1、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
2、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1000H
3、z,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
4、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
5、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1000,2500,3000H
6、z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:
7、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
8、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.
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