信号调幅与解调虚拟实验设计

CHANGSHAUNIVERSITYOFSCIENCE7、至少阅读一篇与本课题有关的外文资料，并翻译为中文，打印好附于毕业设计说明书后课题完成后应提交的文件和图表（或设计图纸）1开题报告一份；2设计说明书一本,即毕业论文（含中英文摘要、概述、系统分析、虚拟实验设计,使用说明书、设计总结，参考文献，并附程序全部源代码）。3虚拟实验软件一套（含源程序、打包的安装程序和软件安装、使用说明书）。4相关英文资料及译文一篇主要参考文献与外文翻译文件（由指导教师选定）1付俊庆MATLAB基于声卡的虚拟动态数据分析仪长沙交通学院学报,2003,12王建民，机电工程测试与信号分析M，中国计量出版社，2004。3刘君华主编，基于LABVIEW的虚拟仪器设计M，西安交大出版社，2003。4美国NI公司著汪敏生等译著，LABVIEW基础教程M，2002。5张健，陈明，虚拟现实技术在高职实验教学中的应用研究J，中国商界，200866郑丹，网上虚拟实验教学模式的研究与探讨J，高校实验室工作研究，2008097张红美、孔德国,对虚拟实验在物理教学中的几点思考J,才智,2008178ECKHOFF,ELIZABETHCELLER,VICKIMWATKINS,STEVEEHALL,RICHARDHINTERACTIVEVIRTUALLABORATORYFOREXPERIENCEWITHASMARTBRIDGETESTA，2002ASEEANNUALCONFERENCEANDEXPOSITIONCVIVELINGENIEUR，20029ELIANEGGUIMRES，REALAVIRTUALLABORATORYBUILTFROMSOFTWARECOMPONENTSA，PROCEEDINGSOFTHEIEEEC,VOL91,NO3,MARCH200310CHARLESEHUGHES,JMICHAELMOSHELL,SHAREDVIRTUALWORLDSFOREDUCATIONTHEEXPLORENETEXPERIMENTJ,MULTIMEDIASYSTEMS19975145154同组设计者注1此任务书由指导教师填写。如不够填写，可另加页。2此任务书最迟必须在毕业设计（论文）开始前一周下达给学生。3此任务书可从教务处网页表格下载区下载二、毕业设计（论文）工作进度计划表工作进度日程安排序号毕业设计（论文）工作任务周次12345678910111213141516171819201收集与文献阅读相关文献资料2翻译一篇英文文献3撰写开题报告并进行总体方案设计4编制虚拟实验程序及相关软件5调试并完善虚拟实验6总结虚拟实验设计并撰写毕业论文7修改并完善论文8准备答辩910注1此表由指导教师填写；2此表每个学生人手一份，作为毕业设计（论文）检查工作进度之依据；3进度安排请用“一”在相应位置画出。三、学生完成毕业设计（论文）阶段任务情况检查表时间第一阶段第二阶段第三阶段内容组织纪律完成任务情况组织纪律完成任务情况组织纪律完成任务情况检查记录教师签字签字日期签字日期签字日期注1此表应由指导教师认真填写。阶段分布由各学院自行决定。2“组织纪律”一档应按长沙理工大学学生学籍管理实施办法精神，根据学生具体执行情况，如实填写。3“完成任务情况”一档应按学生是否按进度保质保量完成任务的情况填写。包括优点，存在的问题与建议4对违纪和不能按时完成任务者，指导教师可根据情节轻重对该生提出忠告并督促其完成。四、学生毕业设计（论文）装袋要求1毕业设计（论文）按以下排列顺序印刷与装订成一本（撰写规范见教务处网页）。1封面2扉页3毕业设计（论文）任务书4中文摘要5英文摘要6目录7正文8参考文献9致谢10附录（公式的推演、图表、程序等）11附件1开题报告（文献综述）12附件2译文及原文影印件2需单独装订的图纸（设计类）按顺序装订成一本。3修改稿（经、管、文法类专业）按顺序装订成一本。4毕业设计论文成绩评定册一份。5论文电子文档由各学院收集保存。学生送交全部文件日期学生（签名）指导教师验收（签名）信号调幅与解调虚拟实验设计信号调幅与解调虚拟实验设计摘要虚拟实验是指借助于多媒体、仿真和虚拟现实等技术在计算机上营造可辅助、部分替代甚至全部替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环境，实验者可以像在真实的环境中一样完成各种实验项目，所取得的实验效果等价于甚至优于在真实环境中所取得的效果。本文介绍了基于LABVIEW的模拟电子技术实验系统信号调幅与解调虚拟实验设计与实现,通过对信号调幅解调原理的介绍，再经过LABVIEW软件画图仿真，使我们对LABVIEW软件有了进一步的了解，与此同时，使实验内容紧密联系课本内容，比较全面地概括和反映部分所学的知识点，将课堂内容具体化。