實(shí)驗(yàn)三_抽樣定理和PAM調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)_圖文

1、實(shí)驗(yàn)三 抽樣定理和 PAM 調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 通 過(guò)脈沖幅度調(diào)制實(shí)驗(yàn),使學(xué)生能加深理解脈沖幅度調(diào)制的原理。 2、 通 過(guò)對(duì)電路組成、波形和所測(cè)數(shù)據(jù)的分析,加深理解這種調(diào)制方式的優(yōu)缺點(diǎn)。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 觀察模擬輸入正弦波信號(hào)、抽樣時(shí)鐘的波形和脈沖幅度調(diào)制信號(hào),并注意觀察它們之間的相互關(guān)系及特點(diǎn)。2、 改變模擬輸入信號(hào)或抽樣時(shí)鐘的頻率,多次觀察波形。三、 實(shí)驗(yàn)器材1、 信號(hào)源模塊 一塊 2、 號(hào)模塊 一塊 3、 60M雙蹤示波器 一臺(tái) 4、 連接線 若干四、 實(shí)驗(yàn)原理 (一基本原理 1、抽樣定理抽樣定理表明:一個(gè)頻帶限制在 (0, H f 內(nèi)的時(shí)間連續(xù)信號(hào) ( m t , 如果以

2、 T Hf 21秒 的間隔對(duì)它進(jìn)行等間隔抽樣,則 ( m t 將被所得到的抽樣值完全確定。假定將信號(hào) ( m t 和周期為 T 的沖激函數(shù) t (T 相乘, 如圖 3-1所示。 乘積便是均勻間隔 為 T 秒的沖激序列, 這些沖激序列的強(qiáng)度等于相應(yīng)瞬時(shí)上 ( m t 的值, 它表示對(duì)函數(shù) ( m t 的抽 樣。若用 ( m t s 表示此抽樣函數(shù),則有:( ( ( s T m t m t t = 圖 3-1 抽樣與恢復(fù)假設(shè) ( m t 、 ( T t 和 ( s m t 的頻譜分別為 ( M 、 ( T 和 ( s M 。按照頻率卷積定 理, ( m t ( T t 的傅立葉變換是 ( M 和

3、( T 的卷積:1( ( ( 2s T M M =* 因?yàn)?2( T Ts n n T=-=-Ts 2=所以 1( ( ( s T s n M M n T=-=*- 由卷積關(guān)系,上式可寫成1( (s s n M M n T =-=- 該式表明,已抽樣信號(hào) ( m t s 的頻譜 ( M s 是無(wú)窮多個(gè)間隔為 s 的 ( M 相迭加而成。 這就意味著 ( M s 中包含 ( M 的全部信息。需要注意,若抽樣間隔 T 變得大于Hf 21,則 ( M 和 ( T 的卷積在相鄰的周期內(nèi)存 在重疊(亦稱混疊,因此不能由 ( M s 恢復(fù) ( M 。可見(jiàn), Hf T 21=是抽樣的最大間隔, 它被稱為奈奎

4、斯特間隔。上面討論了低通型連續(xù)信號(hào)的抽樣。 如果連續(xù)信號(hào)的頻帶不是限于 0與 H f 之間, 而是 限制在 L f (信號(hào)的最低頻率與 H f (信號(hào)的最高頻率之間(帶通型連續(xù)信號(hào),那么, 其抽樣頻率 s f 并不要求達(dá)到 H f 2,而是達(dá)到 2B 即可,即要求抽樣頻率為帶通信號(hào)帶寬的 兩倍。圖 3-2畫出抽樣頻率 s f 2B (無(wú)混疊和 s f <2B (有混疊時(shí)兩種情況下 沖激抽樣信號(hào)的頻譜。 連續(xù)信號(hào)的頻譜 (b 高抽樣頻率時(shí)的抽樣信號(hào)及頻譜(無(wú)混疊 (c 低抽樣頻率時(shí)的抽樣信號(hào)及頻譜(混疊 圖 3-2 采用不同抽樣頻率時(shí)抽樣信號(hào)的頻譜2、脈沖振幅調(diào)制(PAM 所謂脈沖振幅調(diào)制

5、, 即是脈沖載波的幅度隨輸入信號(hào)變化的一種調(diào)制方式。 如果脈沖載 波是由沖激脈沖組成的,則前面所說(shuō)的抽樣定理,就是脈沖增幅調(diào)制的原理。但是實(shí)際上真正的沖激脈沖串并不能付之實(shí)現(xiàn), 而通常只能采用窄脈沖串來(lái)實(shí)現(xiàn)。 因而,研究窄脈沖作為脈沖載波的 PAM 方式,將具有實(shí)際意義。自然抽樣平頂抽樣(t m (t T圖 3-3 自然抽樣及平頂抽樣波形PAM 方式有兩種:自然抽樣和平頂抽樣。自然抽樣又稱為“曲頂”抽樣,已抽樣信號(hào) m s (t的脈沖“頂部”是隨 m(t變化的,即在頂部保持了 m(t變化的規(guī)律(如圖 3-3所示 。 平頂抽樣所得的已抽樣信號(hào)如圖 3-3所示, 這里每一抽樣脈沖的幅度正比于瞬時(shí)抽

