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通信原理綜合實驗箱抽樣定理及其應用實驗

  一、實驗目的
1.通過對模擬信號抽樣的實驗,加深對抽樣定理的理解;
2.通過PAM調制實驗,使學生能加深理解脈沖幅度調制的特點;
3.學習PAM調制硬件實現電路,掌握調整測試方法国民彩票手机app。

二、實驗儀器
1.PAM脈沖調幅模塊,位號:H
2.時鐘與基帶數據發生模塊,位號:G
3.20M雙蹤示波器1臺
4.頻率計1臺
5.小平口螺絲刀1只
6.信號連接線3根

三、實驗原理
抽樣定理告訴我們:如果對某一帶寬有限的時間連續信號(模擬信號)進行抽樣,且抽樣速率達到一定數值時,那么根據這些抽樣值就能準確地還原原信號。這就是說,若要傳輸模擬信號,不一定要傳輸模擬信號本身,可以只傳輸按抽樣定理得到的抽樣值。
通常,按照基帶信號改變脈沖參量(幅度、寬度和位置)的不同国民彩票手机app,把脈沖調制分為脈幅調制(PAM)国民彩票手机app、脈寬調制(PDM)和脈位調制(PPM)。雖然這三種信號在時間上都是離散的,但受調參量是連續的,因此也都屬于模擬調制。關于PDM和PPM国民彩票手机app,國外在上世紀70年代研究結果表明其實用性不強国民彩票手机app,而國內根本就沒研究和使用過,所以這里我們就不做介紹国民彩票手机app。本實驗平臺僅介紹脈沖幅度調制国民彩票手机app,因為它是脈沖編碼調制的基礎国民彩票手机app。
抽樣定理實驗電路框圖,如圖1-1所示。

抽樣的實驗過程結構示意圖

圖1-1 抽樣的實驗過程結構示意圖

本實驗中需要用到以下5個功能模塊。
1.非同步函數信號或同步正弦波發生器模塊:它提供各種有限帶寬的時間連續的模擬信號国民彩票手机app,并經過連線送到“PAM脈沖調幅模塊”,作為脈沖幅度調制器的調制信號国民彩票手机app。P03/P04測試點可用于調制信號的連接和測量;另外,如果實驗室配備了電話單機国民彩票手机app,也可以使用用戶電話模塊,這樣驗證實驗效果更直接、更形象国民彩票手机app,P05/P07測試點可用于語音信號的連接和測量。
2.抽樣脈沖形成電路模塊:它提供有限高度,不同寬度和頻率的的抽樣脈沖序列,并經過連線送到“PAM脈沖調幅模塊”, 作為脈沖幅度調制器的抽樣脈沖。P09測試點可用于抽樣脈沖的連接和測量。該模塊提供的抽樣脈沖有同步和非同步兩種国民彩票手机app,同步的抽樣脈沖是頻率為8KHz国民彩票手机app,占空比為50%或近似50%的矩形脈沖;非同步的抽樣脈沖由555定時器產生国民彩票手机app,其頻率通過W05連續可調。
3.PAM脈沖調幅模塊:它采用模擬開關CD4066實現脈沖幅度調制。抽樣脈沖序列為高電平時,模擬開關導通,有調制信號輸出;抽樣脈沖序列為低電平国民彩票手机app,模擬開關斷開国民彩票手机app,無信號輸出。因此,本模塊實現的是自然抽樣。在32TP01測試點可以測量到已調信號波形。
調制信號和抽樣脈沖都需要外接連線輸入。已調信號經過PAM模擬信道(模擬實際信道的惰性)的傳輸国民彩票手机app,從32P03鉚孔輸出,它可能會產生波形失真国民彩票手机app。 PAM模擬信道電路示意圖如圖1-2所示,32W01(R1)電位器可改變模擬信道的傳輸特性,當R1C1=R2C2時国民彩票手机app,PAM已調信號理論上無失真国民彩票手机app。
4.接收濾波器與功放模塊:接收濾波器是數字低通濾波器,它的作用是恢復原調制信號。數字低通濾波器的截止頻率受工作時鐘控制,它由4SW02的置位確定。鉚孔P14是接收濾波器與功放的輸入端,實驗時需用外接導線將32P03與P14連接。
5.時鐘與基帶數據發生模塊:它提供系統工作時鐘和接收數字低通濾波器工作時鐘。接收數字低通濾波器截止頻率的設置由該模塊中微型連排撥動開關4SW02置位確定。
     PAM信道仿真電路示意圖            
圖1-2 PAM信道仿真電路示意圖