关键词LABVIEW；信号调幅；信号解调信号调幅与解调虚拟实验设计SIGNALMODULATIONANDDEMODULATIONVIRTUALEXPERIMENTALDESIGNABSTRACTVIRTUALEXPERIMENTISTHETECHNOLOGYOFUSINGMULTIMEDIA,SIMULATIONANDVIRTUALREALITYTOCREATEARELATEDHARDWAREANDSOFTWAREOPERATINGENVIRONMENTWHICHCANASSIST,INPARTOREVENALLALTERNATIVETOTRADITIONALEXPERIMENTALASPECTSOFTHEOPERATINGEXPERIMENTERCANBELIKEINAREALENVIRONMENTTOCOMPLETEAVARIETYOFPILOTPROJECTS,THEEFFECTOFTHEOBTAINEDEXPERIMENTALRESULTSISEQUIVALENTTOORBETTERTHANINTHEREALWORLDTHISARTICLEDESCRIBESTHESIMULATIONELECTRONICEXPERIMENTSYSTEMTHESIGNALMODULATIONANDDEMODULATIONDESIGNANDIMPLEMENTATIONOFVIRTUALEXPERIMENTBASEDONLABVIEWEXPERIMENTALSYSTEMTHROUGHTHEINTRODUCTIONOFTHEPRINCIPLEOFSIGNALAMPLITUDEDEMODULATION,THENAFTERTHESIMULATIONOFLABVIEWDRAWINGSOFTWARE,MAKEUSHAVEABETTERUNDERSTANDINGOFLABVIEWSOFTWAREATTHESAMETIME,MAKETHECONTENTSOFTHEEXPERIMENTALCONTENTOFTHETEXTCLOSELYANDMORECOMPREHENSIVEOVERVIEWOFTHESTUDYANDREFLECTTHEKNOWLEDGE,LETCLASSCONTENTSPECIFICKEYWORDSLABVIEWSIGNALAMPLITUDESIGNALDEMODULATION信号调幅与解调虚拟实验设计目录1虚拟仪器与虚拟实验12调制与解调421调制与解调的概念422调制的作用及分类4221调制的作用4222调制的分类423调幅与解调的原理及方法5231普通调幅信号5232抑制载波双边带调制（DSBSC）10233单边带调制SSB11234调幅波的分类及频谱123调幅与解调的虚拟实验设计1431虚拟调幅与解调1432基于LABVIEW的信号调幅与解调15321LABVIEW简介15322基于LABVIEW软件实现调幅与解调153221基于LABVIEW软件调幅与解调原理163222调幅与解调算法163223调幅与解调过程框图173224设计内容及步骤17323基于LABVIEW软件调幅与解调的实现174基于LABVIEW调幅与解调实验的实现1841前面板设计18411信号发生器模块18412调幅解调模块18413滤波器模块18信号调幅与解调虚拟实验设计414前面板的整体设计2042流程图设计2243运行检验2444调幅与解调在应变片中的的应用26441原理介绍26442前面板设计27443流程图设计28444运行结果2845系统的功能作用2946系统运行环境要求及使用说明305总结31参考文献32致谢33附件附件1开题报告（文献综述）附件2译文及原文影印件信号调幅与解调虚拟实验设计第1页共32页1虚拟仪器与虚拟实验虚拟实验是指借助于多媒体、仿真和虚拟现实等技术在计算机上营造可辅助、部分替代甚至全部替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环境，实验者可以像在真实的环境中一样完成各种实验项目，所取得的实验效果等价于甚至优于在真实环境中所取得的效果。虚拟仪器是计算机管理的数字化仪器系统，因此，依据某种通用或专用总线标准或规约，或以某种接口形式，与计算机进行通信和管理，并与计算机系统共同工作运行的仪器系统，目前多数属于虚拟仪器系统，它的典型特征是不可脱离计算机而独立工作。在信号源类虚拟仪器系统中，种类不是很多，主要有DA卡系统和任意波发生器，另外还有函数发生器、合成信号源等1。在测量仪器类虚拟仪器系统中，则有许多种类，其中最主要的是AD卡系统和数据采集系统，另外还有数字存储示波器、瞬态记录仪、数字化仪、数字多用表、频率计数器、信号分析仪、相位计、失真仪、噪声分析仪、阻尼计等多种234。原则上，非虚拟仪器里的仪器，都可以用虚拟仪器方式实现，但在大功率领域以及射频微波领域里的仪器设备，虚拟仪器实现比较困难，模块也较少；低频领域，以及小功率领域里，虚拟仪器已经具有了良好的发展态势5。目前，主流的虚拟仪器主要是VXI、PXI、各种计算机总线如PCI、ISA、RS232、USB等总线标准的各种插卡和仪器模块，间或有少数其他总线形式的仪器模块，工作方式多是插入各种总线式仪器机箱内或直接插入计算机主机箱内，少数情况下是独立模块以接口形式接入计算机。它们多数属于中低频范围，主要是工程应用类仪器设备，射频微波类以及高准确度类仪器设备较少。由于一部分虚拟仪器模块及系统如数据采集系统早在虚拟仪器概念提出之前就已经存在，所以，虚拟仪器概念的建立、提出和发展，一直是围绕着现有仪器设备的功能和性能，逐步强调和加大软件在仪器中的地位和作用，并以软件技术代替硬件技术为核心进行，逐渐将非虚拟仪器虚拟化。