实验一 脉冲编码调制(PCM)系统实验
一、实验目的
1．观察PCM编、译码器各点信号波形，加深对PCM系统工作原理的理解。
2．了解PCM编、译码专用集成电路组成及工作原理。
3．了解PCM编、译码的时序关系。
二、实验所用仪器
1．+5V、+l2V、-l2V三路直流稳压电源
2．双踪示波器
3．通信原理实验箱
4．信号发生器
.三、实验原理
1．PCM系统工作原理
脉冲编码调制是把模拟信号数字化传输的基本方法之一，它通过抽样、量化和编码，把一个时间连续、取值连续的模拟信号变换成时间离散、取值离散的数字信号，然后在信道中进行传输。接收机将收到的数字信号经再生、译码、平滑后恢复出原始的模拟信号。PCM系统的组成如图1-1所示。
话音信号先经过防混叠低通滤波器，得到限带信号（300Hz～3400Hz），进行脉冲抽样，变成8KHz重复频率的抽样信号（即离散的脉冲调幅PAM信号），然后将幅度连续的PAM信号用“四舍五入”办法量化为有限个幅度取值的信号，再经编码，转换成二进制码。对于电话，CCITT（国际电话与电报顾问委员会 International Telephone and Telegraph Consultative Committee）规定抽样率为8KHz，每抽样值编8位码，即共有28=256个量化值，因而每话路PCM编码后的标准数码率是64kb/s。
2．单片PCM编译码器TP3067介绍
本实验系统选择了TP3067芯片作为PCM编译码器，它把编译码器（Codec）和滤波器(Filter)集成在一个芯片上，它的内部结构方框图见图1-2，外部引脚排列见图1-3，引脚说明见表1-1。
它的外部接口可分两部分:一部分是模拟接口电路，它与编译码器中的Filter发生联系，这一部分可控制模拟信号的放大倍数，另一部分是与处理系统和交换网络的数字接口，它与编译码器中的Codec发生联系，通过这些数字接口线来实现对编译码器的控制。
表1-1：引脚说明
引脚号
符 号
功 能
1
VPO+
接收功率放大器非倒相输出
2
GNDA
模拟地
3
VPO-
接收功率放大器倒相输出
4
VPI
接收功率放大器倒相输入
5
VFRO
接收滤波器的模拟输出
6
VCC
正电源引脚，Vcc=+5V±5℅
7
FSR
接收的帧同步脉冲，它启动BCLKR， 于是PCM数据移入Dr，FSR为8KHz脉冲序列。
8
Dr
接收帧数据输入，PCM数据随着FSR前沿移入Dr。
9
BCLKR\
CLKSEL
在FSR的前沿后把数据移入Dr的位时钟，其频率可从64KHz到2.048MHz。另一方面它也可能是一个逻辑输入，以此为在同步模式中的主时钟选择频率1.536MHz/1.544MHz或2.048MHz。BCLKR 用在发送和接收两个方向。
10
MCLKR/
PDN
接收主时钟。其频率可以为1.536MHz、1.544MHz或2.048MHz。它允许与MCLKx异步，但为了获得最佳性能应当与MCLKx同步，当MCLKR连续联在低电位时，MCLKx被选用为所有内部定时，当MCLKR连续工作在高电位时，器件就处于掉电模式。
11
MCLKx
发送主时钟，其频率可以是1.536MHz，1.544MHz或2.048MHz，它允许与MCLKR异步，同步工作能实现最佳性能。
12
BCLKx
把PCM数据从Dx上移出的位时钟，其频率可从64KHz变至2.048MHz，但必须与MCLKx同步。
13
Dx
由FSx启动的三态PCM数据输出
14
FSx
发送帧同步脉冲输入，它启动BCLKx，并使Dx上PCM数据移出。
15
TSx
开漏输出，在编码器时隙内为低电平脉冲。
16
ANLB
模拟环回路控制输入，在正常工作时必须置为逻辑“0”，当拉到逻辑“1”时，发送滤波器和发送前置放大器输出的连接线被断开，而改为和接收功率放大器的VPO+输出连接。
17
GSx
发送输入放大器的模拟输出。用来在外部调节增益。
18
VFxI-
发送输入放大器的倒相输入。
