXB
PC机B串口数据输出
模块8：
FJOUT
模块8：
FJIN模块7：
DIN
复用信号输出；同步提取输入
模块7：
BS
模块8：
BSIN
提供位同步信号输入
模块7：
FS
模块8：
FSIN
提供帧同步信号输入
模块8：
COMTXB
模块8：
输入1
PC机B串口数据输入
模块8：
COMTXA
模块8：
输入2
PC机A串口数据输入
*检查连线是否正确，检查无误后打开电源
（2）在两台PC机上都打开串口调试软件，两台PC机对发数据，观察接收数据与发送数据比较是否一致。
注意模块8上拨码开关S3选择波特率应与串口调试软件的一致。
（3）实验结束关闭电源，拆除连线。
四、实验结果分析
图4-1
注：
模块8上的拨码开关S4设置为0100，模块7上的S2设置为0000。
<2>、两台PC机串口调试接收数据图
图4-2图4-3
注：
模块8上的拨码开关S4设置为0100，模块7上的S2设置为0000。
由图可知，当模块8上拨码开关S3选择波特率与串口调试软件设置值一致时，打开一台PC机上的串口调试软件，在PC机上观察接收数据，与发送数据一致；在两台PC机上都打开串口调试软件，在两台PC机对发数据，接收数据与发送数据一致。
载波传输系统实验
一、实验原理
本实验将模拟的语音信号经过CVSD编码变换成32KBit/s数字信号。
然后，再通过PSK调制，将数字信号调制到128K的载波上发送。
在终端，先提取PSK载波，通过PSK相干解调将数字信号从载波中恢复出来。
然后，再提取数字信号的位时钟，CVSD译码，还原出模拟的语音信号。
最后，送到语音终端，完成语音信号的频带传输。
实验的系统框图如下：
二、实验步骤
信号源产生的模拟信号经信源编码后进行PSK调制，接收时经解调后，在受信者处恢复出原始的模拟信号。
实验时可参考下面提供的方法进行连线：
源端口
目标端口
信号源：
音乐输出
模块1：
CVSD-SIN
信号源：
CLK1（32K）
模块1：
CLK
模块1：
CVSDOUT
模块3：
PSK-NRZ
信号源：
128K同步正弦波
模块3：
PSK载波
模块3：
PSK-OUT
模块4：
PSKIN；模块7：
PSKIN
模块7：
载波输出
模块4：
载波输入
模块4：
PSK-DOUT
模块7：
DIN
模块7：
BS
模块4：
PSK-BS；模块1：
DCLK
模块4：
OUT3
模块1：
CVSD-IN
模块1：
DOUT
模块1：
IN
模块1：
OUT
信号源：
音乐信号输入
注：
1、模块7的S2设置为“0110”；
2、实验结果――能听到比较清晰的音乐（可以和音乐输出直接输出到音乐信号输入来比较效果）
三、实验结果分析
实验完成后，用耳机借助于模块2可以听到清晰的音乐声，与音乐输出直接输出到音乐信号输入音效一致。
两路话音＋两路计算机数据综合传输系统实验
一、实验目的
1、了解传输系统的构成。
2、了解语音信号在系统中的传输过程。
二、实验内容
1、将语音信号进行PCM编码。
2、将PCM编码数据和计算机串口数据进行复用。
3、将复用后的数据解复用。
然后再将串口数据送入计算机，将PCM数据送入到PCM译码模块。
最后，使两路语音能实时通话，两台计算机能实时通信。
三、实验器材
1、信号源模块一块
2、①号模块一块
3、②号模块一块
4、⑦号模块一块
5、⑧号模块一块
6、20M双踪示波器一台
7、连接线若干
8、耳麦两副
四、实验原理
随着通信技术的发展，人们对通信业务的要求不满足于语音业务，提出了数据，图像等传输业务的需求。
本实验以语音＋计算机数据传输业务为例，通过时分复用的方式来完成语音＋计算机数据传输业务。
实验框图如下：
五、实验步骤
1、将信号源模块和模块2、7、8固定在主机箱上，将黑色塑封螺钉拧紧，确保电源接触良好。
2、将信号源模块上S4拨为“0100”，S5也拨为“0100”；7号板S2应拨为“0000”。
3、在电源关闭的状态下，按照下表完成实验连线：
源端口
目的端口
连线说明
信号源：
