教學(xué)設(shè)備

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br /> 1．通過對模擬信號抽樣的實(shí)驗(yàn),加深對抽樣定理的理解；
2．通過PAM調(diào)制實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生能加深理解脈沖幅度調(diào)制的特點(diǎn)；
3．學(xué)習(xí)PAM調(diào)制硬件實(shí)現(xiàn)電路，掌握調(diào)整測試方法。

二、實(shí)驗(yàn)儀器
1．PAM脈沖調(diào)幅模塊，位號：H
2．時(shí)鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊，位號：G
3．20M雙蹤示波器1臺
4．頻率計(jì)1臺
5．小平口螺絲刀1只
6．信號連接線3根

三、實(shí)驗(yàn)原理
抽樣定理告訴我們：如果對某一帶寬有限的時(shí)間連續(xù)信號（模擬信號）進(jìn)行抽樣，且抽樣速率達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，那么根據(jù)這些抽樣值就能準(zhǔn)確地還原原信號。這就是說，若要傳輸模擬信號，不一定要傳輸模擬信號本身，可以只傳輸按抽樣定理得到的抽樣值。
通常，按照基帶信號改變脈沖參量（幅度、寬度和位置）的不同，把脈沖調(diào)制分為脈幅調(diào)制（PAM）、脈寬調(diào)制（PDM）和脈位調(diào)制（PPM）。雖然這三種信號在時(shí)間上都是離散的，但受調(diào)參量是連續(xù)的，因此也都屬于模擬調(diào)制。關(guān)于PDM和PPM，國外在上世紀(jì)70年代研究結(jié)果表明其實(shí)用性不強(qiáng)，而國內(nèi)根本就沒研究和使用過，所以這里我們就不做介紹。本實(shí)驗(yàn)平臺僅介紹脈沖幅度調(diào)制，因?yàn)樗�是脈沖編碼調(diào)制的基礎(chǔ)。
抽樣定理實(shí)驗(yàn)電路框圖，如圖1-1所示。



圖1-1 抽樣的實(shí)驗(yàn)過程結(jié)構(gòu)示意圖

本實(shí)驗(yàn)中需要用到以下5個(gè)功能模塊。
1．非同步函數(shù)信號或同步正弦波發(fā)生器模塊：它提供各種有限帶寬的時(shí)間連續(xù)的模擬信號，并經(jīng)過連線送到“PAM脈沖調(diào)幅模塊”，作為脈沖幅度調(diào)制器的調(diào)制信號。P03/P04測試點(diǎn)可用于調(diào)制信號的連接和測量；另外，如果實(shí)驗(yàn)室配備了電話單機(jī)，也可以使用用戶電話模塊，這樣驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)效果更直接、更形象，P05/P07測試點(diǎn)可用于語音信號的連接和測量。
2．抽樣脈沖形成電路模塊：它提供有限高度，不同寬度和頻率的的抽樣脈沖序列，并經(jīng)過連線送到“PAM脈沖調(diào)幅模塊”， 作為脈沖幅度調(diào)制器的抽樣脈沖。P09測試點(diǎn)可用于抽樣脈沖的連接和測量。該模塊提供的抽樣脈沖有同步和非同步兩種，同步的抽樣脈沖是頻率為8KHz，占空比為50%或近似50%的矩形脈沖；非同步的抽樣脈沖由555定時(shí)器產(chǎn)生，其頻率通過W05連續(xù)可調(diào)。
3．PAM脈沖調(diào)幅模塊：它采用模擬開關(guān)CD4066實(shí)現(xiàn)脈沖幅度調(diào)制。抽樣脈沖序列為高電平時(shí)，模擬開關(guān)導(dǎo)通，有調(diào)制信號輸出；抽樣脈沖序列為低電平，模擬開關(guān)斷開，無信號輸出。因此，本模塊實(shí)現(xiàn)的是自然抽樣。在32TP01測試點(diǎn)可以測量到已調(diào)信號波形。
調(diào)制信號和抽樣脈沖都需要外接連線輸入。已調(diào)信號經(jīng)過PAM模擬信道（模擬實(shí)際信道的惰性）的傳輸，從32P03鉚孔輸出，它可能會產(chǎn)生波形失真。 PAM模擬信道電路示意圖如圖1-2所示，32W01（R1）電位器可改變模擬信道的傳輸特性，當(dāng)R1C1=R2C2時(shí)，PAM已調(diào)信號理論上無失真。
4．接收濾波器與功放模塊：接收濾波器是數(shù)字低通濾波器，它的作用是恢復(fù)原調(diào)制信號。數(shù)字低通濾波器的截止頻率受工作時(shí)鐘控制，它由4SW02的置位確定。鉚孔P14是接收濾波器與功放的輸入端，實(shí)驗(yàn)時(shí)需用外接導(dǎo)線將32P03與P14連接。
5．時(shí)鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊：它提供系統(tǒng)工作時(shí)鐘和接收數(shù)字低通濾波器工作時(shí)鐘。接收數(shù)字低通濾波器截止頻率的設(shè)置由該模塊中微型連排撥動開關(guān)4SW02置位確定。
                 
