实验5++抽样定理及PAM脉冲幅度调制实验.doc

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1．PAM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）3．20M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1-1 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，如果实验室配备了单机，也可以使用用户模块，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3．PAM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32TP01、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fs>2f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）。