实验三抽样定理和PAM调制解调实验

1、实验三 抽样定理和 PAM 调制解调实验一、实验目的1、通过脉冲幅度调制实验，使学生能加深理解脉冲幅度调制的原理。2、通过对电路组成、波形和所测数据的分析，加深理解这种调制方式的优缺 点。二、实验内容1、观察模拟输入正弦波信号、抽样时钟的波形和脉冲幅度调制信号，并注意 观察它们之间的相互关系及特点。2、改变模拟输入信号或抽样时钟的频率，多次观察波形。三、 实验器材1、 信号源模块 一块2、 号模块 一块3、 60M 双踪示波器 一台4、 连接线 若干四、实验原理（一）基本原理1 、抽样定理1抽样定理表明：一个频带限制在(0, fH )内的时间连续信号 m(t),如果以T<秒2fH的间隔对

2、它进行等间隔抽样，贝ym(t)将被所得到的抽样值完全确定。假定将信号m(t)和周期为T的冲激函数 T(t)相乘，如图3-1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m(t)的值，它表示对函数 m(t)的抽样。若用ms(t)表示此抽样函数，则有：ms(t) m(t) T(t)图3-1抽样与恢复假设m(t)、 T(t)和ms(t)的频谱分别为 M( )、 t()和Ms()。按照频率卷积定理，m(t) T(t)的傅立叶变换是 M()和t()的卷积:因为所以Ms()M()t(t(s)Ms()t( ns)由卷积关系，上式可写成n s)Ms()该式表明，已抽样信号ms(t)的

3、频谱Ms()是无穷多个间隔为3 s的M ()相迭加而成。这就意味着Ms()中包含M ()的全部信息。需要注意，若抽样间隔T变得大于12fH，贝U M（）和T（）的卷积在相邻的周期内存在重叠（亦称混叠），因此不能由Ms（）恢复M （）。可见，T 是抽样的最大间隔,2fH它被称为奈奎斯特间隔。上面讨论了低通型连续信号的抽样。如果连续信号的频带不是限于 0与fH之间，而是限制在 九（信号的最低频率）与 fH （信号的最高频率）之间（带通型连续信号），那么， 其抽样频率fs并不要求达到2fH，而是达到2B即可，即要求抽样频率为带通信号带宽的 两倍。图3-2画出抽样频率fs >2B （无混叠）和f

4、s v 2B （有混叠）时两种情况下 冲激抽样信号的频谱。（a）连续信号的频谱mms（b）高抽样频率时的抽样信号及频谱（无混叠）(c) 低抽样频率时的抽样信号及频谱(混叠)图3-2 采用不同抽样频率时抽样信号的频谱2、脉冲振幅调制(PAM)所谓脉冲振幅调制，即是脉冲载波的幅度随输入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，则前面所说的抽样定理，就是脉冲增幅调制的原理。但是实际上真正的冲激脉冲串并不能付之实现，而通常只能采用窄脉冲串来实现。因而,研究窄脉冲作为脉冲载波的 PAM方式，将具有实际意义。图3-3自然抽样及平顶抽样波形PAM方式有两种：自然抽样和平顶抽样。自然抽样又称为“

5、曲顶”抽样，已抽样信号ms(t)的脉冲“顶部”是随 m(t)变化的，即在顶部保持了m(t)变化的规律(如图3-3所示)。平顶抽样所得的已抽样信号如图3-3所示，这里每一抽样脉冲的幅度正比于瞬时抽样值，但其形状都相同。在实际中，平顶抽样的PAM信号常常采用保持电路来实现，得到的脉冲为矩形脉冲。五.实验步骤1、将信号源模块、模块 1固定在主机箱上。双踪示波器，设置CH1通道为同步源。2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，将信号源模块和模块1的电源开关拨下，观察指示灯是否点亮，红灯为 +5V电源指示灯，绿灯为-12V电源指示灯，黄色为+12V电源指示灯。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中

6、均是先连线，再打开电源做实验, 不要带电连线）。3、观测PAM自然抽样波形。1 ）用示波器观测信号源“ 2K同步正弦波”输出，调节 W1改变输出信号幅度，使输出信号峰-峰值在3V左右。2）将信号源上 S4设为“ 1010 ”，使“ CLK1 ”输出32K时钟。3）将模块1上K1选到“自然”4）关闭电源，按如下方式连线源端口目标端口连线说明信号源：“ 2K同步正弦波”模块 1: “ PAM-SIN ”提供被抽样信号信号源：“ CLK1 ”模块 1: “ PAMCLK ”提供抽样时钟*检查连线是否正确，检查无误后打开电源5）用示波器在“自然抽样输出”处观察 PAM自然抽样波形。4、观测PAM平顶抽

7、样波形a）用示波器观测信号源“ 2K同步正弦波”输出，调节 W1改变输出信号幅度，使输出信号峰-峰值在3V左右。b） 将信号源上 S1、S2、S3 依次设为 “ 10000000 ”、“10000000 ”、“10000000 ”， 将S5拨为“ 1000 ”，使“ NRZ ”输出速率为128K，抽样频率为：NRZ频率/8 （实 验中的电路，NRZ为“1”时抽样，为“ 0”时保持。在平顶抽样中，抽样脉冲为 窄脉冲）。c）将K1设为“平顶”。关闭电源，按下列方式进行连线。源端口目标端口连线说明信号源：“2K同步正弦波模块 1 : “ PAM-SIN ”提供被抽样信号信号源：“ NRZ ”模块 1

8、 : “ PAMCLK ”提供抽样脉冲d）打开电源 用双踪示波器，同时观察模拟信号” PAM-SIN ”及”平顶抽样输出”波形.5、改变抽样时钟频率”clk1 ” ,分别取2K与4K，观测自然抽样信号，用双踪示波器同时观察模拟信号” PAM-SIN ”及”自然抽样输出”波形验证抽样定理。6、观测解码后PAM波形与原信号的区别观测“ PAM-SIN ”和“ OUT ”波形。直-嶂酚你1皿丫 取/肖目lii ijrt ffll? MTtihr 动也曹 | MT 如yQK-132UH 计 r7、将信号源产生的音乐信号输入到模块1的“ PAM-SIN ”，“自然抽样输出”和“ IN相连，PAM解调信号

9、输出到信号源上的“音频信号输入”，通过扬声器听语音，感性1）步骤3的前3步不变,按如下方式连线源端口目标端口连线说明信号源：“ 2K同步正弦波”模块 1: “ PAM-SIN ”提供被抽样信号信号源：“ CLK1 ”模块 1: “ PAMCLK ”提供抽样时钟模块1： “自然抽样输出”模块1: “IN ”将PAM信号进行译码2）将K1设为“自然”，用“ PAM-SIN ”信号做示波器的触发源，用双踪示波器对比判断该系统对话音信号的传输质量。六、思考练习解答1、简述平顶抽样和自然抽样的原理及实现方法。自然抽样原理图自然采样时域和频域波形'b*岛忖）=咒灯）采用平顶抽样的PAM调制信号的框图及信号的波形日.平顶抽样信号的恢复校正电路2、在抽样之后，调制波形中包不包含直流分量，为什么？在抽样之后已调的波形并不带有直流分量，这是由于在离散点取值， 使得直流分量被滤除。3、为什么采用低通滤波器就可以完成 PAM解调？低通滤波器采用的是均匀滤波，它的抽样频率fs不小于2fh，这样就不会发生混叠现象了。通过