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1、实验5 抽样定理及PAM脉冲幅度调制实验一、实验目的1通过对模拟信号抽样的实验,加深对抽样定理的理解；2通过PAM调制实验，使学生能加深理解脉冲幅度调制的特点；3学习PAM调制硬件实现电路，掌握调整测试方法。二、实验仪器1PAM脉冲调幅模块，位号：H（实物图片如下）2时钟与基带数据发生模块，位号：G（实物图片见第3页）320M双踪示波器1台4频率计1台5小平口螺丝刀1只6信号连接线3根三、实验原理抽样定理告诉我们：如果对某一带宽有限的时间连续信号（模拟信号）进行抽样，且抽样速率达到一定数值时，那么根据这些抽样值就能准确地还原原信号。这就是说，若要传输模拟信号，不一定要传输模拟信号本身，可以只传
2、输按抽样定理得到的抽样值。通常，按照基带信号改变脉冲参量（幅度、宽度和位置）的不同，把脉冲调制分为脉幅调制（PAM）、脉宽调制（PDM）和脉位调制（PPM）。虽然这三种信号在时间上都是离散的，但受调参量是连续的，因此也都属于模拟调制。关于PDM和PPM，国外在上世纪70年代研究结果表明其实用性不强，而国内根本就没研究和使用过，所以这里我们就不做介绍。本实验平台仅介绍脉冲幅度调制，因为它是脉冲编码调制的基础。抽样定理实验电路框图，如图1-1所示。 模拟信号抽样脉冲形成电路信道模拟信号恢复滤波器开关抽样器32P0132TP0132P0232P03P154SW02控制P09P14P0432W01图1
3、-1 抽样的实验过程结构示意图本实验中需要用到以下5个功能模块。1非同步函数信号或同步正弦波发生器模块：它提供各种有限带宽的时间连续的模拟信号，并经过连线送到“PAM脉冲调幅模块”，作为脉冲幅度调制器的调制信号。P03/P04测试点可用于调制信号的连接和测量；另外，如果实验室配备了电话单机，也可以使用用户电话模块，这样验证实验效果更直接、更形象，P05/P07测试点可用于语音信号的连接和测量。2抽样脉冲形成电路模块：它提供有限高度，不同宽度和频率的的抽样脉冲序列，并经过连线送到“PAM脉冲调幅模块”， 作为脉冲幅度调制器的抽样脉冲。P09测试点可用于抽样脉冲的连接和测量。该模块提供的抽样脉冲有
4、同步和非同步两种，同步的抽样脉冲是频率为8KHz，占空比为50%或近似50%的矩形脉冲；非同步的抽样脉冲由555定时器产生，其频率通过W05连续可调。3PAM脉冲调幅模块：它采用模拟开关CD4066实现脉冲幅度调制。抽样脉冲序列为高电平时，模拟开关导通，有调制信号输出；抽样脉冲序列为低电平，模拟开关断开，无信号输出。因此，本模块实现的是自然抽样。在32TP01测试点可以测量到已调信号波形。调制信号和抽样脉冲都需要外接连线输入。已调信号经过PAM模拟信道（模拟实际信道的惰性）的传输，从32P03铆孔输出，它可能会产生波形失真。 PAM模拟信道电路示意图如图1-2所示，32W01（R1）电位器可改
5、变模拟信道的传输特性，当R1C1=R2C2时，PAM已调信号理论上无失真。4接收滤波器与功放模块：接收滤波器是数字低通滤波器，它的作用是恢复原调制信号。数字低通滤波器的截止频率受工作时钟控制，它由4SW02的置位确定。铆孔P14是接收滤波器与功放的输入端，实验时需用外接导线将32P03与P14连接。5时钟与基带数据发生模块：它提供系统工作时钟和接收数字低通滤波器工作时钟。接收数字低通滤波器截止频率的设置由该模块中微型连排拨动开关4SW02置位确定。 32W01C1C232P03R232TP01图1-2 PAM信道仿真电路示意图最后强调说明：实际应用的抽样脉冲和信号恢复与理想情况有一定区别。理想