CLK1（2048K）
模块8：
CLK；
S4拨为“0100”，时钟输入
信号源：
CLK2（2048K）
模块2：
MCLK；BSX
S5拨为“0100”，时钟输入
模块2：
MICOUT1
模块2：
SININ-A
A路语音信号输入
模块2：
MICOUT2
模块2：
SININ-B
B路语音信号输入
模块8：
FS3
模块2：
FSXA
A路PCM编码帧同步输入
模块8：
FS_SEL
模块2：
FSXB
B路PCM编码帧同步输入
模块2：
PCMOUT-A
模块8：
PCMAIN
A路PCM编码输入信号
模块2：
PCMOUT-B
模块8：
PCMBIN
B路PCM编码输入信号
模块8：
输出1
模块8：
COMRXA
PC机A串口数据输出
模块8：
输出2
模块8：
COMRXB
PC机B串口数据输出
源端口
目的端口
连线说明
模块8：
FJOUT
模块8：
FJIN；模块7：
DIN
解复用输入；同步提取输入
模块7：
BS
模块8：
BSIN；模块2:
BSR
提取的位同步输入
模块7：
FS
模块8：
FSIN
提取的帧同步输入
模块8：
PCMOUTA
模块2：
PCMIN-A
A路PCM解码输入信号
模块8：
PCMOUTB
模块2：
PCMIN-B
B路PCM解码输入信号
模块8：
TS3
模块2：
FSRA
A路PCM解码帧同步输入
模块8：
TS_SEL
模块2：
FSRB
B路PCM解码帧同步输入
模块2：
SINOUT-A
模块2：
EARIN2
解码后A路语音信号输入
模块2：
SINOUT-B
模块2：
EARIN1
解码后B路语音信号输入
模块8：
COMTXB
模块8：
输入1
PC机B串口数据输入
模块8：
COMTXA
模块8：
输入2
PC机A串口数据输入
*检查连线是否正确，检查无误后再次打开电源
1、将两副耳麦分别接入模块2上的耳机插座：
“话筒1”、“耳机1”、“话筒2”和“耳机2”，进行两人通话实验，调节电位器W1、W2、W3、W4改变音量及通话质量；
2、在两台PC机上都打开串口调试软件，两台PC机对发数据，观察接收数据与发送数据比较是否一致。
注意模块8上拨码开关S3选择波特率应与串口调试软件的一致；
3、结果应该是两路语音能实时通话；同时两台计算机能实时通信；
4、实验结束关闭电源，拆除连线。
6、实验结果分析
图6-1
注：
信号源模块上S4拨为“0100”，S5也拨为“0100”；7号板S2拨为“0000”。
由图可知，当模块8上拨码开关S3波特率与串口调试软件设置值一致时，在两台PC机上都打开串口调试软件，两台PC机对发数据，接收数据与发送数据一致。
七、实验总结
通过这次开放性实验，使我更进一步掌握了课本的理论知识，同时经过大量的实践操作，让我更深层次掌握了实验的原理和作用，而且，我也认识到了自己在动手能力方面的不足。
然而经过实验操作，我们了解到每个实验都有自己本身的解决方法和技巧：
在脉冲编码调制解调时，我们对发送端电平进行预先规定，有效地消除了接收端的干扰噪声；在两路PCM时分复用与解复用实验中，采用时分复用方式来提高信道的传输效率；计算机通信实验中，利用串行通信，在一根传输线上一位一位地传输信息，所用的传输线少，并且可以借助现成的电话网进行信息传送。
本实验最终以语音＋计算机数据传输业务为例，通过时分复用的方式来完成语音＋计算机数据传输业务，干扰小，误码率低，并且传输效率高。
对于我们来说该实验实操性强，也易于理解，在实验中理论与结果出现了一些小偏差，我们及时分析更正，也提高了自身分析操作能力。
八、参考文献
1．《通信原理》，李世银，宋金玲编著。
人民工业出版社。
2．《通信原理》，樊昌信，曹丽娜编著。
国防工业出版社。
3．《通信原理》，张水英，西安电子科技大学出版社。
2006年。
4.《通信原理教学系统试验指导书》，武汉凌特电子技术有限公司研发中心。
2010年。
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