6、樣值, 但 其形狀都相同。在實(shí)際中,平頂抽樣的 PAM 信號(hào)常常采用保持電路來(lái)實(shí)現(xiàn),得到的脈沖為 矩形脈沖。1、將信號(hào)源模塊、模塊 1固定在主機(jī)箱上。雙蹤示波器,設(shè)置 CH1通道為同步源。2、 插上電源線,打開主機(jī)箱右側(cè)的交流開關(guān),將信號(hào)源模塊和模塊 1的電源開關(guān)撥下,觀察指示燈是否點(diǎn)亮,紅燈為 +5V電源指示燈,綠燈為 -12V 電源指示燈,黃色為 +12V電源指 示燈。 (注意,此處只是驗(yàn)證通電是否成功,在實(shí)驗(yàn)中均是先連線,再打開電源做實(shí)驗(yàn),不 要帶電連線 。3、觀測(cè) PAM 自然抽樣波形。1 用示波器觀測(cè)信號(hào)源“ 2K 同步正弦波”輸出,調(diào)節(jié) W1改變輸出信號(hào)幅度,使輸出信號(hào)峰 -峰值在

7、 3V 左右。 2將信號(hào)源上 S4設(shè)為“ 1010” ,使“ CLK1”輸出 32K 時(shí)鐘。3將模塊 1上 K1選到“自然” 。4 關(guān)閉電源,按如下方式連線 * 檢查連線是否正確,檢查無(wú)誤后打開電源5 用示波器在“自然抽樣輸出”處觀察 PAM 自然抽樣波形。4、觀測(cè) PAM 平頂抽樣波形a 用示波器觀測(cè)信號(hào)源“ 2K 同步正弦波”輸出,調(diào)節(jié) W1改變輸出信號(hào)幅度,使輸 出信號(hào)峰 -峰值在 3V 左右。b 將信號(hào)源上 S1、 S2、 S3依次設(shè)為“ 10000000” 、 “ 10000000” 、 “ 10000000” ,將 S5撥為“ 1000” ,使“ NRZ ”輸出速率為 128K ,

8、抽樣頻率為:NRZ 頻率 /8(實(shí)驗(yàn)中的 電路, NRZ 為“ 1”時(shí)抽樣,為“ 0”時(shí)保持。在平頂抽樣中,抽樣脈沖為窄脈沖 。 c 將 K1設(shè)為“平頂” 。關(guān)閉電源,按下列方式進(jìn)行連線。源端口 信號(hào)源： 同步正弦波 “2K 信號(hào)源： “NRZ” 目標(biāo)端口 模塊 1： “PAM-SIN” 模塊 1： “PAMCLK” 連線說(shuō)明 提供被抽樣信號(hào) 提供抽樣脈沖 d 打開電源,用雙蹤示波器,同時(shí)觀察模擬信號(hào)”PAM-SIN”及”平頂抽樣輸出”波形. 5、 改變抽樣時(shí)鐘頻率”clk1”,分別取 2K 與 4K，觀測(cè)自然抽樣信號(hào)，用雙蹤示波器同時(shí) 觀察模擬信號(hào)”PAM-SIN”及”自然抽樣輸出”波形.驗(yàn)

9、證抽樣定理。 6、 觀測(cè)解碼后 PAM 波形與原信號(hào)的區(qū)別 1 步驟 3 的前 3 步不變,按如下方式連線 源端口 信號(hào)源： “2K 同步正弦波” 信號(hào)源： “CLK1” 模塊 1:“自然抽樣輸出” 目標(biāo)端口 模塊 1:“PAM-SIN” 模塊 1:“PAMCLK” 模塊 1:“IN” 連線說(shuō)明 提供被抽樣信號(hào) 提供抽樣時(shí)鐘 將 PAM 信號(hào)進(jìn)行譯碼 2 將 K1 設(shè)為“自然” ，用“PAM-SIN”信號(hào)做示波器的觸發(fā)源，用雙蹤示波器對(duì)比觀 測(cè)“PAM-SIN”和“OUT”波形。 7、 將信號(hào)源產(chǎn)生的音樂(lè)信號(hào)輸入到模塊 1 的“PAM-SIN”“自然抽樣輸出”和“IN”相 ， 連，PAM 解調(diào)信號(hào)輸出到信號(hào)源上的“音頻信號(hào)輸入” ，通過(guò)揚(yáng)聲器聽語(yǔ)音，感性判 斷該系統(tǒng)對(duì)話音信號(hào)的傳輸質(zhì)量。 六、思考練習(xí)解答 1、簡(jiǎn)述平頂抽樣和自然抽樣的原理及實(shí)現(xiàn)方法。 自然抽樣原理圖 自然采樣時(shí)域和頻域波形 用理想低通濾 波器恢復(fù)原始 信號(hào)。 采用平頂抽樣的 PAM 調(diào)制信號(hào)的框圖及信號(hào)的波形 平頂抽樣信號(hào)的恢復(fù) 2、在抽樣之后，調(diào)制波形中包不包含直流分量，為什么？ 在抽樣之后已調(diào)的波形并不帶有直流分量， 這是由于在離散點(diǎn)取值， 使得直流分量 被濾除。 3、為什么采用低通濾波器就可以完成 PAM 解調(diào)？ 低通濾波器采用的是均勻?yàn)V波，它的抽樣頻率 fs 不小于 2fh，這樣就不會(huì)發(fā)生混 疊現(xiàn)象了。