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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
music/A-out音频接口1信号源FS编码帧同步编码时钟PCM编码（一路/二路）PCM编码输出CLK1# 语音终端扬声器音频输入译码时钟译码帧同步音频接口2PCM译码（一路/二路）PCM译码输入 图2-1 1号模块W681512芯片的PCM编译码实验
A/D转换PCM编码G.711变换music/A-outLPF-INLPFLPF-OUT编码输入编码输出PCM量化输出信号源抗混叠滤波器FS帧同步时钟CLKPCM编码3# 信源编译码模块时钟PCM译码G.711反变换D/A转换IIR滤波器PCM译码译码输入1# 语音终端模块&用户接口模块帧同步音频输入译码输出
图2-2 3号模块的PCM编译码实验
3# 信源编译码模块LPF-INmusic/A-outLPFLPF-OUT编码输入抗混叠滤波器信号源FSCLKT1编码帧同步PCM编码（A律编码）编码输出A/μ-In编码时钟1# 语音终端模块编码时钟译码时钟编码帧同步A/μ律编码转换A/μ-OutW681512芯片PCM译码（μ律译码）PCM译码输入译码帧同步主时钟音频接口2音频输入
图2-3 A/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 信号源：A-OUT 信号源：CLK 目的端口 模块1：TH5(音频接口) 模块1：TH11(编码时钟) 号 连线说明 提供音频信号 提供编码时钟信
信号源：CLK 信号源：FS 步) 信号源：FS 步) 模块1：TH8(PCM编码输出) 模块1：TH18(译码时钟) 号 模块1：TH9(编码帧同模块1：TH10(译码帧同模块1：TH7(PCM译码输入) 提供译码时钟信提供编码帧同步信号 提供译码帧同步信号 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
主控信号源
块】→【第一路PCM编译码方式】→【A律PCM编译码】。调节W1&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。有兴趣的同学可以自行将PCM编译码方式设置为μ律，再进行实验观测。
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？
认真分析W681512主时钟与8KHz帧收、发同步时钟的相位关系。 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 信号源：A-OUT 模块3：TH6(LPF-OUT) 信号源：CLK 信号源：FS 步) 模块3：TH14(编码-编码输出) 信号源：CLK 信号源：FS 目的端口 模块3：TH5(LPF-IN) 模块3：TH13(编码-编码输入) 模块3：TH9(编码-时钟) 号 模块3：TH10(编码-帧同提供编码帧同步信号 连线说明 信号送入前置滤波器 提供音频信号 提供编码时钟信模块3：TH19(译码-输入) 接入译码输入信号 模块3：TH15(译码-时钟) 号 模块3：TH16(译码-帧同提供译码帧同步信号 提供译码时钟信
步) 2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【PCM编码】→【3号模主控信号源
块】→【A律编码观测实验】。调节W1&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。 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 A律波形 μ律波形 （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？
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。
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？ 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 信号源：A-out 目的端口 模块3：TH5(LPF-IN) 连线说明 信号送入前置滤波器
模块3TH6(LPF-OUT) 信号源：CLK 信号源：FS ：模块3：TH13(编码-编码输入) 模块3：编码-时钟 模块3：编码-帧同步 模块3：A/μ律--in 模块1：PCM译码输入 模块1：译码时钟 模块1：译码帧同步 模块1：编码时钟 模块1：编码帧同步 送入PCM编码 提供编码时钟信号 提供编码帧同步信号 接入编码输出信号 将转换后的信号送入译码单元 提供译码时钟信号 提供译码帧同步信号 提供W681512芯片PCM编译码功能所需的其他工作时钟 模块3：编码输出 模块3：A/μ--out 信号源：CLK 信号源：FS 信号源：CLK 信号源：FS 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。
五、实验报告
1、分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。
2、根据实验测试记录，画出各测量点的波形图，并分析实验现象。