—、實驗目的
1.加深對PCM編碼過程的理解
2.熟悉PCM編、譯碼專用集成芯片的功能和使用方法
3.了解PCM系統的工作過程
4. 了解幀同步信號的時序狀態關系
5. 掌握時分多路復用的工作過程
6.用同步正弦波信號觀察A律PCM八比特編碼的實驗
二、實驗電路工作原理
（一） PCM基本工作原理
脈沖調制就是把一個時間連續、取值連續的模擬信號變換成時間離散、取值離散的數字信號后在信道中傳輸。脈沖編碼調制就是對模擬信號先抽樣，量化、編碼的過程。
所謂抽樣，就是在抽樣脈沖來到的時刻提取對模擬信號在該時刻的瞬時值，抽樣把時間上連續的信號變成時間上離散的信號。抽樣速率的下限是由抽樣定理確定的。在該實驗中，抽樣速率采用8Kbit/s。
所謂量化，就是把經過抽樣得到的瞬時值將其幅度離散，即用一組規定的電平，把瞬時抽樣值用最接近的電平值來表示。
一個模擬信號經過抽樣量化后，得到已量化的脈沖幅度調制信號，它僅為有限個數值。
所謂編碼，就是用一組二進制碼組來表示每一個有固定電平的量化值。然而，實際上量化是在編碼過程中同時完成的，故編碼過程也稱為模/數變換，可記作A/D。
PCM的原理如圖4-1所示。話音信號先經防混疊低通濾波器，進行脈沖抽樣，變成8KHz重復頻率的抽樣信號（即離散的脈沖調幅PAM信號），然后將幅度連續的PAM信號用“四舍五入”辦法量化為有限個幅度取值的信號，再經編碼后轉換成二進制碼。對于電話，CCITT規定抽樣率為8KHz，每抽樣值編8位碼，即共有28=256個量化值，因而每話路PCM編碼后的標準數碼率是64kb/s。為解決均勻量化時小信號量化誤差大、音質差的問題，在實際中采用不均勻選取量化間隔的非線性量化方法，即量化特性在小信號時分層密、量化間隔小，而在大信號時分層疏、量化間隔大。
在實際中廣泛使用的是兩種對數形式的壓縮特性：A律和律。
A律PCM用于歐洲和我國，律用于北美和日本。它們的編碼規律如圖4-3所示。圖中給出了信號抽樣編碼字與輸入電壓的關系，其中編碼方式（1）為符號/幅度數據格式，Bit7表示符號位，Bit6～0表示幅度大小；（2）為A律壓縮數據 格式，它是（1）的ADI（偶位反相）碼；（3）為律壓縮數據格式，它是由（1）的Bit6～0反相而得到，通常為避免00000000碼出現，將其變成零抑制碼00000010。對壓縮器而言，其輸入輸出歸一化特性表
(二) PCM編譯碼電路
PCM編譯碼電路TP3067芯片介紹，詳見所附光盤TP3067芯片文件。
1.編譯碼器的簡單介紹
模擬信號經過編譯碼器時，在編碼電路中，它要經過取樣、量化、編碼，如圖4-4(a)所示。到底在什么時候被取樣，在什么時候輸出PCM碼則由A/D控制來決定，同樣PCM碼被接收到譯碼電路后經過譯碼、低通濾波、放大，最后輸出模擬信號，把這兩部分集成在一個芯片上就是一個單路編譯碼器，它只能為一個用戶服務，即在同一時刻只能為一個用戶進行A/D及D/A變換。 編碼器把模擬信號變換成數字信號的規律一般有二種，一種是μ律十五折線變換法，它一般用在PCM24路系統中，另一種是A律十三折線非線性交換法，它一般應用于PCM 30/32路系統中，這是一種比較常用的變換法.模擬信號經取樣后就進行A律十三折線變換，最后變成8位PCM碼，在單路編譯碼器中，經變換后的PCM碼是在一個時隙中被發送出去，這個時序號是由A/D控制電路來決定的，而在其它時隙時編碼器是沒有輸出的，即對一個單路編譯碼器來說，它在一個PCM幀里只有一個由它自己的A/D控制電路決定的時隙里輸出8位PCM碼，同樣在一個PCM 幀里，它的譯碼電路也只能在一個由它自己的D/A控制電路決定的時序里，從外部接收8位PCM 碼。其實單路編譯碼器的發送時序和接收時序還是可由外部電路來控制的，編譯碼器的發送時序由A/D控制電路來控制。我們定義為FSx(發送時隙)和FSr(接收時隙)，要求FSx和FSr是周期性的，并且它的周期和PCM的周期要相同，都為125μS，這樣，每來一個FSx，其編碼器（Codec）就輸出一個PCM碼，每來一個FSr，其編碼器Codec就從外部輸入一個PCM碼。
