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实验六PCM编译码及A/μ律转换实验一、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、熟悉了解W681512。二、实验器材1、主控&信号源模块、1号、3号模块各一块2、双踪示波器一台3、连接线若干三、实验原理1、实验原理框图信号源music/A-outFSCLKPCM编码（一路/二路）音频接口1编码时钟编码帧同步PCM编码输出PCM译码（一路/二路）译码时钟译码帧同步PCM译码输入音频接口2扬声器音频输入1#语音终端图2-11号模块W681512芯片的PCM编译码实验信号源music/A-outFSCLK抗混叠滤波器LPFLPF-INLPF-OUTPCM编码编码输入A/D转换PCM编码G.711变换时钟帧同步PCM量化输出编码输出PCM译码时钟帧同步G.711反变换IIR滤波器D/A转换译码输入译码输出PCM译码3#信源编译码模块1#语音终端模块&用户接口模块音频输入图2-23号模块的PCM编译码实验音频输入信号源PCM编码（A律编码）music/A-outFSCLKA/μ律编码转换W681512芯片PCM译码（μ律译码）编码输入编码帧同步编码时钟译码时钟译码帧同步主时钟编码输出A/μ-InA/μ-OutPCM译码输入1#语音终端模块3#信源编译码模块编码时钟编码帧同步音频接口2T1抗混叠滤波器LPFLPF-INLPF-OUT图2-3A/μ律编码转换实验2、实验框图说明图2-1中描述的是信号源经过芯片W681512经行PCM编码和译码处理。W681512的芯片工作主时钟为2048KHz，根据芯片功能可选择不同编码时钟进行编译码。在本实验的项目一中以编码时钟取64K为基础进行芯片的幅频特性测试实验。图2-2中描述的是采用软件方式实现PCM编译码，并展示中间变换的过程。PCM编码过程是将音乐信号或正弦波信号，经过抗混叠滤波（其作用是滤波3.4kHz以外的频率，防止A/D转换时出现混叠的现象）。抗混滤波后的信号经A/D转换，然后做PCM编码，之后由于G.711协议规定A律的奇数位取反，μ律的所有位都取反。因此，PCM编码后的数据需要经G.711协议的变换输出。PCM译码过程是PCM编码逆向的过程，不再赘述。A/μ律编码转换实验中，如实验框图2-3所示，当菜单选择为A律转μ律实验时，使用3号模块做A律编码，A律编码经A转μ律转换之后，再送至1号模块进行μ律译码。同理，当菜单选择为μ律转A律实验时，则使用3号模块做μ律编码，经μ转A律变换后，再送入1号模块进行A律译码。四、实验步骤实验项目一测试W681512的幅频特性概述：该项目是通过改变输入信号频率，观测信号经W681512编译码后的输出幅频特性，了解芯片W681512的相关性能。1、关电，按表格所示进行连线。源端口目的端口连线说明信号源：A-OUT模块1：TH5(音频接口)提供音频信号信号源：CLK模块1：TH11(编码时钟)提供编码时钟信号信号源：CLK模块1：TH18(译码时钟)提供译码时钟信号信号源：FS模块1：TH9(编码帧同步)提供编码帧同步信号信号源：FS模块1：TH10(译码帧同步)提供译码帧同步信号模块1：TH8(PCM编码输出)模块1：TH7(PCM译码输入)接入译码输入信号2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【PCM编码】→【1号模块】→【第一路PCM编译码方式】→【A律PCM编译码】。调节W1主控&信号源使信号A-OUT输出峰峰值为3V左右。3、此时实验系统初始状态为：设置音频输入信号为峰峰值3V，频率1KHz正弦波；PCM编码及译码时钟CLK为64KHz方波；编码及译码帧同步信号FS为8KHz。4、实验操作及波形观测。（1）调节模拟信号源输出波形为正弦波，输出频率为50Hz，用示波器观测A-out，设置A-out峰峰值为3V。（2）将信号源频率从50Hz增加到4000Hz，用示波器接模块1的音频输出2，观测信号的幅频特性。信号源频率为100Hz:频率为130Hz:200Hz:360Hz:频率为1260Hz:2160Hz:3160Hz:频率为4KHz:注：频率改变时可根据实验需求自行改变频率步进，例如50Hz~250Hz间以10Hz的频率为步进，超过250Hz后以100Hz的频率为步进。思考：W681512PCM编解码器输出的PCM数据的速率是多少？在本次实验系统中，为什么要给W681512提供64KHz的时钟，改为其他时钟频率的时候，观察的时序有什么变化？答：速率是64Kb/s。PCM编码器在同步工作中，对于发送和接收两个方向应当用相同的主时钟和位时钟，在这一模式中，MCLKx上必须有时钟信号在起作用，而MCLKR/PDN引脚则起了掉电控制作用。