27年前，美国国家仪器公司NI（NATIONALINSTRUMENTS）提出“软件即是仪器”的概念，推出了LABVIEW直观的流程图编程风格的软件开发和运行平台，引发了测控技术领域的一场重大变革，使得计算机和网络技术得以长驱直入仪器领域，开启了虚拟仪器（VI）的先河6。我国虚拟实验技术研究起步较晚7，与国外发达国家还有一定的差距，但现在已引起国家有关部门和科学家们的高度重视，并根据我国的国情，制定了开信号调幅与解调虚拟实验设计第2页共32页展虚拟实验技术的研究计划。九五规划、国家自然科学基金委、国家高技术研究发展计划等都把虚拟实验列入了研究项目。国内一些重点院校，已积极投入到了这一领域的研究工作。并在以下方面取得进展着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示与处理；在虚拟现实中的视觉接口方面开发出部分硬件，并提出有关算法及实现方法；虚拟现实演示环境、虚拟现实应用系统的开发平台等。虚拟仪器可以充分利用现有计算机资源，配以独特设计的软硬件，实现普通仪器的全部功能以及一些在普通仪器上无法实现的功能78。它依赖软件，通过计算机来控制测试硬件、分析和提供测试数据。由于没有专门的前面板、显示器和电源，其硬件通常在PC或VXI/CPCI主机中，所有仪器面板和显示器都在虚拟仪器上模拟，所以称为虚拟仪器。虚拟仪器不但功能多样、测量准确，而且界面友好、操作简易，与其它设备集成方便灵活。虚拟仪器技术的出现彻底打破了传统仪器由厂家定义、用户无法改变的模式，给用户一个充分发挥自己才能和想象力的空间。用户可以根据不同要求，设计自己的仪器系统，满足多样的应用需求。其特点是价格适中、功能强、测试速度快、可重组。有趋势表明，虚拟仪器最终要取代大量的传统仪器成为仪器领域的主流产品，成为测量、分析、控制、自动化仪表的核心，并成为机器人的核心技术。自从NATIONALINSTRUMENTS公司率先提出虚拟仪器概念至今已有15年，在这15年里，NI逐步改革了全世界工程师和科学家们测量和自动化的方法。今天，全世界的工程师和科学家们正在成千上万个应用系统中使用“虚拟仪器”，从而达到了缩短开发时间、提高产品品质并降低生产成本的共同目的。同时，虚拟仪器技术也正在趋于成熟和完善此外，互联网也已经使数据共享进入了新的阶段，加速了虚拟仪器的新网络技术及远程计算技术的发展，而这些技术是传统独立仪器不可能实现的。虚拟仪器技术很好地利用了互联网的功能，因此，可以将来自测量或控制设备中的数据直接发布到WEB网页上，或是用手持式的数字助理工具读取数据，甚至还可以将数据输出到手机上8。使用虚拟仪器技术，可以使用互联网的强大功能远距离控制的仪器设备，或是与远在其它办公地点甚至其它国家的同事合作处理一个项目。未来的这种连通水平将会更高，届时将赋予模块化新的定义。随着互联网和无线技术的不断发展，工程师们不仅能够重新使用模块化的组成部分，还可以更方便地在全球范围内共享知识和经验巩固开发过程每个阶段工程师们的努力成果商业科技的发展浪潮将会继续，同时也会将虚拟仪器技术推向新的水平。因此，性能的提高将会更容易实现，从而节省宝贵的开发及系统集成时问，同时又比传统仪器测量方案成倍降低成本。没有人能够准确地预测未来的虚拟仪信号调幅与解调虚拟实验设计第3页共32页器将会发展到怎样的程度，但是有一点可以肯定PC机与其相关的科技将会是虚拟仪器技术的核心，而有了它的帮助将会更成功。虚拟实验教学是对实际实验教学的虚拟9。它把书本知识运用于实践的教学环节中。它是为配合理论教学、培养学生分析和解决问题的能力、加强专业训练和锻炼学生能力而设置的教学环节。普通高等院校的实践教学依据专业教学计划来组织教学工作，主要包括实验、课程实习和毕业实习三个方面。在教学中，MATLAB/SIMULINK、LABVIEW等技术得到了广泛的应用。工程中被测物理量,如力、位移、温度等,经过传感器变换后,常常是一些缓变的微小电信号。从放大处理来看,直流放大有零漂和级间耦合等问题。为此,往往把缓变信号先变为频率适当的交流信号,然后利用交流放大器放大,最后再恢复为原缓变信号10。这样的变换过程称为调制与解调,已被广泛用于传感器的调理电路中。LABVIEW软件平台，已经在教学中普及，接下来用基于虚拟仪器的信号调幅与解调实验，来介绍LABVIEW软件的相关功能。随着虚拟现实技术的快速发展,以虚拟现实技术为基础而创建的虚拟实验技术也将日趋成熟,这种虚拟实验的方式能给人一种身临其境感觉,可以获得如同在现实实验室里近距离进行现场操作一样的体验,为实验者提供了生动、真实的实验场景。本课题拟采用LABVIEW技术设计信号调幅与解调虚拟实验，通过此次设计，简单介绍LABVIEW软件的相关功能并了解调制解调电路的工作原理并能够直接观测信号调幅与解调原理；配置相应的测量电路，能够根据电路数学模型对信号进行波形观测；能够进行原理性试验，并提供相关的应用实验演示。信号调幅与解调虚拟实验设计第4页共32页2调制与解调原理概述21调制与解调的概念调制（MODULATION就是对信号源的信息进行处理加到载波上，使其变为适合于信道传输的形式的过程，就是使载波随信号而改变的技术。一般来说，信号源的信息（也称为信源）含有直流分量和频率较低的频率分量，称为基带信号。