实验一 信号源与脉冲调幅实验

《实验一 信号源与脉冲调幅实验》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验一 信号源与脉冲调幅实验（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、实验一 信号源与脉冲调幅实验一、实验目的1、掌握抽样定理的概念。2、理解脉冲幅度调制的原理和特点。3、了解频率连续变化的各种波形的产生方法。4、了解脉冲幅度调制与解调电路的实现。二、实验仪器1、信号源模块2、PAM/AM 模块3、万用表4、双踪示波器三、实验原理信号源模块可以大致分为模拟部分和数字部分，分别产生模拟信号和数字信号。1、模拟信号源部分模拟信号源部分可以输出频率和幅度任意改变的正弦波（频率变化范围100Hz10KHz） 、三角波（频率变化范围 100Hz1KHz） 、方波（频率变化范围100Hz10KHz） 、锯齿波（频率变化范围 100Hz1KHz）以及 32KHz、64KHz

2、的点频正弦波（幅度可以调节） ，各种波形的频率和幅度的调节方法请参考实验步骤。该部分电路原理框图如图 1 所示。图 1 模拟信号源部分原理框图在实验前，我们已经将各种波形在不同频段的数据写入了数据存储器 U04,并存放在固定的地址中。当单片机 U03 检测到波形选择开关和频率调节开关送入的信息后，一方面通过预置分频器调整 U01 中分频器的分频比(分频后的信号频率由数码管 SM01SM04 显示)；另一方面根据分频器输出的频率和所选波形的种类，通过地址选择器选中数据存储器 U04 中对应地址的区间，输出相应的数字信号。该数字信号经过 D/A 转换器 U05 和开关电容滤波器 U06 后得到所需

3、模拟信号。2、数字信号源部分数字信号源部分可以产生多种频率的点频方波、NRZ 码（可通过拨码开关SW01、SW02、SW03 改变码型）以及位同步信号和帧同步信号。绝大部分电路功能由 U01 来完成，通过拨码开关 SW04、SW05 可改变整个数字信号源位同步信号和帧同步信号的速率，该部分电路原理框图如图 2 所示。2 4 M H z 晶 振 3 分 频可 预 置分 频 器2 分 频 2 分 频 分 频 器 N R ZN R Z 码产 生 器分 频 器2 B S B S F S2 4 位 N R Z 码 型 设 置1 0 2 4 K 2 5 6 K 6 4 K 3 2 K 8 KB C D 码

4、 分 频 设 置P N 序 列产 生 器P N 1 5 P N 3 1 P N 5 1 1图 2 数字信号源部分原理框图晶振出来的方波信号经 3 分频后分别送入分频器和另外一个可预置分频器分频，前一分频器分频后可得到 1024KHz、256KHz、64KHz、32KHz、8KHz 的方波。可预置分频器的分频值可通过拨码开关 SW04、SW05 来改变，分频比范围是19999。分频后的信号即为整个系统的位同步信号（从信号输出点“BS”输出）。数字信号源部分还包括一个 NRZ 码产生电路，通过该电路可产生以 24 位为一帧的周期性 NRZ 码序列，该序列的码型可通过拨码开关 SW01、SW02、S

5、W03 来改变。在后继的码型变换、时分复用、CDMA 等实验中，NRZ 码将起到十分重要的作用。3、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()mt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。()mt假定将信号 和周期为 T 的冲激函数 相乘，如图 3 所示。乘积便是()t ()tT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，()t它表示对函数 的抽样。若用 表示此抽样函数，则有：()ts)(Tt图 3 抽样与恢复假设 、 和 的频谱分别为 、 和 。按照频率()mtTt()st()M()T()s12Hf()m

6、t()smtt()mt乘法器 低通滤波器Hf卷积定理， 的傅立叶变换是 和 的卷积：()mtT()M()T1()2s因为 ()TTsns2所以 1()()()s TsnMT由卷积关系，上式可写成()()s sn该式表明，已抽样信号 的频谱 是无穷多个间隔为 s 的 相迭mt)Ms ()M加而成。这就意味着 中包含 的全部信息。()Ms(需要注意，若抽样间隔 T 变得大于 ，则 和 的卷积在相邻的()()T周期内存在重叠（亦称混叠），因此不能由 恢复 。可见， 是s抽样的最大间隔，它被称为奈奎斯特间隔。图 4 画出当抽样频率 2B 时（不sf混叠）及当抽样频率 2B 时（混叠）两种情况下冲激抽样

7、信号的频谱。sf(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）00 m()Ft()ft10tSTmss()sF0 sT()sft0 sTt()sft mss ()sF1ST012Hf 12H（c） 低抽样频率时的抽样信号及频谱（混叠）图 4 采用不同抽样频率时抽样信号的频谱4、带通抽样定理实际中遇到的许多信号是带通信号。例如超群载波电话信号，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HfLf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：sf )1(2)1(2NMBffLHs 其中， ，

8、，N 为不超过 的最LHfBM/ ）（ LHff/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0的抽样频率在 2B 至 4B 间变动。5 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。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。本实验模块采用 32K 或 64K 或 1MHz 的窄矩形脉冲来代替理想的窄脉冲串，当然，也可以采用外接抽样脉冲对输入信号进行脉冲幅度调制，本实验采用图 5所示的原理方框图。具体的电路原理图如

