实验二实验报告.doc

PAM和PCM编译码器系统一、 实验目的1. 观察了解PAM信号形成的过程；验证抽样定理；了解混叠效应形成的原因；2. 验证PCM编译码原理；熟悉PCM抽样时钟、编码数据和输入/输出时钟之间的关系；了解PCM专用大规模集成电路的工作原理和应用。二、 实验内容和步骤1. PAM编译码器系统1.1 自然抽样脉冲序列测量（1） 准备工作；（2） PAM脉冲抽样序列观察；（3） PAM脉冲抽样序列重建信号观测。1.2 平顶抽样脉冲序列测量（1） 准备工作；（2） PAM平顶抽样序列观察；（3） 平顶抽样重建信号观测。1.3 信号混叠观测（1） 准备工作（2） 用示波器观测重建信号输出的波形。2. PCM编译码器系统2.1 PCM串行接口时序观察（1） 输出时钟和帧同步时隙信号的观察；（2） 抽样时钟信号与PCM编码数据测量；2.2 用示波器同时观察抽样时钟信号和编码输出数据信号端口（TP502），观测时以TP504同步，分析掌握PCM编码输数据和抽样时钟信号（同步沿、脉冲宽度）及输出时钟的对应关系；2.3 PCM译码器输出模拟信号观测，定性观测解码信号与输入信号的关系：质量，电平，延时。2.4 PCM频率响应测量：调整测试信号频率，定性观察解码恢复出的模拟信号电平，观测输出信号电平相对变化随输入信号频率变化的相对关系；2.5 PCM动态范围测量：将测试信号频率固定在1000Hz，改变测试信号电平，定性观测解码恢复出的模拟信号的质量。三、 实验数据处理与分析1. PAM编译码器系统（1） 观察得到的抽样脉冲序列和正弦波输入信号如下所示：上图中上方波形为输入的正弦波信号，下方为得到的抽样脉冲序列，可见抽样序列和正弦波信号基本同步。（2） 观测得到的重建信号和正弦波输入信号如下所示：如上图所示，得到的重建信号也为正弦波，波形并没有失真。（3） 平顶抽样的脉冲序列如下所示：上图中上方的波形为输入的正弦波信号，下方为PAM平顶抽样序列。（4） 平顶抽样的重建信号波形：可见正弦波经过平顶抽样，最终重建的信号仍为正弦波。（5） 观察产生混叠时的重建信号的输出波形在实验时将输入的正弦波频率调至7.5KHz，通过示波器观察得到的输入正弦波波形和输出的重建信号如下所示：由于实验时采用的抽样频率为8KHz，所以当输入的信号频率为7.5KHz时已经不满足抽样定理的要求了，所以会产生混叠误差，导致了输出的重建波形如上图所示，不再是正弦波了。（6） 在采用抗混滤波器时的输出波形的性能，通过改变输入频率得到结果如下表所示：输入频率/Hz3005001000150020002500300035003700输出性能/V0.720.730.7040.700.6320.4880.3400.2300.216从测量结果可以得出如下规律：随着输入正弦波信号的频率逐渐升高，输出重建波形的幅值逐渐降低。这是由于在实验电路中加入了抗混滤波器，该滤波器随着频率的升高会使处理的信号的衰减逐渐变大，所以如试验结果所示，随着输入信号频率的升高，输出信号的幅值在逐渐变小。（7） 在不采用抗混滤波器时输入与输出波形之间的关系，得到的结果如下表所示：输入频率/Hz1000250030005500650075008500900011000输出频率/Hz1000250030002500150050049710003012由于实验时采用的抽样频率为8000Hz，所以当输入信号的频率小于4000Hz时满足抽样定理，输出信号的频率与输入信号相同，所以上表结果中输入频率为1000,2500,3000Hz时输出频率与输入频率相同；当输入频率大于4000Hz时就会产生混叠误差，当根据抽样的性质可以知道，当输入频率小于8000Hz时，输出的频率会因为混叠误差变为“8000-输入频率”，而当输入频率大于8000时，输出信号的频率会变为“输出频率-8000”，所以会得到上表中的结果。2. PCM编译码器系统（1） 输出时钟和帧同步时隙信号的观测结果如下：上图中上方波形为抽样时钟信号的波形，下方为输出时钟信号的波形。从波形中可以看出，PCM编码的抽样时钟信号和输出时钟信号的同步沿为上升沿，并且在抽样时钟信号为高电平时有八个输出时钟周期。（2） PCM编码输出数据与抽样时钟信号的关系，得到结果如下：上面五张图展示了测量结果中连续的十个PCM编码输出信号，对比可知最后一张图和第一张图中两个波形是相同的，这说明输出信号以八个抽样时钟脉冲为一个周期。另外从图中可以看出当抽样时钟信号为高电平时，对应了一个输出数据部分，并且从图中可以看出两者的同步沿为上升沿，在抽样时钟信号为高电平时有八个输出脉冲周期（每个周期内为高电平或者低电平）。（3） PCM译码器输出模拟信号观测，波形如下所示：上方为输入信号波形，下方为PCM译码器输出的模拟信号波形，通过示波器测量可知输出的信号电平幅值略小于输入信号的幅值，并且相对于输入信号，输出信号具有一定的延时。（4） PCM频率响应的测量输入信号为1KHz时，输出波形的电平幅值为1.96V，波形如下所示：输入信号为3000Hz时，输出的信号的电频幅值为1.92V，波形如下：输入信号为4200Hz时输出的信号电平幅值变为0.36V，波形如下：在实验时，连续地调节输入信号的频率，发现在逐渐调高输入信号频率的过程中，输出信号的电平幅值逐渐减小，但是最初减小幅度较小，当输入信号频率调节到大约3.5Khz时输出信号频率发生突变，减小较快，再增大输入信号频率时，输出信号幅值几乎变为0.（5） PCM动态范围测量固定输入信号频率为1000Hz，调节输入信号的电平，得到的几个结果如下图所示：输入电压幅值为2.08V时，输入电压和输出电压波形：输入电压幅值为3.08V时，输入电压和输出电压波形：输入电压幅值为3.76V时，输入电压和输出电压波形：输入电压幅值为9.50V时，输入电压和输出电压波形：从上面的结果可以看出，在随着输入电压幅值增大时，输出电压逐渐出现了畸变，通过实验发现大约在输入电压幅值为3V之后，输出电压会出现畸变。四、 实验总结和收获1. 通过本次实验，对于PAM编码和译码有了深刻的了解，另外还通过实验验证了采样定理，对于采样定理有了深刻的了解；2. 同样在PCM编码和译码实验中，观察了PCM抽样信号和输出信号的波形，并明白了他们之间的关系；3. 了解了PCM的频率响应和PCM的动态范围。