基带信号往往不能作为传输信号，因此必须把基带信号转变为一个相对基带频率而言频率非常高的信号以适合于信道传输。这个信号叫做已调信号，而基带信号叫做调制信号。调制是通过改变高频载波即消息的载体信号的幅度、相位或者频率，使其随着基带信号幅度的变化而变化来实现的。而解调则是将基带信号从载波中提取出来以便预定的接收者（也称为信宿）处理和理解的过程。解调是调制的逆过程。调制方式不同，解调方法也不一样。与调制的分类相对应，解调可分为正弦波解调（有时也称为连续波解调）和脉冲波解调。正弦波解调还可再分为幅度解调、频率解调和相位解调，此外还有一些变种如单边带信号解调、残留边带信号解调等。同样，脉冲波解调也可分为脉冲幅度解调、脉冲相位解调、脉冲宽度解调和脉冲编码解调等。对于多重调制需要配以多重解调。22调制的作用及分类221调制的作用调制在电子学中是非常重要的。引人注目的发展动向是由于数字业务的不断增加，数字通信系统的容量需要不断扩充，这就必须发展超高速率的数字调制技术；为了充分利用无线电频谱资源，要求进一步研究频谱效率高的和误码率低的调制方式；在相干光通信和光盘存储设备方面，光相位调制、频率调制和偏振调制等的研究也是重要的研究课题。222调制的分类调制的种类很多，分类方法也不一致。在通信中，我们常常采用的调制方式有以下几种（一）模拟调制用连续变化的信号去调制一个高频正弦波信号调幅与解调虚拟实验设计第5页共32页主要有1幅度调制（调幅AM，双边带调制DSBSC，单边带调幅SSBSC，残留边带调制VSB以及独立边带ISB）；2角度调制（调频FM，调相PM）两种。因为相位的变化率就是频率，所以调相波和调频波是密切相关的；（二）数字调制用数字信号对正弦或余弦高频振荡进行调制主要有1振幅键控ASK；2频率键控FSK；3相位键控PSK；三）脉冲调制用脉冲序列作为载波主要有1脉冲幅度调制（PAMPULSEAMPLITUDEMODULATION）；2脉宽调制（PDMPULSEDURATIONMODULATION）；3脉位调制（PPMPULSEPOSITIONMODULATION）；4脉冲编码调制（PCMPULSECODEMODULATION。23调幅与解调的原理及方法231普通调幅信号1普通调幅信号的表达式、波形和频谱特性普通调幅方式是用低频调制信号去控制高频正弦波载波的振幅,使其随调制信号波形的变化而呈线性变化。设载波为TUTUCCMCCOS,调制信号为单频信号，即CMTUTU,COS,则普通调幅信号为TTMUTTKUUTUCACMCMCMAMCOSCOS1COSCOS（21）其中调幅指数为比例系数KMUKUMACMMA,10,。普通调幅信号的振幅由直流分量CMU和交流分量TKUMCOS迭加而成,其中交流分量与调制信号成正比,或者说,普通调幅信号的包络信号振幅各峰值点的连线完全反映了调制信号的变化。另外,还可得到调幅指数AM的表达式CMCMCMAUUUUUUUUUUMMINMINMAXMINMAXMINMAX信号调幅与解调虚拟实验设计第6页共32页显然,当AM1时,普通调幅波的包络变化与调制信号不再相同,产生了失真,称为过调制,所以,普通调幅要求AM必须不大于1。普通调幅波又可以写成TTMUTTKUUTUCACMCMCMAMCOSCOS1COSCOSTTUMTUCCCMACCMCOSCOS2COS（22）TUAM的频谱包括了三个频率分量C下边频C载波C上边频图23（1）普通调幅波形与频谱图23（2）过调制波形A波形特点（1）调幅波的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致信号调幅与解调虚拟实验设计第7页共32页2调幅度MA反映了调幅的强弱程度，可以看出一般M值越大调幅越深实际电路中必须避免包络失真过调幅时百分之百最大调幅时未调幅时,110AAAMMMB频谱特性TMTMTUTTMUUCACACCCACAMCOS21COS21COSCOSCOS1（23）可见,调幅波并不是一个简单的正弦波，包含有三个频率分量含传输信息下边频分量含传输信息上边频分量不含传输信息载波分量CCC2AM信号的产生原理框图由于TUTMTUTTMUUCCACCCACAMCOSCOSCOSCOSCOS1（24）可见要完成AM调制，其核心部分是实现调制信号与载波相乘3普通调幅信号的解调普通调幅信号的解调方法有两种,即包络检波和同步检波。1包络检波。利用普通调幅信号的包络反映了调制信号波形变化这一特点,如能将包络提取出信号调幅与解调虚拟实验设计第8页共32页来,就可以恢复原来的调制信号。这就是包络检波的原理。图23（3）给出了包络检波的原理图。图23（3）包络检波原理图设输入普通调幅信号AMU，则非线性器件输出电流为TKTGUTICAMO1TNNTTMGUCNNCACM12COS122121COSCOS111（25）G是非线性器件伏安特性曲线斜率。可见OI中含有直流,C,C以及其它许多组合频率分量,其中的低频分量是）TMGUSCMCOS11用低通滤波器取出OI中这一低频分量,滤除C及其以上的高频分量,同时用隔直流电容滤除直流分量,就可以恢复与原调制信号TU成正比的单频信号了。2同步检波。