9、图 6 所示。图 5 脉冲幅度调制原理框图音 频 输 入 隔 离 电 路 调 制 电 路抽 样 脉 冲 低 通 滤 波 器 音 频 输 出图 6 脉冲幅度调制电路原理图图中，被抽样的信号从 H01 输入，若此信号为音频信号（ 3003400Hz），则它经过 TL084 构成的电压跟随器隔离之后，被送到模拟开关 4066 的第 1 脚。此时，将抽样脉冲由 H03 输入，其频率大于或等于输入音频信号频率的 2 倍即可，但至少应高于 3400Hz。该抽样脉冲送到 U02（4066）的 13 脚作为控制信号，当该脚为高电平时，U02 的 1 脚和 2 脚导通，输出调制信号；当 U02 的 13脚为低电

10、平时，U02 的 1 脚和 2 脚断开，无波形输出。因此，在 U02 的 2 脚就可以观察到比较理想的脉冲幅度调制信号。2、脉冲振幅解调若要解调出原始语音信号，则将调制信号送入截止频率为 3400Hz 的低通滤波器。因为抽样脉冲的频率远高于输入的音频信号的频率，因此通过低通滤波器之后高频的抽样时钟信号已经被滤除，因而，只需通过一低通滤波器便能无失真地还原出原音频信号。解调电路如图 7 所示。图 7 脉冲幅度调制信号解调电路原理图四、实验步骤1：模拟信号源 观察“32K 正弦波”和“64K 正弦波”输出的正弦波波形，调节对应的电位器的“幅度调节”可分别改变各正弦波的幅度。 按下“复位”按键使 U

11、03 复位，波形指示灯“正弦波”亮，波形指示灯“三角波” 、 “锯齿波” 、 “方波”以及发光二极管 LED07 灭，数码管SM01SM04 显示“2000” 。 按一下“波形选择”按键，波形指示灯“三角波”亮（其它仍熄灭） ，此时信号输出点“模拟输出”的输出波形为三角波。逐次按下“波形选择”按键，四个波形指示灯轮流发亮，此时“模拟输出”点轮流输出正弦波、三角波、锯齿波和方波。 将波形选择为正弦波时（对应发光二极管亮） ，转动“频率调节”的旋转编码器，可改变输出信号的频率，观察“模拟输出”点的波形，并用频率计查看其频率与数码管显示的是否一致。转动对应电位器“幅度调节”可改变输出信号的幅度，幅度

12、最大可达 5V 以上。 （注意:发光二极管 LED07 熄灭，转动旋转编码器时，频率以 1Hz 为单位变化；按一下旋转编码器，LED07 亮，此时旋转旋转编码器，频率以 50Hz 为单位变化；再按一下旋转编码器，LED07 熄灭，频率再次以 1Hz 为单位变化） 将波形分别选择为三角波、锯齿波、方波，重复上述实验。2、数字信号源 拨码开关 SW04、SW05 的作用是改变分频器的分频比（以 4 位为一个单元，对应十进制数的 1 位，以 BCD 码分别表示分频比的千位、百位、十位和个位） ，得到不同频率的位同步信号。分频前的基频信号为2MHz，分频比变化范围是 19999，所以位同步信号频率范围

13、是200Hz2MHz。例如，若想信号输出点“BS”输出的信号频率为15.625KHz，则需将基频信号进行 128 分频，将拨码开关 SW04、SW05设置为 00000001 00101000，就可以得到 15.625KHz 的方波信号。拨码开关 SW01、SW02、SW03 的作用是改变 NRZ 码的码型。1 位拨码开关就对应着 NRZ 码中的一个码元，当该位开关往上拨时，对应的码元为 1，往下拨时，对应的码元为 0。 将拨码开关 SW04、SW05 设置为 00000001 00101000，SW01、SW02、SW03 设置为 01110010 00110011 10101010，观察

14、BS、2BS、FS、NRZ 波形。 改变各拨码开关的设置，重复观察以上各点波形。 观察 1024K、256K、64K、32K、8K 各点波形（由于时钟信号为晶振输出 的 24MHz 方波，所以整数倍分频后只能得到的1000K、250K、62.5K、31.25K、7.8125K 信号，电路板上的标识为近似值，这一点请注意） 。 将拨码开关 SW04、SW05 设置为 00000001 00101000，观察伪随机序列 PN15、PN31、PN511 的波形。 改变拨码开关 SW04、SW05 的设置，重复观察以上各点波形。3、不同占空比 8KHz 方波脉冲分别对 1KHz 正弦信号抽样、解调实验

15、调节信号源模块，产生的 1KHz 正弦波(峰峰值 Vpp=2V 左右，从信号输出点输出)，送入 PAM 模块的信号输入点“PAM 音频输入”(1) 占空比为 13 的抽样脉冲信号 PAM 实验24 位 NRZ 码型设置为 10010010 01001001 00100100， BCD 码分频值设置为 00000000 10000100 (84 分频)，此时，信号源模块的信号输出点“NRZ”输出为占空比为 13 的 8KHz 方波。将 8KHz 方波信号送入 PAM 模块的信号输入点“PAM 时钟输入”。记录“调制输出”测试点 PAM 抽样信号的波形， 连接 PAM 模块的信号输出点 “调制输出

16、”和信号输入点“解调输入”，记录“解调输出”测试点的波形。(2) 占空比为 14 的抽样脉冲信号 PAM 实验24 位 NRZ 码型设置为 10001000 10001000 10001000， BCD 码分频值设置为 00000000 01 100010 (62 分频)。此时，信号源模块的信号输出点“NRZ”输出为占空比为 14 的 8KHz 方波。与步骤（ 1）的连接一样，分别记录 PAM 抽样信号的波形和解调输出的波形(3) 占空比为 16 的抽样脉冲信号 PAM 实验24 位 NRZ 码型设置为 10000010 00001000 00100000， BCD 码分频值设置为 000000