PRÁCTICA No 14

TEMA: MODULACIÓN PCM

OBJETIVO:

Diseñar e implementar un circuito modulador PCM (Pulse Code Modulation).

MARCO TEORICO:

En el proceso de conversión de la forma analógica a la forma digital y viceversa aparecen tres etapas básicas: el muestreo, la cuantización y la codificación.

Muestreo: es el proceso de tomar medidas instantáneas de una señal análoga cambiante en el tiempo. La información muestreada permite reconstituir más o menos una representación de la forma de onda original. Sin embargo, si las muestras son relativamente escasas (o infrecuentes), la forma de onda original no se recuperará. El teorema de muestreo o Teorema de Nyquist establece que es posible capturar toda la información de la forma de onda si se utiliza una frecuencia de muestreo del doble de la frecuencia más elevada contenida en la forma de onda. Cuantización: es el siguiente proceso para la reducción de la señal analógica compleja; éste permite aproximar la muestra a uno de los niveles de una escala designada. Por ejemplo, tomando una escala cuyos valores máximos y mínimo son quince y cero, respectivamente, y el rango está dividido en 16 intervalos de cuantificación, las muestras tendrán que ser aproximadas a uno de estos intervalos. Codificación: Se relaciona cada nivel de cuantización con una secuencia binaria, mientras mayor número de niveles de cuantización se desee, mayor número de bits tendrá la palabra binaria.

PROCESO MODULACIÓN PCM

Análisis de resultados:

En esta práctica realizamos un modulador PCM, para ello implementamos varias etapas entre las cuales están: el circuito modulador por ancho de pulso, un circuito de cuantizacion y la etapa de codificación binaria.

El modulador PAM lo implementamos de la misma forma que en la práctica anterior, utilizando el mismo circuito. Para la etapa de cuantización utilizamos un conversor AD mediante el circuito integrado ADC0804 del cual de sus salidas se debe tomar solo los 4 bits más significativos y pasar a un registro de conversión paralelo serie, para poder visualizar la salida en el osciloscopio.

Las formas de onda obtenidas son las siguientes:

Onda generada con el XR2206

Onda modulada PAM

CONCLUSIONES:

Karen López:

Una palabra PCM (Modulación de Pulsos Codificados) se determina de una muestra de voltaje que debe estar normalizada, es decir, debe ser dividida para el voltaje nominal o máximo con el que se trabaja en una determinada aplicación, dicho voltaje debe pasar por una serie de pasos, el primero es el muestreo que se encarga, como su nombre lo dice, de tomar medidas instantáneas de la señal analizada. Éstas muestras deben permitir recuperar la señal por lo que es necesario un alto número de las mismas, se determinan mediante el teorema de Nyquist; el segundo paso es la cuantización de la muestra en el que se le asigna un determinado nivel de cuantización y por último se realiza la codificación de donde se obtiene la palabra PCM de 8 bits.

 Es importante saber que en cada uno de los pasos del proceso de modulación de pulsos codificados, la señal se va discretizando en tiempo y en amplitud según avanza en las diferentes etapas, así el manejo de ella es el adecuado al ingresar a cada uno de los circuitos. Para generar la señal se ha utilizado, igual que en prácticas anteriores el CI XR 2206, el cual debe ser manipulado en amplitud, frecuencia y sintonía para obtener las ondas sinusoidales y cuadradas que se buscan.

 Las señales generadas deben cumplir con una determinada frecuencia y con un voltaje que no supere los 5 Voltios, pues, caso contrario el CI ADC0804 que es el conversor análogo digital no va a funcionar debido a su voltaje de alimentación y no convertirá las muestras analógicas que recibe

en sus correspondientes digitales, que se mostrarían en el osciloscopio como una serie de pulsos.

Andrés Zurita:

La modulación PCM es la técnica de cuantización más utilizada en nuestro medio, sobre todo para la conversión análogo - digital de conversaciones telefónicas y su posterior transmisión con el uso de multiplexación TDM optimizando el ancho de banda.

El conversor ADC0804 hace las veces de un cuantizador que utiliza la ley A para asignar a cada valor analógico un símbolo digital de 8 bits. Este dispositivo, al ser un circuito integrado sincrónico, necesita una señal de reloj por dos de sus pines para su adecuado funcionamiento.

El hecho de modular con la técnica PCM introduce siempre un "error de cuantización" en la señal que se codifica y es de un porcentaje bajísimo con las reglas de codificación que utilizamos. Y además, en el uso cotidiano de transmitir llamadas de voz, este error es imperceptible al oído humano.

David Peláez:

En esta práctica implementamos un modulador PCM, este consta de varias etapas previas como lo son el muestreo, la modulación, la cuantización y la codificación. Por esto el modulador tiene varios circuitos que se implementan dependiendo de las etapas.

Para el diseño de este modulador necesitamos de la ayuda de varios circuitos integrados como lo son el XR2206 para generar la onda a modular, para la etapa de muestreo utilizamos un CI555 y un multiplexor analógico 4016. En el laboratorio se nos proporcionó el ADC 8004 que debíamos utilizar para la etapa de cuantización. Este circuito tiene la particularidad de que nos da los valores binarios correspondientes a la palabra PCM codificada en paralelo, por ello debimos utilizar también un circuito convertidor de paralelo a serial, de manera que podamos ver en el osciloscopio la palabra PCM codificada, la cual se representa por una onda cuadrada dependiente de los valores binarios que nos entregaba el cuantizador.

RECOMENDACIONES:

David Peláez:

Para la realización de la practica necesitamos de algunos circuitos integrados nuevos como el ADC0804, este convertidor tiene una forma específica de conectar para que pueda hacer la conversión de analógica a binaria por lo tanto se recomienda que se revisen las hojas de datos para conocer el correcto funcionamiento de estos circuitos y no perder tiempo en el laboratorio armando esta etapa.

El convertidor de paralelo a serial también es un circuito nuevo que se debía implementar por lo que también se necesita un estudio detallado de sus características para poder implementar de manera correcta el circuito.

Karen López:

Comprobar que el CI ADC0804 conversor analógico digital funcione adecuadamente, pues caso contrario, aunque la señal muestreada que llega a la entrada sea la correcta, no se conseguirá los valores digitales correspondientes.

Generar adecuadamente la señal de reloj a una frecuencia de muestreo que sea lo suficientemente alta para evitar el sobrelapamiento de los pulsos. Además nos debemos asegurar de poner un offset a la señal para que los dos ciclos sean positivos y el ADC0804 funcione correctamente.

Andrés Zurita:

Revisar el funcionamiento de cada etapa por separado, para que al unir cada uno de los bloques de los resultados esperados de modulación y cuantización digital.

Comprobar que el XR2206 nos de la frecuencia y amplitud deseadas, puesto que al alterar los valores y conectarlo en serie suele alterar sus valore significativamente por su alta sensibilidad.

BIBLIOGRAFÍA:

Apuntes clase Comunicación Digital, Ing. Pablo Hidalgo.