实验一 第二节 模拟信号数字化.doc

第二章 模拟信号数字化 实验一 脉冲幅度调制与解调实验 一、实验目的 1、掌握抽样定理的概念。 2、理解脉冲幅度调制的原理和特点。 3、了解脉冲幅度调制波形的频谱特性。 4、了解脉冲幅度调制与解调电路的实现。 二、实验内容 1、观察音频信号、抽样脉冲及PAM调制信号的波形，并注意它们之间的相互关系。 2、改变抽样时钟的占空比，观察PAM调制信号及其解调信号波形的变化情况。 3、观察脉冲幅度调制波形的频谱。 三、实验仪器 1、信号源模块 2、PAMAM模块 3、终端模块（可选） 4、频谱分析模块（可选） 5、20M双踪示波器 一台 6、频率计（可选） 一台 7、音频信号发生器（可选） 一台 8、立体声单放机（可选） 一台 9、立体声耳机（可选） 一副 10、连接线 若干 四、实验原理 （A）抽样定理 1、低通抽样定理 抽样定理表明：一个频带限制在（0， ）内的时间连续信号，如果以T≤ 秒的间隔对它进行等间隔抽样，则将被所得到的抽样值完全确定。 假定将信号和周期为T的冲激函数相乘，如图5-1所示。乘积便是均匀间隔为T秒的冲激序列，这些冲激序列的强度等于相应瞬时上的值，它表示对函数的抽样。若用表示此抽样函数，则有： 图5-1 抽样与恢复 假设、和的频谱分别为、和。按照频率卷积定理，的傅立叶变换是和的卷积： 因为 所以 由卷积关系，上式可写成 该式表明，已抽样信号的频谱是无穷多个间隔为ωs的相迭加而成。这就意味着中包含的全部信息。 需要注意，若抽样间隔T变得大于 ，则和的卷积在相邻的周期内存在重叠（亦称混叠），因此不能由恢复。可见， 是抽样的最大间隔，它被称为奈奎斯特间隔。图5-2画出当抽样频率≥2B时（不混叠）及当抽样频率＜2B时（混叠）两种情况下冲激抽样信号的频谱。 (a) 连续信号的频谱 （b） （c） 2、带通抽样定理 实际中遇到的许多信号是带通信号。例如超群载波电话信号，其频率在312KHz至552KHz之间。若带通信号的上截止为频率,下截止频率为,此时并不一定需要抽样频率高于两倍上截止频率。带通抽样定理说明，此时抽样频率应满足： 其中，，，N为不超过的最大正整数。由此可知，必有。由上式画出曲线。由图可知，带通信号的抽样频率在2B至4B间变动。 （B）脉冲振幅调制与解调 1、脉冲振幅调制实验 所谓脉冲振幅调制，即是脉冲载波的幅度随基带信号变化的一种调制方式。如果脉冲载波是由冲激脉冲组成的，则上述所介绍的抽样定理，就是脉冲幅度调制的原理。 图5-3 脉冲幅度调制原理框图 但是，实际上理想的冲激脉冲串物理实现困难，通常采用窄脉冲串来代替。本实验采用图5-3所示的原理方框图。具体的电路原理图如图5-4所示。 图5-4 脉冲幅度调制电路原理图 图中，从PAM音频输入端口输入2KHz左右的正弦波信号，通过隔直电容去掉模拟信号中的直流分量，然后通过电压跟随器电路（U01）提高其带负载的能力，然后信号被送入模拟开关（U02）。由于实际上理想的冲激脉冲串物理实现困难，这里采用方波脉冲信号代替。具体实现方法是通过改变信号源“24位NRZ码型设置”及“BCD码分频值设置”，使得“NRZ”端输出不同占空比的近似8KHz的方波信号。该方波信号从PAM时钟输入端口输入，当方波为高电平时，模拟开关导通，正弦波通过并从调制端口输出；当方波为低电平时，模拟开关截止，输出零电平。 2、脉冲振幅解调 若要还原出原始的音频信号，则将该PAM信号通过截止频率略大于2KHz的二阶低通滤波器，滤除掉其中的高频成分即可。解调电路如图5-5所示。 图5-5 脉冲幅度调制信号解调电路原理图 五、实验步骤 1、将信号源模块、PAMAM模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。 插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下个模块中的开关POWER1、POWER2对应的发光二极管LED01、LED02发光，