圖1-2 PAM信道仿真電路示意圖

最后強(qiáng)調(diào)說明：實(shí)際應(yīng)用的抽樣脈沖和信號恢復(fù)與理想情況有一定區(qū)別。理想抽樣的抽樣脈沖應(yīng)該是沖擊脈沖序列，在實(shí)際應(yīng)用中，這是不可能實(shí)現(xiàn)的。因此一般是用高度有限、寬度較窄的窄脈沖代替，本實(shí)驗(yàn)中提供的抽樣脈沖，是頻率為8KHz，占空比為50%或近似50%的矩形脈沖或由555定時(shí)器產(chǎn)生的頻率連續(xù)可調(diào)的脈沖。另外，實(shí)際應(yīng)用中使信號恢復(fù)的濾波器不可能是理想的。當(dāng)濾波器特性不是理想低通時(shí)，抽樣頻率不能就等于被抽樣信號頻率的2倍，否則會使信號失真�？紤]到實(shí)際濾波器的特性，抽樣頻率要求選得較高。
由于PAM通信系統(tǒng)的抗干擾能力差，目前很少實(shí)用。它已被性能良好的脈沖編碼調(diào)制（PCM）所取代。
  
四、可調(diào)元件及測量點(diǎn)的作用
32P01：模擬信號輸入連接鉚孔。
32P02：抽樣脈沖信號輸入連接鉚孔。
32TP01：輸出的抽樣后信號測試點(diǎn)。
32P03：經(jīng)仿真信道傳輸后信號的輸出連接鉚孔。
32W01：仿真信道的特性調(diào)節(jié)電位器。

五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟
1．插入有關(guān)實(shí)驗(yàn)?zāi)�塊：
在關(guān)閉系統(tǒng)電源的條件下，將“時(shí)鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊”、“PAM脈沖幅度調(diào)制模塊”，插到底板“G、H”號的位置插座上（具體位置可見底板右下角的“實(shí)驗(yàn)?zāi)�塊位置分布表”）。注意模塊插頭與底板插座的防呆口一致，模塊位號與底板位號的一致。
2．信號線連接：
用專用鉚孔導(dǎo)線將P04、32P01；P05、32P02；32P03、P14連接（注意連接鉚孔的箭頭指向，將輸出鉚孔連接輸入鉚孔）。
3．加電：
打開系統(tǒng)電源開關(guān)，底板的電源指示燈正常顯示。若電源指示燈顯示不正常，請立即關(guān)閉電源，查找異常原因。
4．輸入模擬信號觀察：
模擬信號發(fā)生器產(chǎn)生的模擬信號送入抽樣模塊的32P01點(diǎn)，用示波器在32P01處觀察，調(diào)節(jié)同步正弦波電位器W04，使該點(diǎn)正弦信號幅度約2V（峰一峰值）。
5．取樣脈沖觀察：
示波器接在32P02上，連接P05，示波器顯示8K同步的抽樣脈沖；連接P24，示波器顯示非同步的抽樣脈沖，其頻率通過W05連續(xù)可調(diào)。
6．取樣信號觀察：
示波器接在32TP01上，可觀察PAM取樣信號，示波器接在32P03上，調(diào)節(jié)“PAM脈沖幅度調(diào)制”上的32W01可改變PAM信號傳輸信道的特性，PAM取樣信號波形會發(fā)生改變。
7．取樣恢復(fù)信號觀察：
PAM解調(diào)用的低通濾波器電路（接收端濾波放大模塊，信號從P14輸入）共設(shè)有二組參數(shù)，其截止頻率分別為3KHZ、6KHZ。根據(jù)被抽樣的信號頻率，由于模擬信號接的是2KHZ的同步正弦波，所以選擇濾波器截止頻率為3KHZ。
根據(jù)下面建議自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，進(jìn)行取樣恢復(fù)信號觀察實(shí)驗(yàn)。
(1) 在一定頻率的模擬信號（一般2KHZ）下，設(shè)置低通濾波器3KHZ截止頻率。調(diào)節(jié)不同的抽樣時(shí)鐘，用示波器觀測各點(diǎn)波形，驗(yàn)證抽樣定理，并做詳細(xì)記錄、繪圖。注意，PAM傳輸模塊的32TP01、32P03測試點(diǎn)波形調(diào)節(jié)近似，即不失真為準(zhǔn)。
(2) 在一定頻率的抽樣時(shí)鐘（一般8KHZ）fs下，調(diào)節(jié)模擬信號源的頻率f（一般小于4KHZ），即保持抽樣時(shí)鐘與模擬信號間的fs>2f頻率關(guān)系，設(shè)置低通濾波器3KHZ截止頻率。用示波器觀測各點(diǎn)波形，驗(yàn)證PAM通信系統(tǒng)的性能，并做詳細(xì)記錄、繪圖。
8．關(guān)機(jī)拆線：
實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉電源，拆除信號連線，并按要求放置好實(shí)驗(yàn)?zāi)�塊。
注：非同步函數(shù)信號在抽樣時(shí)的波形在示波器上不容易形成穩(wěn)定的波形，需耐心地調(diào)節(jié)；若要觀測穩(wěn)定的波形可使用同步正弦波信號和同步抽樣脈沖。

六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求
1.寫出實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容。
2.簡述抽樣定理及PAM實(shí)驗(yàn)原理，并畫出實(shí)驗(yàn)框圖。
3.寫出自行設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟，記錄實(shí)驗(yàn)時(shí)各種測試條件，所測各點(diǎn)的波形、頻率、電壓等各項(xiàng)測試數(shù)據(jù)并驗(yàn)證抽樣定理。
4.說明抽樣后信號經(jīng)過PAM模擬信道傳輸及接收數(shù)字低通濾波器后，波形將會出現(xiàn)哪些失真。
5.寫出實(shí)驗(yàn)體會。