实验二实验报告.docx

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实验二实验报告

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

2.1PCM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；

2.3PCM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。

2.4PCM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；

2.5PCM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/Hz

300

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

3700

输出性能/V

0.72

0.73

0.704

0.70

0.632

0.488

0.340

0.230

0.216

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/Hz

1000

2500

3000

5500

6500

7500

8500

9000

11000

输出频率/Hz

1000

2500

3000

2500

1500

500

497

1000

3012

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。

4.