同步检波必须采用一个与发射端载波同频同相或固定相位差的信号,称为同步信号。同步检波可由乘法器和低通滤波器实现,其原理见图23（4）。设输入普通调幅信号TUAM乘法器另一输入同步信号为TUTUCRMRCOS则乘法器输出为TTMUUKTUTUKTUCARMCMRAM2220COSCOS122COS22COS2COSCOS122TMTMTTMUUKCACACARMCM26信号调幅与解调虚拟实验设计第9页共32页图23（4）同步检波原理图其中K2是乘法器增益。可见,输出信号中含有直流,2C,2C几个频率分量。用低通滤波器取出直流和分量,再去掉直流分量,就可恢复原调制信号。如果同步信号与发射端载波同频不同相,有一相位差,即COSTUTUCRMR,则乘法器输出中的分量为TUUKRMCMCOSCOS2。若是一常数,即同步信号与发射端载波的相位差始终保持恒定,则解调出来的分量仍与原调制信号成正比,只不过振幅有所减小。当然90,否则COS0,分量也就为零了。若是随时间变化的,即同步信号与发射端载波之间的相位差不稳定,则解调出来的分量就不能正确反映调制信号了。232抑制载波双边带调制（DSBSC）1双边带信号的概念在AM信号中，载波分量并不携带信息，信息完全由边带传送。如果将载波抑制，即可得到抑制载波双边带信号，简称双边带信号（DSB）。2双边带调幅信号的特点设载波为TUTUCCMCCOS,单频调制信号为CMTUTU,COS,则双边带调幅信号为TTUKUTTUKUTUTKUTUCCCMMCCMMCDSBCOSCOS2COSCOS（27）其中K为比例系数。可见双边带调幅信号中仅包含两个边频,无载频分量,其频带宽度仍为调制信号带宽的两倍。3双边带调幅信号的产生与解调方法由式（27）可以看出,产生双边带调幅信号的最直接法就是将调制信号与载波信信号调幅与解调虚拟实验设计第10页共32页号相乘。由于双边带调幅信号的包络不能反映调制信号,所以包络检波法不适用,而同步检波是进行双边带调幅信号解调的主要方法。与普通调幅信号同步检波不同之处在于,乘法器输出频率分量有所减少。设双边带调幅信号如式（27）所示,同步信号为TUTUCRMRCOS,则乘法器输出为TTUKUKTUTUKTUCCMMRDSBO222COSCOSTTTUUKUKCCCMMRM2COS212COS21COS2228其中K2是乘法器增益。用低通滤波器取出低频分量,即可实现解调。将式（31）所示双边带信号取平方,则可以得到频率为2C的分量,然后经二分频电路,就可以得到C分量。这是从双边带调幅信号中提取同步信号的一种方法。233单边带调制SSB1单边带调幅方式单边带调幅方式是指仅发送上、下边带中的一个。如以发送上边带为例,则单频调制单边带调幅信号为TUKUTUCCMMSSBCOS229由上式可见,单频调制单边带调幅信号是一个角频率为C的单频正弦波信号,但是,一般的单边带调幅信号波形却比较复杂。不过有一点是相同的,即单边带调幅信号的包络已不能反映调制信号的变化。单边带调幅信号的带宽与调制信号带宽相同,是普通调幅和双边带调幅信号带宽的一半。产生单边带调幅信号的方法主要有滤波法、相移法。A滤波法这种方法是根据单边带调幅信号的频谱特点,先产生双边带调幅信号,再利用带通滤波器取出其中一个边带信号。滤波法原理见图23（6）。由图图23（5）B所示双边带调幅信号频谱图可以推知,对于频谱范围为MINMAX的一般调制信号,如MIN很小,则上、下两个边带相隔很近,用滤波器完全取出一个边带而滤除另一个边带是很困难的。信号调幅与解调虚拟实验设计第11页共32页图23（6）滤波法原理B相移法这种方法是基于单边带调幅信号的时域表达式。SINSINCOSCOS2TTTTUKUTUCCCMMSSB210由上式可知,只要用两个90相移器分别将调制信号和载波信号相移90,成为TSIN和TCSIN,然后进行相乘和相减,就可以实现单边带调幅,如图23（7）所示。显然,对单频信号进行90相移比较简单,但是对于一个包含许多频率分量的一般调制信号进行90相移,要保证其中每个频率分量都准确相移90是很困难的。图23（7）相移法原理与双边带调幅信号相同,单边带调幅信号的解调也不能采用包络检波方式而只能采用同步检波方式。与普通调幅与双边带调幅方式不同之处在于,从单边带调幅信号中无法提取同步信号。一般可在发送单边带调幅信号的同时,也附带发送一个功率较小的载波信号,供接收端从中提取作为同步信号234调幅波的分类及频谱标准调幅波抑制载波的双边带调幅波DSBSC单边带调幅波（SSB）（一）标准调幅波（AM）频谱信号调幅与解调虚拟实验设计第12页共32页（二）抑制载波的双边频调幅波DSBSC由于纯载波不含任何信息,所以为了节省辐射能量,可将纯载波抑制掉，标准AM就变成了DSBSC信号，仅包括两部分和频（上边频）、差频（下边频）。（三）单边带调幅波（SSB）频谱所占频带比较宽,而且上下边频完全对称,所含信息完全一样，如果只留一个边频，则可节省一半频率资源，剩下的上（或下）边频信号称为单边带调制信号需要注意的是单边带的滤波器的中心频率不再是载波频率C。信号调幅与解调虚拟实验设计第13页共32页3调幅与解调的虚拟实验设计31虚拟调幅与解调1MATLAB介绍MATLAB是一种广泛应用于工程计算及数值分析领域的新型高级语言，自1984年推向市场以来，经过多年的发展与竞争，现已成为国际公认的最优秀的工程应用开发环境。