实验 4 抽样定理及其应用实验

实验4抽样定理及其应用实验通信1202 201208030223 吴铠权一、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，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：H2、时钟与基带数据发生模块 位号：G3、100M双踪示波器 1台三、实验内容：1、观测输入模拟信号、抽样脉冲、抽样信号及恢复信号波形；2、改变抽样脉冲频率,测试其对抽样信号及恢复信号的影响；3、测试接收滤波器特性对恢复信号的影响；四、实验原理：（模拟信号模拟信号，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。本实验中需要用到以下5个功能模块。1、DDS脉冲调幅模块”，作为脉冲幅度调制器的调制信号。P03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频率可调，占空比为50%。3、PAM脉冲调幅模块：PAM电路原理图如下图所示，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。PAM（模拟实际信道的惰性）的传输，从32P03R1）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：接收滤波器低通带宽有2.6KHZ和5KHZ两种，分别由开关K601上位和中位控制，接收滤波器的作用是恢复原调制信号。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32P03P145、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。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。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，目前很少使用。它已被性能良好的脉冲编码调制（PCM）所取代。PAM电路模块：PAM电路模块接口定义：32P01：模拟信号输入，通常与同步正弦波输出P04或非同步函数信号输出P03连接。32P02：抽样脉冲输入，通常与抽样脉冲形成电路P09连接。32TP01：抽样信号测量点。32P03：抽样信号输出，通常与接收滤波器与功放电路P14连接。32W01：仿真信道的特性调节电位器。五、实验步骤：1、插入有关实验模块在关闭系统电源的情况下，按照下表放置实验模块：口一致。2、信号线连接：使用专用导线按照下表格进行信号线连接：3、加电闭电源，查找异常原因。4、输入模拟信号观察将DDS（1.5KHZ）32P0132P01处观察，调节电位器W012V（峰一峰值）。5、抽样脉冲观察当DDS信号源处于“抽样”状态时(D04D03D02D01=0000)，旋转SS01可改变取样脉冲（P09）的频率。示波器接在32P021.5KHZ4.5KHZ9KHZ。6、抽样信号观察32TP01上，可观察PAM32P03PAM脉冲32W01可改变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）设有两组参数，其截止频率分别为2.6KHZ、5KHZ。调节不同的输入信号频率和不同的抽样时钟频率，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，调节32W01应使32TP01.32P03两点波形相似，即以不失真为准。）8、改变模拟信号和抽样脉冲参数修改模拟信号的频率及类型吗，修改抽样脉冲的频率，重复上述操作。可以尝试下表所示组合，分析实验结果：9、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。六、实验报告要求题目：1、简述抽样定理及PAM实验原理，并画出实验框图。答：理和频域抽样定理两部分。抽样定理：设时间连续信号 ，其最高截止频率为 ，如果用时间间隔为

的开关信号对 进行抽样时，则

就可被样值信号唯一地表示。在一个频带限制在

内的时间连续信号，如果以小于等于

的时间间隔对它进行抽样，那么根据这些抽样值就能完全恢复原信号。或者说，如果一个连续信号 的频谱中最高频率不超过，这种信号必定是个周期性的信号，当抽样频率 时，抽样后的信号就包含原连续信号的全部信息而不会有信息丢失当需要时可以根据这些抽样信号的样本来还原原来的连续信号。根据这一特性，可以完成信号的数转换和-模转换过程PAM实验原理：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。PAM实验框图：2、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。答：、连线：底板上的P03PAM32P01PAM32P0232P03与底板上的P14连。、DDS、使DDS信号、改变数据，验证抽样定理。3、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。答：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，波形可能会出现相位失真和幅度失真。4、对上述1.5KHZ三角波抽样，分析应选用那种带宽的恢复滤波器，为什么？