6、抽样的抽样脉冲应该是冲击脉冲序列，在实际应用中，这是不可能实现的。因此一般是用高度有限、宽度较窄的窄脉冲代替，本实验中提供的抽样脉冲，是频率为8KHz，占空比为50%或近似50%的矩形脉冲或由555定时器产生的频率连续可调的脉冲。另外，实际应用中使信号恢复的滤波器不可能是理想的。当滤波器特性不是理想低通时，抽样频率不能就等于被抽样信号频率的2倍，否则会使信号失真。考虑到实际滤波器的特性，抽样频率要求选得较高。由于PAM通信系统的抗干扰能力差，目前很少实用。它已被性能良好的脉冲编码调制（PCM）所取代。 四、可调元件及测量点的作用32P01：模拟信号输入连接铆孔。32P02：抽样脉冲信号输入连接
7、铆孔。32TP01：输出的抽样后信号测试点。32P03：经仿真信道传输后信号的输出连接铆孔。32W01：仿真信道的特性调节电位器。五、实验内容及步骤1插入有关实验模块：在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”、“PAM脉冲幅度调制模块”，插到底板“G、H”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。2信号线连接：用专用铆孔导线将P04、32P01；P09、32P02；32P03、P14连接（注意连接铆孔的箭头指向，将输出铆孔连接输入铆孔）。3加电：打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指
8、示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。4输入模拟信号观察：模拟信号发生器产生的模拟信号送入抽样模块的32P01点，用示波器在32P01处观察，调节同步正弦波电位器W04，使该点正弦信号幅度约1V（峰一峰值）。5取样脉冲观察：示波器接在32P02上，拨动抽样脉冲形成电路的开关K02，当K02置于C8位，示波器显示8K同步的抽样脉冲；当K02置于C555位，示波器显示非同步的抽样脉冲，其频率通过W05连续可调。6取样信号观察：示波器接在32TP01上，可观察PAM取样信号，示波器接在32P03上，调节“PAM脉冲幅度调制”上的32W01可改变PAM信号传输信道的特性，PAM取样信号波形会发
9、生改变。7取样恢复信号观察：PAM解调用的低通滤波器电路（接收端滤波放大模块，信号从P14输入）共设有三组参数，其截止频率分别为2.65KHZ、5.3KHZ、10.6KHZ。根据被抽样的信号频率，通过拨码器4SW02可设置的滤波器参数，由于模拟信号接的是2KHZ的同步正弦波，所以选择滤波器截止频率为2.65KHZ，即拨码器4SW02设置为01010。根据下面建议自己设计实验步骤，进行取样恢复信号观察实验。(1) 在一定频率的模拟信号（一般2KHZ）下，设置低通滤波器2.65KHZ截止频率。调节不同的抽样时钟，用示波器观测各点波形，验证抽样定理，并做详细记录、绘图。注意，PAM传输模块的32TP
10、01、32P03测试点波形调节近似，即不失真为准。(2) 在一定频率的抽样时钟（一般8KHZ）fs下，调节模拟信号源的频率f（一般小于4KHZ），即保持抽样时钟与模拟信号间的fs2f频率关系，设置低通滤波器2.65KHZ截止频率。用示波器观测各点波形，验证PAM通信系统的性能，并做详细记录、绘图。8关机拆线：实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验模块。注：非同步函数信号在抽样时的波形在示波器上不容易形成稳定的波形，需耐心地调节；若要观测稳定的波形可使用同步正弦波信号和同步抽样脉冲。六、实验报告要求1.写出实验目的和内容。2.简述抽样定理及PAM实验原理，并画出实验框图。3.写出自行设计的实验步骤，记录实验时各种测试条件，所测各点的波形、频率、电压等各项测试数据并验证抽样定理。4.说明抽样后信号经过PAM模拟信道传输及接收数字低通滤波器后，波形将会出现哪些失真。5.写出实验体会。这星期作业：2-2、2-3、2-12、2-15实验5、实验报告内容：一、实验目的二、实验设备四、可调元件及测量点的作用五、实验内容及步骤1、2、3、4、5、6、8（7先不写）