MATLAB是线性代数、数值分析、数理统计、自动控制、数字信号处理、动态系统仿真、图像处理等课程的基本教学工具，已成为大学生必须掌握的基本技能之一。MATLAB的功能及应用基本的数据处理优化和解方程动态过程仿真实时的和非实时的数据来源EXCEL、数据库、A/D等等嵌入式的控制PC/104和DSP神经元网络、小波分析、GA等等虚拟现实仿真2FLASH介绍FLASH是美国MACROMEDIA公司设计的一种二维动画软件。通常包括MACROMEDIAFLASH，用于设计和编辑FLASH文档，以及MACROMEDIAFLASHPLAYER，用于播放FLASH文档。FLASH的特性被大量应用于互联网网页的矢量动画文件格式；使用向量运算（VECTORGRAPHICS）的方式，产生出来的影响占用存储空间小；使用FLASH创作出的影片有自己的特殊档案格式（SWF）等。3LABVIEW介绍LABVIEW自1986年正式推出，至今已发展到以最新版本LABVIEW85EXPRESS为核心，包括控制与仿真、高级数字信号处理、统计过程控制、模糊控制和PID控制等众多软件包，可运行于现今所有WINDOWS系统、LINUX,MACINTOSH,SUN和HPUX等多种平台的工业标准软件开发环境。其已被广泛应用于包括航空航天、工业自动化、通信、信号调幅与解调虚拟实验设计第14页共32页汽车、半导体和生物医学等世界范围内的众多领域。因此，本实验基于LABVIEW85完成。32基于LABVIEW的信号调幅与解调321LABVIEW简介LABVIEW是一个完全的、开放式的虚拟仪器开发系统应用软件，利用它组建仪器测试系统和数据采集系统可以大大简化程序的设计，含有专门用于设计数据采集程序和仪器控制程序的函数库和开发工具库。LABVIEW的核心是VI。VI有一个人机对话的用户界面前面板（FRONTPANEL）和相当于源代码功能的框图程序（DIAGRAM）。前面板接受来自框图程序的指令。在VI的前面板中，控件（CONTROLS）模拟了仪器的输入装置并把数据提供给VI的框图程序；而指示器（INDICATORS）则是模拟了仪器的输出装置并显示由框图程序获得或产生的数据。当把一个控件或指示器放置到前面板上时，LABVIEW便在框图程序中相应的产生了一个终端（TERMINALS），这个从属于控件或指示器的终端不能随意的被删除，只有删除它对应的控件或指示器时它才会随之一起被删除。用LABVIEW编制框图程序时，不必受常规程序设计语法细节的限制。首先，从函数面板（FUNCTIONPALETTE）中选择需要的函数节点（FUNCTIONNODE），将之置于框图上适当的位置；然后用连线（WIRES）连接各函数节点在框图程序中的端口（PORT），用来在函数节点之间传输数据。这些函数节点包括了简单的计算函数、高级的采集和分析VI以及用来存储和检索数据的文件输入输出函数和网络函数。图形化的程序设计编程简单、直观、开发效率高。随着虚拟仪器技术的不断发展，图形化的编程语言必将成为测试和控制领域内最有前途的发展方向。322基于LABVIEW软件实现调幅与解调3221基于LABVIEW软件调幅与解调的原理根据232介绍的调幅与解调的原理设计。3222调幅与解调的算法调幅波的数学表达式为TTEZTU0SIN该式就是调幅波一般数学表达式,它反映了低频缓变信号TZ对一高频0振荡信号T0SIN的控制。通常0510。式中E为常量，0为高频载波角频率；TZ为信号调幅与解调虚拟实验设计第15页共32页低频缓变信号，其上限角频率为。一般将控制高频信号的缓变信号称为调制信号,载送缓变信号的高频0振荡信号T0SIN称为载波。利用信号TZ来控制或改变高频振荡的幅值称为调制过程。调幅波TU的幅值反映调制信号TZ数值的变化，在调制器之后，加解调器可将被测的调制信号TZ与调幅波TU分离,并最后提取出来。解调器由乘法器和低通滤波器组成。解调器中的乘法器有两个输入信号,一个是待解调的调幅波TUTTEZTU0SIN（31）乘法器的另一个输入信号TUR称为参考信号,它是频率为0的高频信号,存在相位差,则TUR为SIN0TUTURR（32）于是,乘法器的输出TY为2COS2/COS2/2COSCOS2/SINSINSINSIN000000TTZATZATTZATTTAZTUTTEZTUTUTYRR（33）当乘法器后接的低通滤波器的截止频率远远小于频率20,并大于信号TZ的最高频率时,式中频率分量2COS0T项将被低通滤波器大大衰弱,只有差频信号项COS2/TZA输出,于是解调器的输出TF为COS2/TKZTZATF（34）式中,KCOS2/A为比例常量,可由实验标定得出。3223调幅与解调的过程框图信号调幅与解调虚拟实验设计第16页共32页3224设计内容及步骤信号发生器模块调幅模块设计内容解调模块滤波器模块显示模块前面板设计设计步骤流程图设计运行检验323基于LABVIEW软件调幅与解调的实现根据LABVIEW的特点，用LABVIEW实现电路功能是直接根据信号处理的原理来实现，无需再考虑电路问题，从而改变了电路功能实现的方式。