一、实验目的
2、理解脉冲幅度调制的原理和特点。
3、了解脉冲幅度调制波形的频谱特性。
4、了解脉冲幅度调制与解调电路的实现。
二、实验内容
fp62901、观察音频信号、抽样脉冲及PAM调制信号的波形，并注意它们之间的相互关系。
2、改变抽样时钟的占空比，观察PAM调制信号及其解调信号波形的变化情况。
3、观察脉冲幅度调制波形的频谱。
三、实验仪器
1、信号源模块
2、PAM&AM模块
3、终端模块（可选）
4、频谱分析模块（可选）
5、20M双踪示波器 一台
6、频率计（可选） 一台
7、音频信号发生器（可选） 一台
8、立体声单放机（可选） 一台
9、立体声耳机（可选） 一副
10、连接线 若干
四、实验原理
（A）抽样定理
1、低通抽样定理
抽样定理表明：一个频带限制在（0， ）内的时间连续信号，如果以T≤ 秒的间隔对它进行等间隔抽样，则将被所得到的抽样值完全确定。
假定将信号和周期为T的冲激函数相乘，如图5-1所示。乘积便是均匀间隔为T秒的冲激序列，这些冲激序列的强度等于相应瞬时上的值，它表示对函数的抽样。若用表示此抽样函数，则有：
图5-1 抽样与恢复
假设、和的频谱分别为、和。按照频率卷积定理， 的傅立叶变换是和的卷积：
因为
所以
由卷积关系，上式可写成
该式表明，已抽样信号的频谱是无穷多个间隔为ωs的相迭加而成。这就意味着中包含的全部信息。
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需要注意，若抽样间隔T变得大于 ，则和的卷积在相邻的周期内存在重叠（亦称混叠），因此不能由恢复。可见， 是抽样的最大间隔，它被称为奈奎斯特间隔。图5-2画出当抽样频率≥2B时（不混叠）及当抽样频率＜2B时（混叠）两种情况下冲激抽样信号的频谱。
(a) 连续信号的频谱
（b） 高抽样频率时的抽样信号及频谱（不混叠）
（c） 低抽样频率时的抽样信号及频谱（混叠）
图5-2 采用不同抽样频率时抽样信号的频谱
2、带通抽样定理
实际中遇到的许多信号是带通信号。例如超载波电话信号，其频率在312KHz至552KHz之间。若带通信号的上截止为频率,下截止频率为,此时并不一定需要抽样频率高于两倍上截止频率。带通抽样定理说明，此时抽样频率应满足：
其中，，，N为不超过的最大正整数。由此可知，必有。由上式画出曲线。由图可知，带通信号的抽样频率在2B至4B间变动。
（B鼻渊散）脉冲振幅调制与解调
1、脉冲振幅调制实验
所谓脉冲振幅调制，即是脉冲载波的幅度随基带信号变化的一种调制方式。如果脉冲载波是由冲激脉冲组成的，则上述所介绍的抽样定理，就是脉冲幅度调制的原理。
图洗衣机水嘴5-3 脉冲幅度调制原理框图
但是，实际上理想的冲激脉冲串物理实现困难，通常采用窄脉冲串来代替。本实验采用图5-3所示的原理方框图。具体的电路原理图如图5-4所示。
图5-4 脉冲幅度调制电路原理图
图中，从PAM音频输入端口输入2KHz左右的正弦波信号，通过隔直电容去掉模拟信号中的直流分量，然后通过电压跟随器电路（U01）提高其带负载的能力，然后信号被送入模拟开关（U02）。由于实际上理想的冲激脉冲串物理实现困难，这里采用方波脉冲信号代替。具体实现方法是通过改变信号源“24位NRZ码型设置”及“BCD码分频值设置”，使得“NRZ”端输出不同占空比的近似8KHz的方波信号。该方波信号从PAM时钟输入端口输入，当方波为高电平时，模拟开关导通，正弦波通过并从调制端口输出；当方波为低电平时，模拟开关截止，输出零电平。
2、脉冲振幅解调
若要还原出原始的音频信号，则将该PAM信号通过截止频率略大于2KHz的二阶低通滤波器，滤除掉其中的高频成分即可。解调电路如图5-5所示。
图5-5 脉冲幅度调制信号解调电路原理图
五、实验步骤
1、将信号源模块、PAM&AM模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。
2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下两个模块中的开关POWER1、POWER2，对应的发光二极管LED01、LED02发光，按一下信号源模块的复位键，两个模块均开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源
做实验，不要带电连线）
3、不同占空比8KHz方波脉冲分别对2KHz正弦信号抽样实验
将信号源模块产生的正弦波（峰-峰值在2V左右，从信号输出点“模拟输出”输出）送入PAM&AM模块的信号输入点“PAM音频输入”，将信号源模块产生的8KHz方波（从信号输出点“NRZ”输出）送入PAM&AM模块的信号输入点“PAM时钟输入”。选择不同拨码设置的NRZ码后，观察“调制输出”测试点PAM抽样信号的波形，并注意它与正弦信号及抽样脉冲三者之间的关系。
