虛擬PCM實驗的設計

王秀芳 高丙坤 梁沖沖

東北石油大學 黑龍江大慶 163318

脈沖編碼調(diào)制(Pulse Code Modulation，PCM)是一種實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的信源編碼方式，在信息傳輸數(shù)字化的當今時代獲得了廣泛的應用，因此PCM是通信原理課程中很重要的學習內(nèi)容。PCM實驗可以基于硬件實現(xiàn)，也可以基于仿真軟件來實現(xiàn)?；谲浖膶嶒灧绞桨∕atlab，System和LabVIEW[1,2]等，在此介紹用LabVIEW實現(xiàn)虛擬PCM實驗[3]的開發(fā)過程。

1 PCM原理

PCM原理方框圖[4]如圖1所示。由沖激脈沖對模擬信號進行抽樣，通過量化器把模擬抽樣信號變成離散的數(shù)字量，送入編碼器進行二進制編碼，最后得到PCM信號輸出。

圖1 脈沖編碼調(diào)制系統(tǒng)的原理方框圖

2 虛擬PCM實驗的設計

根據(jù)PCM原理，整個PCM實驗設計可以分為兩部分：第一部分是抽樣模塊的設計，第二部分是量化編碼模塊的設計。

2.1 抽樣模塊的設計

抽樣模塊設計的程序框圖如圖2所示。該程序框圖的輸入是以仿真信號函數(shù)作為輸入端，這個仿真信號函數(shù)可以產(chǎn)生正弦波、三角波、鋸齒波以及方形波等模擬信號波形。產(chǎn)生的波形經(jīng)過波形重抽樣就可以實現(xiàn)函數(shù)模塊抽樣的功能，再將得到的抽樣波形與原輸入波形顯示在同一個波形圖中，以便比較和觀察抽樣前后的波形。

圖2 抽樣模塊設計的程序框圖

2.2 量化編碼模塊的設計

圖3 量化編碼模塊的程序框圖

在實際應用中，量化器和編碼器常構(gòu)成一個不能分離的編碼電路，因此在本設計中，將量化和編碼放在一起實現(xiàn)。量化編碼模塊的程序框圖如圖3所示。利用獲取波形成分函數(shù)將前面經(jīng)過抽樣得到的模擬抽樣值在while循環(huán)中與標準值m逐個比較，然后得到量化值，再經(jīng)過條件循環(huán)結(jié)構(gòu)對上一步循環(huán)產(chǎn)生的量化值進行編碼。

例如當模擬抽樣值為4.8時，4.8在while循環(huán)中分別與0，1，2，3，4，5比較。當與5比較以后，while循環(huán)終止，while循環(huán)一共循環(huán)了5次，循環(huán)計數(shù)端i輸出5，5即是模擬抽樣值4.8的量化值，再將得到的量化值經(jīng)過條件結(jié)果編碼，最后得到3位二進制碼011。編碼得到的結(jié)果以波形圖的形式顯示出來，以方便比較和觀察。

2.3 PCM的實現(xiàn)

PCM的前面板如圖4所示。整個PCM模塊輸入信號的頻率和幅值可以利用前面板上的滑動桿來進行調(diào)節(jié)，抽樣函數(shù)的抽樣頻率也可以利用滑動桿來進行調(diào)節(jié)。圖4中顯示了原始波形圖、抽樣后的波形圖以及編碼后的波形圖。圖4所示的圖形中，原始信號的頻率為4，幅值為7，因此得到的原始波形為周期為0.25、幅值為7的正弦波。抽樣函數(shù)的抽樣頻率設置為16，因此在一個單位時間內(nèi)得到16個抽樣值。

圖4 PCM實驗的前面板

主要介紹了PCM實驗的LabVIEW設計過程和實現(xiàn)結(jié)果，該實驗具有直觀、易調(diào)、方便等特點，學生可以隨時進行實驗，節(jié)省實驗材料，實驗結(jié)果以圖形顯示，易于觀察。實驗過程中的抽樣、量化、編碼圖形可以對比觀測，使學生更好地掌握理論知識。

[1]劉宏波,肖文兵,王永斌.LabVIEW在通信原理課程中的應用[J].實驗科學與技術,2009,7(1):15-17.

[2]石川.基于LabVIEW的數(shù)據(jù)采集與信號處理系統(tǒng)的設計[J].機械設計與制造,2009(5):21-23.

[3]樊昌信,曹麗娜.通信原理[M].北京:國防工業(yè)出版社,2006.

[4]王秀芳.通信原理網(wǎng)絡虛擬實驗室的開發(fā)[J].實驗室科學,2010,13(5):133-134.