圖4-4(b)是PCM的譯碼電路方框圖，工作過程同圖4-4(a)相反，因此就不再討論了。
圖4-4 A/D及D/A 電路框圖
2.在本實驗中選擇A律變換，以2.048Mbit/s的速率來傳送信息，信息幀為無信令幀，它的發送時序與接收時序直接受FSX和FSR 控制。還有一點，編譯碼器一般都有一個PDN降功耗控制端，PDN=0時，編譯碼能正常工作，PDN=1時，編譯碼器處于低功耗狀態，這時編譯碼器其它功能都不起作用，我們在設計時，可以實現對編譯碼器的降功耗控制。
圖4-5是短幀同步定時波形圖。
圖4-5 短幀同步定時
三、 實驗內容
1．用同步正弦波信號觀察A律PCM八比特編碼的實驗
2．脈沖編碼調制（PCM）及系統實驗
3．PCM八比特編碼時分復用輸出波形觀察測量實驗
4．PCM編碼時分多路復用時序分析實驗
四、 實驗步驟及注意事項
本PCM編譯碼系統分為PCM（一）、PCM（二）兩個分系統（見圖4-9、圖4-10電原理圖）。芯片U501及外圍電路構成PCM（一），芯片U502及外圍電路構成PCM（二）。每個TP3067芯片U501含有一路PCM編碼器和一路PCM譯碼器。本PCM編譯碼系統信號流程框圖(如圖4-6)， PCM（一）上、PCM（二）下 電原理圖（如圖4-9 ）。
編碼部分：將PCM（一）編碼數據在X時隙（TP503）輸出，PCM（二）編碼數據在Y時隙（TP509）輸出，兩路信號可“線與”時分復用輸出（PCM編碼輸出為三態門輸出，其向同一條總線上輪流傳輸信號而互不干擾，條件為同一時間只能有一個三態門處于工作狀態，其余的門處于高阻狀態，即在不同的時間段占用總線）。
譯碼部分：PCM（一）譯碼部分在Y時隙（TP509）接收數據，PCM（二）譯碼部分在X時隙（TP503）接收數據。
其信號流程框圖如圖4-6。
圖4-6 PCM編譯碼系統信號流程框圖
（一）我們以PCM（一）數據編碼輸出，最終由PCM（二）譯碼輸出為例
1. 打開實驗箱右側電源開關，電源指示燈亮。
2. 薄膜鍵盤選擇PCM編譯碼，有三個選項。
01 T24，R8，C2M
02 T30，R16，C2M
03 T0，R1，C128KHz
選擇一項按確認鍵。其中：
T表示PCM（一）編碼時隙，PCM（二）譯碼時隙。24即第24個時隙脈沖
R表示PCM（二）編碼時隙，PCM（一）譯碼時隙。16即第16個時隙脈沖
C表示PCM（一）與PCM（二）的線路編譯碼時鐘，如：2M即2048KHz，一幀中可容納32路數據時分復用；那若線路編譯碼時鐘為128KHz，一幀中可容納幾路數據時分復用，通過實驗觀察驗證你的結果。
3. 用連接線將同步正弦波信號由TP002引出，接入PCM（一）的模擬信號輸入銅鉚孔TP501。
4. K501的1-2腳相連，即將PCM（一）編碼器的編碼信號（或者與PCM（二）時分復用的數據）送到“時分復用總線”上； K502的1-2腳相連，即PCM（一）和PCM（二）的譯碼器接收“時分復用總線”上的對應時隙上的數據。
5. 測量TP501～TP504、TP511～TP512各點波形，波形如圖4-8。示波器兩通道同時測量TP503、TP504兩點波形，此時能觀察到穩定的8比特PCM數字輸出信號。