连接PAM&AM模块的信号输出点“调制输出”和信号输入点“解调输入”，观察“解调输出”测试点还原的正弦信号波形，与“PAM音频输入”点波形进行对比。
注：以下将正弦波选定为2020Hz和2000Hz两种频率，是为了能够清晰、稳定的双路观察正弦信号、抽样脉冲及PAM调制信号三者之间的关系。
（1）占空比为1/2的抽样脉冲信号PAM实验
正弦信号选择2020Hz，“24位NRZ码型设置”为10101010 10101010 10101010，“BCD码分频值设置”为00000001 00100100（124分频）。
（2）占空比为1/3的抽样脉冲信号PAM实验
正弦信号选择2000Hz，“24位NRZ码型设置”为10010010 01001001 00100100，“BCD码分频值设置”为00000000 10000100（84分频）。
（3）占空比为1/4的抽样脉冲信号PAM实验
正弦信号选择2020Hz，“24位NRZ码型设置”为10001000 10001000 10001000，“BCD码分频值设置”为00000000 01100010（62分频）。
（4）占空比为1/6的抽样脉冲信号PAM实验
正弦信号选择2000Hz，“24位NRZ码型设置”为10000010 00001000 00100000，“BCD码分频值设置”为0000000 01000010（42分频）。
（5）占空比为1/8的抽样脉冲信号PAM实验
正弦信号选择2020Hz，“24位NRZ码型设置”为10000000 10000000 10000000，“BCD码分频值设置”为00000000 00110001（31分频）。
4、将“PAM音频输入”和“调制输出”测试点输出的波形分别送入频谱分析模块，观察其频谱并比较之。（可选）
六、输入、输出点参考说明
1、输入点参考说明
PAM音频输入：基带正弦信号输入点。
PAM时钟输入：抽样时钟信号输入点。
解调输入： PAM信号解调输入点。
2、输出点参考说明
调制输出： PAM调制信号输出点。
解调输出： PAM解调信号输出点。
七、实验报告要求
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，在坐标纸上画出各测量点的波形图，并分析实验现象。
3、对实验思考题加以分析，按照要求做出回答，并尝试画出本实验的电路原理图。
八、实验思考题
1、简述抽样定理。
2、在抽样之后，调制波形中包不包含直流分量，为什么？
3、造成系统失真的原因有哪些？
4、为什么采用低通滤波器就可以完成PAM解调？
实验二 脉冲编码调制与解调实验
一、实验目的
1、掌握脉冲编码调制与解调的基本原理。
2、定量分析并掌握模拟信号按照13折线A律特性编成八位码的方法。
3、通过了解大规模集成电路TP3067的功能与使用方法，进一步掌握PCM通信系统的工作流程。
二、实验内容
1、观察脉冲编码调制与解调的整个变换过程，分析PCM调制信号与基带模拟信号之间的关系，掌握其基本原理。
2、定量分析不同幅度的基带模拟正弦信号按照13折线A律特性编成的八位码，并掌握该编码方法。
三、实验仪器
1、信号源模块
2、模拟信号数字化模块
3、20M双踪示波器 一台烫光机
4、连接线 若干
四、实验原理
1、PCM工作原理
所谓脉冲编码调制，就是将模拟信号抽样量化，然后使已量化值变换成代码。脉码系统原理框图如图6-1所示。
图6-1 PCM 系统原理框图
上图中，抽样是把时间连续的模拟信号转换成时间离散、幅度连续的抽样信号；量化是把时间离散、幅度连续的抽样信号转换成时间离散、幅度离散的数字信号；编码是将量化后的信号编码形成一个二进制码组输出。国际标准化的PCM码组（电话语音）是用八位码组代表一个抽样值。编码后的PCM码组，经数字信道传输，在接收端，用二进制码组重建模拟信号。解调过程中，一般采用抽样保持电路。同时，在对模拟信号抽样之前一般要进行预滤波，预滤波是为了把原始语音信号的频带限制在300Hz～3400Hz内，所以预滤波会引入一定的频带失真。
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在整个PCM通信系统中，重建信号的失真主要来源于量化以及信道传输误码。我们定义信号与量化噪声的功率比为信噪比S/N。国际电报电话咨询委员会（ITU-T）详细规定了信噪比的指标。
下面将详细介绍PCM编码的整个过程，由于抽样原理已在前面实验中详细讨论过，故在此只讲述量化及编码的原理。
（1）量化
模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化两种，我们先讨论均匀量化。把输入模拟信号的取值域按等距离分割的量化就称为均匀量化。均匀量化中，每个量化区间的量化电平均取在各区间的中点，如图6-2所示。
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