19
VFxI+
发送输入放大器的非倒相输入。
20
VBB
负电源引脚，VBB=-5V±5℅
3．实验系统工作原理
实验PCM系统的完整电路如图1-6所示。图中发送通道和接收通道的电路见图1-4和图1-5。
编译码器的工作是由时序电路控制的。在编码电路中，进行取样、量化、编码，译码电路经过译码低通、放大后输出模拟信号，把这两部分集成在一个芯片上就是一个单路编译码器，它只能为一个用户服务，即在同一时刻只能为一个用户进行A/D及D/A变换。如果同时有多路信号时分复用，则需要多个单路编译码器协同工作。
单路编译码器变换后的8位PCM码字是在一个时隙中被发送出去，这个时序号是由A/D控制电路来决定的，而在其它时隙时编码器是没有输出的。同样在一个PCM帧里，它的译码电路也只能在一个由它自己的时序里，从外部接收8位PCM码。单路编译码器的发送时序和接收时序可由外部电路来控制。只要向A/D控制电路或D/A控制电路发某种命令即可控制单路编译码器的发送时序和接收时序号，从而也可以达到总线交换的目的。
不同的单路编译码器对其发送时序和接收时序的控制方式都有所不同，有些编译码器有二种方式，一种是编程法，即给它内部的控制电路输进一个控制字，分配其时隙；另一种是直接控制，这时它有两个控制端，我们定义为FSx和FSR，它们是周期性的，并且它的周期和多路PCM的帧周期相同，为125μs，这样，每来一个FSx，编译码器就输出一个PCM码字，每来一个FSR，编译码器就从外部输入一个PCM码字。
编译码器的功能比较强，它既可以进行A律变换，也可以进行μ律变换，它的数据既可以固定速率传送，也可以可变速率传送，它既可以传输信令帧也可以选择它传送无信令帧，并且还可以控制它处于低功耗备用状态等，到底使用它的什么功能可由用户通过一些控制来选择。
在本实验中我们选择它进行A律变换，以2.048Mbit/s来传送信息，信息帧为无信令帧，它的发送时序与接收时序直接受FSx和FSR控制。还有一点，编译码器一般都有一个PDN降功耗控制端，PDN=l时，编译码能正常工作，PDN=0时，编译码器处于低功耗状态，这时编译码器其它功能都不起作用，我们在设计时，可以实现对编译码器的降功耗控制。
四、实验步骤与内容
1．对照说明书确认实验板上的元件和测试点的位置（元件位置见图1-7）。检查确认板上无错误接线及杂物。
2．正确设置开关位置：K1011-2、K5011—2。
3．打开电源开关，检查电源电压。按下按键开关：K2、K3、K100、K500。按下“复位”、“开始”与“PCM”功能键，显示代码“2”。
控制系统为PCM实验系统提供三组信号，即：
a.2048KHz主时钟信号；
b.8KHz收发分帧同步信号；
c.使能信号，低电平有效。
4. 在不加信号的情况下，参照图1-6实验电路，用双踪示波器观察TP501—TP508各点波形（包括脉冲形状、幅值、重复频率、相位关系）。
5．从信号发生单元TP106引入单音频信号至S501中，再测量TP501—TP508各点波形并记录下来，测量中注意下列测试点波形要用示波器双通道同时观测，并分析两信号之间幅度、频率和相位关系。
①TP504与TP505 ②TP501与TP508
五、实验报告要求
1．画出实验电路的实验方框图，并叙述其工作过程。
2．画出实验过程中各测量点的波形图，注意相位关系，注明信号频率、峰-峰值。
图1-7 脉冲编码调制（PCM）系统元器件位置结构图
六、注意事项
编译码器芯片是本实验中最易受损器件，稍有不慎就有烧坏的可能，所以在实验中要求特别细致，做到以下几点:
(1)在使用中要注意编译码器芯片说明中的要求。
(2)在实验中要细心，接线正确，避免因接线错误或探头抖动等导致测点短路；
(3)在关电源之前应该首先将所有外来的输入信号(如时钟，同步脉冲等)去除，即先关掉其他几部分的电源，最后关编译码器的电源，以免在关电后仍有信号输入。并将示波器去掉，以免关电后因示波器引起的静电对芯片产生影响。