改变其他时钟频率的时候，会接收不到编码信号。认真分析W681512主时钟与8KHz帧收、发同步时钟的相位关系。答：主时钟与8KHz帧收同步时钟，8KHz收同步时钟的周期为125us,第n个帧同步信号与主时钟相位相同，第n+1个帧同步信号与主时钟相位相反。实验项目二PCM编码规则验证概述：该项目是通过改变输入信号幅度或编码时钟，对比观测A律PCM编译码和μ律PCM编译码输入输出波形，从而了解PCM编码规则。1、关电，按表格所示进行连线。源端口目的端口连线说明信号源：A-OUT模块3：TH5(LPF-IN)信号送入前置滤波器模块3：TH6(LPF-OUT)模块3：TH13(编码-编码输入)提供音频信号信号源：CLK模块3：TH9(编码-时钟)提供编码时钟信号信号源：FS模块3：TH10(编码-帧同步)提供编码帧同步信号模块3：TH14(编码-编码输出)模块3：TH19(译码-输入)接入译码输入信号信号源：CLK模块3：TH15(译码-时钟)提供译码时钟信号信号源：FS模块3：TH16(译码-帧同步)提供译码帧同步信号2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【PCM编码】→【3号模块】→【A律编码观测实验】。调节W1主控&信号源使信号A-OUT输出峰峰值为3V左右。3、此时实验系统初始状态为：设置音频输入信号为峰峰值3V，频率1KHz正弦波；PCM编码及译码时钟CLK为64KHz；编码及译码帧同步信号FS为8KHz。4、实验操作及波形观测。（1）以FS为触发，观测编码输入波形。示波器的DIV（扫描时间）档调节为100us。将正弦波幅度最大处调节到示波器的正中间，记录波形。注意，记录波形后不要调节示波器，因为正弦波的位置需要和编码输出的位置对应。（2）在保持示波器设置不变的情况下，以FS为触发观察PCM量化输出，记录波形。（3）再以FS为触发，观察并记录PCM编码的A律编码输出波形，填入下表中。整个过程中，保持示波器设置不变。（4）再把3号模块设置为【μ律编码观测实验】，重复步骤（1）（2）（3）。将记录μ律编码相关波形，填入下表中。A律波形μ律波形帧同步信号编码输入信号PCM量化输出信号PCM编码输出信号（5）对比观测编码输入信号和译码输出信号。思考1：改变基带信号幅度时，波形是否变化？改变时钟信号频率时，波形是否发生变化？答:改变基带信号幅度时，波形不发生变化。改变时钟信号频率时，波形会发生变化。思考2：当编码输入信号的频率大于3400Hz或小于300Hz时，分析脉冲编码调制和解调波形。答：当编码输入信号的频率大于3400Hz或小于300Hz时，脉冲编码调制和解调波形的幅度会急剧减小。实验项目三PCM编码时序观测概述：该项目是从时序角度观测PCM编码输出波形。1、连线和主菜单设置同实验项目二。2、用示波器观测FS信号与编码输出信号，并记录二者对应的波形。思考：为什么实验时观察到的PCM编码信号码型总是变化的？答：因为PCM编码时真正的数字编码，它将每个通道的指令数字化了，比如脉冲有1ms到2ms的变化，在PCM编码里用模数转换成1和0的数字码，再发出去。所以观察到的PCM编码信号码型总是变化的。实验项目四PCM编码A/μ律转换实验概述：该项目是对比观测A律PCM编码和μ律PCM编码的波形，从而了解二者区别与联系。1、关电，按表格所示进行连线。源端口目的端口连线说明信号源：A-out模块3：TH5(LPF-IN)信号送入前置滤波器模块3：TH6(LPF-OUT)模块3：TH13(编码-编码输入)送入PCM编码信号源：CLK模块3：编码-时钟提供编码时钟信号信号源：FS模块3：编码-帧同步提供编码帧同步信号模块3：编码输出模块3：A/μ律--in接入编码输出信号模块3：A/μ--out模块1：PCM译码输入将转换后的信号送入译码单元信号源：CLK模块1：译码时钟提供译码时钟信号信号源：FS模块1：译码帧同步提供译码帧同步信号信号源：CLK模块1：编码时钟提供W681512芯片PCM编译码功能所需的其他工作时钟信号源：FS模块1：编码帧同步2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【PCM编码】→【3号模块】→【A转μ律转换实验】。再设置【1号模块】→【第一路PCM编译码方式】→【μ律PCM编译码】，使1号模块的第一路为μ律编译码。调节W1主控&信号源使信号A-OUT输出峰峰值为3V左右。3、此时实验系统初始状态为：设置音频输入信号为峰峰值3V，频率1KHz正弦波；PCM编码及译码时钟CLK为64KHz；编码及译码帧同步信号FS为8KHz。4、用示波器对比观测编码输出信号与A/μ律转换之后的信号，观察两者的区别，加以总结。再对比观测原始信号和恢复信号。5、设置主控菜单，选择【μ转A律转换实验】，并将1号模块对应设置成A律译码。然后按上述步骤观测实验波形情况。