最后強調說明:實際應用的抽樣脈沖和信號恢復與理想情況有一定區別国民彩票手机app国民彩票手机app。理想抽樣的抽樣脈沖應該是沖擊脈沖序列,在實際應用中国民彩票手机app,這是不可能實現的国民彩票手机app。因此一般是用高度有限、寬度較窄的窄脈沖代替国民彩票手机app,本實驗中提供的抽樣脈沖,是頻率為8KHz,占空比為50%或近似50%的矩形脈沖或由555定時器產生的頻率連續可調的脈沖。另外,實際應用中使信號恢復的濾波器不可能是理想的。當濾波器特性不是理想低通時,抽樣頻率不能就等于被抽樣信號頻率的2倍国民彩票手机app,否則會使信號失真?紤]到實際濾波器的特性国民彩票手机app,抽樣頻率要求選得較高国民彩票手机app。
由于PAM通信系統的抗干擾能力差,目前很少實用国民彩票手机app。它已被性能良好的脈沖編碼調制(PCM)所取代。
  
四国民彩票手机app、可調元件及測量點的作用
32P01:模擬信號輸入連接鉚孔。
32P02:抽樣脈沖信號輸入連接鉚孔。
32TP01:輸出的抽樣后信號測試點。
32P03:經仿真信道傳輸后信號的輸出連接鉚孔国民彩票手机app。
32W01:仿真信道的特性調節電位器。

五、實驗內容及步驟
1.插入有關實驗模塊:
在關閉系統電源的條件下,將“時鐘與基帶數據發生模塊”、“PAM脈沖幅度調制模塊”,插到底板“G国民彩票手机app、H”號的位置插座上(具體位置可見底板右下角的“實驗模塊位置分布表”)国民彩票手机app。注意模塊插頭與底板插座的防呆口一致国民彩票手机app,模塊位號與底板位號的一致。
2.信號線連接:
用專用鉚孔導線將P04、32P01;P05、32P02;32P03、P14連接(注意連接鉚孔的箭頭指向,將輸出鉚孔連接輸入鉚孔)国民彩票手机app。
3.加電:
打開系統電源開關,底板的電源指示燈正常顯示。若電源指示燈顯示不正常,請立即關閉電源,查找異常原因。
4.輸入模擬信號觀察:
模擬信號發生器產生的模擬信號送入抽樣模塊的32P01點,用示波器在32P01處觀察,調節同步正弦波電位器W04国民彩票手机app,使該點正弦信號幅度約2V(峰一峰值)。
5.取樣脈沖觀察:
示波器接在32P02上,連接P05国民彩票手机app,示波器顯示8K同步的抽樣脈沖;連接P24,示波器顯示非同步的抽樣脈沖国民彩票手机app,其頻率通過W05連續可調。
6.取樣信號觀察:
示波器接在32TP01上,可觀察PAM取樣信號,示波器接在32P03上,調節“PAM脈沖幅度調制”上的32W01可改變PAM信號傳輸信道的特性国民彩票手机app国民彩票手机app,PAM取樣信號波形會發生改變。
7.取樣恢復信號觀察:
PAM解調用的低通濾波器電路(接收端濾波放大模塊,信號從P14輸入)共設有二組參數国民彩票手机app,其截止頻率分別為3KHZ、6KHZ。根據被抽樣的信號頻率,由于模擬信號接的是2KHZ的同步正弦波国民彩票手机app,所以選擇濾波器截止頻率為3KHZ。
根據下面建議自己設計實驗步驟,進行取樣恢復信號觀察實驗。
(1) 在一定頻率的模擬信號(一般2KHZ)下,設置低通濾波器3KHZ截止頻率。調節不同的抽樣時鐘国民彩票手机app,用示波器觀測各點波形国民彩票手机app,驗證抽樣定理,并做詳細記錄国民彩票手机app、繪圖。注意,PAM傳輸模塊的32TP01、32P03測試點波形調節近似国民彩票手机app,即不失真為準。
(2) 在一定頻率的抽樣時鐘(一般8KHZ)fs下,調節模擬信號源的頻率f(一般小于4KHZ),即保持抽樣時鐘與模擬信號間的fs>2f頻率關系国民彩票手机app,設置低通濾波器3KHZ截止頻率。用示波器觀測各點波形,驗證PAM通信系統的性能,并做詳細記錄国民彩票手机app、繪圖。
8.關機拆線:
實驗結束,關閉電源,拆除信號連線,并按要求放置好實驗模塊国民彩票手机app。
注:非同步函數信號在抽樣時的波形在示波器上不容易形成穩定的波形,需耐心地調節;若要觀測穩定的波形可使用同步正弦波信號和同步抽樣脈沖。

六、實驗報告要求
1.寫出實驗目的和內容国民彩票手机app。
2.簡述抽樣定理及PAM實驗原理,并畫出實驗框圖。
3.寫出自行設計的實驗步驟,記錄實驗時各種測試條件,所測各點的波形、頻率国民彩票手机app、電壓等各項測試數據并驗證抽樣定理。
4.說明抽樣后信號經過PAM模擬信道傳輸及接收數字低通濾波器后,波形將會出現哪些失真。
5.寫出實驗體會。
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