6. 測量TP506、TP512兩路譯碼器還原輸出銅鉚孔，看哪個譯碼器能還原輸出正確的同步正弦波信號，參照上面的實驗原理介紹分析實驗結果。
7. 用連接線將譯碼輸出信號由TP512（或TP506）引出，接入到功放模塊TP006“喇叭輸入”接口。
8. 改變輸入的模擬信號，選擇不同的編譯碼時隙和線路時鐘，測量各點波形。
(二) 時分復用，解復用實驗
1. 打開實驗箱右側電源開關，電源指示燈亮。
2. 薄膜鍵盤選擇PCM編譯碼，有三個選項。
01 T24，R8，C2M
02 T30，R16，C2M
03 T0，R1，C128KHz
選擇一項按確認鍵。
3. 用連接線將不同的兩種模擬信號分別接入TP501和TP507 “模擬輸入”銅鉚孔。
4. K501的1-2腳相連，即將PCM（一）編碼器的編碼信號（或者與PCM（二）時分復用的數據）送到“時分復用總線”上； K502的1-2腳相連，即PCM（一）和PCM（二）的譯碼器接收“時分復用總線”上的對應時隙上的數據。
5. 用連接線連接TP504和TP510兩銅鉚孔，即將PCM（二）編碼輸出信號復用到“時分復用總線”上。時分多路復用波形分析示意圖(如圖4-7)
6. 測量TP501～TP512各點波形，分析各波形間的關系。
7. 用連接線將譯碼器輸出信號由TP506和TP512引出，分別接入到功放模塊TP006“輸入” 銅鉚孔接口或“電話模擬收”銅鉚孔接口。
此時兩路模擬信號分別經過PCM編碼，時分復用，解復后用各自譯碼輸出。
8. 改變輸入的模擬信號，選擇不同的編譯碼時隙和時鐘，測量各點波形。
注：上述步驟中，薄膜鍵盤選擇03項，可在普通示波器上觀測到穩定的PCM編碼波形。
跳線開關放置：
K501：1—2：PCM（一）編碼器的編碼信號）送到“時分復用總線”上；
2—3：PCM（一）編碼數據（或者與PCM（二）時分復用的數據）輸出，發往AMI/HDB3碼編譯碼系統編碼輸入端。
K502：1—2：PCM（一）和PCM（二）譯碼器接收“時分復用總線”的數據；
2—3：PCM（一）和PCM（二）譯碼器接收AMI/HDB3碼編譯碼系統譯碼數據。
五、測量點說明
TP501：同TP507。該點為輸入的音頻信號，用連接線連接模擬信號源與TP501，若幅度過大，則被限幅電路限幅成方波，因此信號波形幅度盡量小一些。方法是：改變相應信號源的幅度大小。
TP502：同TP508。PCM（一）、PCM（二）編譯時鐘信號，由薄膜鍵盤選擇決定。
TP503：同TP509。頻率為8KHz的幀同步信號（矩形窄脈沖），但兩個測量點時序不一樣。時序關系由薄膜鍵盤選擇決定。
TP504：同TP510。PCM編碼輸出的數字信號。此時為PCM（一）一路編碼輸出信號；若將銅鉚孔TP504和TP510用連接線連接，即將PCM（二）編碼輸出信號與PCM（一）編碼輸出信號復用到“時分復用總線”上，示意圖可見圖4-7。
其中，一路數字編碼輸出波形為8比特編碼(一般為7個半碼元波形,最后半個碼元波形被集成電路內部移位寄存器在裝載下一路數據前復位時丟失掉)，數據的速率由編譯時鐘決定，其中第一位為語音信號編碼后的符號位，后七位為語音信號編碼后的電平值。
TP511：同TP505。PCM譯碼系統接收輸入的數字信號，波形同TP504、TP510。
TP512：同TP506。分別為PCM（一）、PCM（二）譯碼輸出的模擬信號，波形應分別與TP501、TP507同。
六、 實驗報告要求
1. 畫出實驗電路的實驗方框圖，并敘述其工作過程。
2. 畫出實驗過程中各測量點的波型圖，注意對應相位、時序關系。
3. 觀察同步正弦波的編碼波形，讀出編碼數據（至少12個字節數據，注意觀測方法）。
4. 寫出本次實驗的心得體會，以及對本次實驗有何改進意見。
