虚拟PCM实验的设计

王秀芳 高丙坤 梁冲冲

东北石油大学 黑龙江大庆 163318

脉冲编码调制(Pulse Code Modulation，PCM)是一种实现模数转换的信源编码方式，在信息传输数字化的当今时代获得了广泛的应用，因此PCM是通信原理课程中很重要的学习内容。PCM实验可以基于硬件实现，也可以基于仿真软件来实现。基于软件的实验方式包括Matlab，System和LabVIEW[1,2]等，在此介绍用LabVIEW实现虚拟PCM实验[3]的开发过程。

1 PCM原理

PCM原理方框图[4]如图1所示。由冲激脉冲对模拟信号进行抽样，通过量化器把模拟抽样信号变成离散的数字量，送入编码器进行二进制编码，最后得到PCM信号输出。

图1 脉冲编码调制系统的原理方框图

2 虚拟PCM实验的设计

根据PCM原理，整个PCM实验设计可以分为两部分：第一部分是抽样模块的设计，第二部分是量化编码模块的设计。

2.1 抽样模块的设计

抽样模块设计的程序框图如图2所示。该程序框图的输入是以仿真信号函数作为输入端，这个仿真信号函数可以产生正弦波、三角波、锯齿波以及方形波等模拟信号波形。产生的波形经过波形重抽样就可以实现函数模块抽样的功能，再将得到的抽样波形与原输入波形显示在同一个波形图中，以便比较和观察抽样前后的波形。

图2 抽样模块设计的程序框图

2.2 量化编码模块的设计

图3 量化编码模块的程序框图

在实际应用中，量化器和编码器常构成一个不能分离的编码电路，因此在本设计中，将量化和编码放在一起实现。量化编码模块的程序框图如图3所示。利用获取波形成分函数将前面经过抽样得到的模拟抽样值在while循环中与标准值m逐个比较，然后得到量化值，再经过条件循环结构对上一步循环产生的量化值进行编码。

例如当模拟抽样值为4.8时，4.8在while循环中分别与0，1，2，3，4，5比较。当与5比较以后，while循环终止，while循环一共循环了5次，循环计数端i输出5，5即是模拟抽样值4.8的量化值，再将得到的量化值经过条件结果编码，最后得到3位二进制码011。编码得到的结果以波形图的形式显示出来，以方便比较和观察。

2.3 PCM的实现

PCM的前面板如图4所示。整个PCM模块输入信号的频率和幅值可以利用前面板上的滑动杆来进行调节，抽样函数的抽样频率也可以利用滑动杆来进行调节。图4中显示了原始波形图、抽样后的波形图以及编码后的波形图。图4所示的图形中，原始信号的频率为4，幅值为7，因此得到的原始波形为周期为0.25、幅值为7的正弦波。抽样函数的抽样频率设置为16，因此在一个单位时间内得到16个抽样值。

图4 PCM实验的前面板

主要介绍了PCM实验的LabVIEW设计过程和实现结果，该实验具有直观、易调、方便等特点，学生可以随时进行实验，节省实验材料，实验结果以图形显示，易于观察。实验过程中的抽样、量化、编码图形可以对比观测，使学生更好地掌握理论知识。

[1]刘宏波,肖文兵,王永斌.LabVIEW在通信原理课程中的应用[J].实验科学与技术,2009,7(1):15-17.

[2]石川.基于LabVIEW的数据采集与信号处理系统的设计[J].机械设计与制造,2009(5):21-23.

[3]樊昌信,曹丽娜.通信原理[M].北京:国防工业出版社,2006.

[4]王秀芳.通信原理网络虚拟实验室的开发[J].实验室科学,2010,13(5):133-134.