信号调幅与解调虚拟实验设计第17页共32页4基于LABVIEW调幅与解调实验的实现41前面板设计411信号发生器模块根据传统信号发生器面板控键的功能,利用LABVIEW中的控制模板,分别在设计面板上放入模拟实际信号发生器控键的数据输入控键、显示器、数据输出控件、开关、选择器显示器用于显示输出的信号波形,数据输入控键用于输出信号的信号频率、采样频率、采样数、振幅和相位,数据输出控键则用于选择信号类型。用一个CASE结构来控制波形的产生可以选择输出为正弦信号或是方波信号、三角波、锯齿波等。具体操作为在前面板的设计窗口中,打开控制模块,执行ALMONTROLLRINGACTIVEX7，VISUALBASIC中的具体应用8，在某些情况下，受制造商许可证的限制（LABVIEW）5。推荐方法领域的应用，正是提到的仪表和传感器科目，涵盖的主题有相关的测量技术，信号采集，仪器控制以及传感器的表征和校准。我们所建立的实验室设计要求如下远程会话补充传统会议，并计划在实验室优化使用时间。互动式结构从事数据处理及远程访问会话的学生需要不同的步骤。客户端计算机最低或零下载软件。服务器的安全。A材料由专门的VXI系统支持并在实验室中使用，在实验室由一个紧凑的PCI/PXL系统及离散仪器通过IEEE488连接来实现。在我们看来，VXI系统是由以下模块组成惠普E1401B大型机惠普E1406A控制模块惠普E141兴业5位数字万用表惠普E1429A20MSA/S双通道数字化仪惠普E1420B通用计数器惠普E1328A四通道的D/A转换器惠普E1340A12位，40MSA/S的任意波形发生器惠普E1463A32开关矩阵通道计算机的主机控制软件和PENTIUM网络服务器是在WINDOWS2000以450兆赫的速度运行的。该软件采用如下工具微软的IIS50WEB服务器活跃的PERL561国际软件LABVIEW61要在实验中实现，还包括以下组件5V和12V电源自动气象站，ULTIMETER2000（宠物兄弟公司）自定义气象站7931TRUMETER计数器，执行基于系统看门狗的硬件PCB板包含定制电路实验的实现摄像头，提供系统的实时图像B实验选择标准零维护，无运动部件，低功耗，无噪音实验都是电气和热测量的主要用途。允许使用低资源工作台。实验中的安全访问和控制服务器。现代设计方法在实验中使用意味着低功耗，低电压电路，避免手动调整零点和灵敏度调整，以及提供信息与智能基于IEEE14512标准的传感器（气象站）最标准的使用。因天气变量保证结果的唯一性，对热系统的每个实验取决于房间的温度和上次使用的时间，电气测量实验包括由控制软件提供的随机参数变量控制，这种控制学生可以直接观察到。结果作为该项目的实施结果，我们认为学生使用了这种实验方法。根据设计标准，材料和系统的描述，所产生的远程工作台如下A系统架构所执行的系统结构如图2和一个系统的普遍看法如图3所示。欢迎客户端（学生）访问网页由互联网信息服务器提供并导航到选定的实验页。第一个网页，如图1（HTTP/VIRTUALABUPCES）内容的一般信息系统说明，帮助和访问桌面摄像头。若要执行选定的实验，学生将进入到一个30分钟时间限制的访问会话，介绍实验参数应该由学生提供（以前的计算结果）。表单页面包含JAVA图一欢迎网页（HTTPVIRTUALABUPCES）代码，用于评估参数的正确性。改变参数验证，在服务器CGI脚本上评价，它生成一个参数文件，提供给LABVIEWVI及相关实验。此VI软件提供了一个与客户端页面实时远程控制，如果有必要，通过LABVIEW网络服务器提供一个下载文件。VXI仪器控制的签证会议通过IEEE488总线传输SCPI命令。一些实验，其中包括数学的复杂性（系统识别），在LABVIEW环境下控制MATLAB执行程序。商业和自定义气象站通过RS232端连接到服务器口，并通过签证会议控制。图2资源组织图3一般的系统视图B实施实验1管理使用IEEE14512标准的智能传感器这种经验的目的是提供手段，了解和传播使用标准的远程传感器并对综合套装数据校准，学生远程访问到上线的实际测量或到两个不同气象站（温度，压力和相对湿度）为期一天的记录。自定义气象站的PIC基于电路加上传感器和调理电路中发展学生的先前工作。学生获得的原始数据（A/D输出），通过电路比较气象站不同时间的参考数据，学生应该获得每个参数和交叉相关的温度校正系数及压力和相对湿度。定制开发的LABVIEW软件提供传感器管理数据表（TEDS的）（TEDS的阅读，写作，编辑和分析工具，处理数据并计算系数的影响）。学生在TEDS梅塔，TEDS频道和TEDS校准等领域填写，并提供校准数据和图形设置比较气象站测量和定制的结果，计算不同的数据来校准系数。图4显示了校准的TEDS面板。图4小组的LABVIEW工具填补校准的TEDS2表征热系统控制热系统是由一个佩尔蒂埃细胞连接到一个通风换热器组成的。标准化热敏电阻是连接到它的冷面孔测量的。当前的驱动程序助成佩尔蒂埃细胞由一个D/A及VXI总线模块的热敏电阻和一个连接到数字万用表组成。其中可与本系统执行的经验有以下几方面收购实时阶跃响应的佩尔蒂埃热敏电阻系统。佩尔蒂埃细胞用伪随机序列并通过ARX的工具的激发，利用MATLAB系统辨识方法，对其频率响应参数进行估计。整定离散的PID控制器。封闭循环采集实时系统的阶跃响应。图5显示了印刷电路板，包含佩尔蒂埃细胞及其相关电路，以及其他实验电路。图6显示了开环和闭环系统的阶跃响应的例子。图5含有多氯联苯的实验。在左边黑块是与佩尔蒂埃细胞（白）在其顶部和冰冷的脸上热敏电阻式换热器。C马克相关的RTD的实验电路，D开关电容滤波器响应识别，E佩尔蒂埃电池控制的电流驱动。通过放置在底部孔的一个风扇为换热器散热。3远程校准的RTD传感器在这个会议上，PT100的热电阻实时连接到远程调理电路的校准上，从减少的VXI总线到RTD之间切换开关矩阵结构和两个01的金属膜电阻器，目前分别是RTD在0C和50C的电阻值。学生们分析了先前调理电路是由一个惠斯通电桥和一个仪表放大器（IA）组成的。桥的电源是由一个直径从VXI系统，提供灵敏度调整，在第二个直径注入保险业监督的一个内部节点，电流调零。通过前面的分析，学生应为直径输出其初始值，然后，观察校准电阻为2的结果，他们应该提供零点和增益调整的计算值，修正温度，然后比较真实与气象站内部温度传感器提供的室内温度的时间。这方面的经验允许学生在实验课用微处理器控制下进行类似行动，实现减少时间。图6步开放（上）和关闭（下）佩尔蒂埃细胞的环路响应。4鉴定可调谐滤波器的频率响应根据测试系统，由通用开关电容滤波器组成（LMF100，美国国家半导体）具有其输入端连接至VXI任意信号的发生器，输入和输出连接到20MSA/S的数字化仪的两个通道。高通，低通，带通或陷波结构可以选择通过VXI总线开关矩阵和特征频率实现，每个可在2千赫至100千赫范围内使用时钟信号控制软件选择。频率响应可达7兆赫，可确定使用输入和输出信号的频谱、波形、信号与采集参数和窗口中可以选择几个选项。这个实验是编写的UPLOADABLEVI的使用，但这种选择由于出于安全原因，目前尚未启用。C实施远程实验室会议硕士学生对传统的实验课需要致力于课程管理和几届会议的较低数额的评估，远程实验室用来保障正常的实验课，同学们可以全身心地投入到电路和传感器的定性观测，需要这些会议对放电获取正确的定量结果进行处理。这些结果，获得了远程控制在一个类似的实验，他们已经在实验室建成，是由每一个独特的这些实验而实现的。通过这种方式，数据分析是分裂的实验室实验成功的基础。远程实验课都没有，但是，有限的数据采集操作，学生们访问每一个远程会话最少两次首先，他们设置实验参数，并收集一组初始数据，经过处理这些数据，他们应该重新输入和设置其他参数作为其计算结果（校准或控制系数）。然后，在相应的常规实验室会议上根据电路来确定预期的行为，如果结果不正确，他们则要观察和收集其行动影响和迭代的过程。结论一个远程实验室和大量可观的模拟、虚拟实验室，我们工作的目的不是一个原始的、独特的解决方案，而是一个远程实验室的实现，解决我们的教学需要。由此产生的设计提供了一些功能和特点，区分这一套远程实验室，根据别人和我们的观点，提出了几种优势重点是以仪器仪表和传感器的信号调节。远程会话计划即补充正常的实验课，使实验收集和处理数据成功分离。远程控制得到的唯一性数据依赖于实验室房间条件和随机参数的影响。互动结构的远程会议，初始的数据采集，实验设置，从这些数据修改参数数据，并最终收集学生的计算结果。用户界面的重点是，以最大限度地提高远程实验室服务器的安全性，软件最低或零下载到用户电脑上。参考文献1HALATCHMAN,CHSALTZMANN,DGILLET,HBOUZEKRI“INFORMATIONTECHNOLOGYENHANCEDLEARNINGINDISTANCEANDCONVENTIONALEDUCATION“IEEETRANSACTIONSONEDUCATIONVOL42,NO4,PP247254NOVEMBER19992CSALZMANNHALATCHMANDGILLET,ODCRISALLE“REQUIREMENTSFORREALTIMELABORATORYEXPERIMENTATIONOVERTHEINTERNET“INTERNATIONALCONFERENCEONENGINEERINGEDUCATION,ICEERIODEJANEIROBRAZIL172019983BAKTANCABOHUS,LACROW1“DISTANCELEARNINGAPPLIEDTOCONTROLLABORATORIES“IEEETRANSACTIONSONEDUCATIONVOL39,NO3,PP32032619964MCASINI,DPRANICHIZZA,AVICINO“THEAUTOMATICCONTROLTELETABAREMOTECONTROLENGINEERINGLABORATORY“,IEEECONFERENCEONDECISIONANDCONTROL,FLORIDAUSADECEMBER20015JHENRY“LABVIEWAPPLICATIONSINTEACHINGCONTROLSYSTEMSLABORATORIES“ASEEANAHEIM,CA,USAJUNE19956HSHENZXUBDALAGERVKRKTIANSEN0STROM,MSSHURTAFJELDLY,JLUTYTTERDAL“CONDUCTINGLABORATORYEXPERIMENTSOVE