實驗2抽樣定理及其應用實驗一、實驗目的1．通過對模擬信號抽樣的實驗,加深對抽樣定理的理解；2．通過PAM調制實驗，使學生能加深理解脈沖幅度調制的特點；3．學習PAM調制硬件實現電路，掌握調整測試方法。二、實驗儀器1．PAM脈沖調幅模塊，位號：H（實物圖片如下）2．時鐘與基帶數據發生模塊，位號：G3．20M雙蹤示波器1臺4．頻率計1臺5．小平口螺絲刀1只6．信號連接線3根三、實驗原理抽樣定理告訴我們：如果對某一帶寬有限的時間連續信號（模擬信號）進行抽樣，且抽樣速率達到一定數值時，那么根據這些抽樣值就能準確地還原原信號。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，把脈沖調制分為脈幅調制（PAM）、脈寬調制（PDM）和脈位調制（PPM）。雖然這三種信號在時間上都是離散的，但受調參量是連續的，因此也都屬于模擬調制。抽樣定理實驗電路框圖，如圖1-1所示。DDS信號源DDS信號源抽樣脈沖形成電路信道模擬信號恢復濾波器開關抽樣器32P0132TP0132P0232P03P154SW02控制P09P14P0332W01圖1-1抽樣的實驗過程結構示意圖本實驗中需要用到以下5個功能模塊。DDS信號源：它提供正弦波等信號，并經過連線送到“PAM脈沖調幅模塊”，作為脈沖幅度調制器的調制信號。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，并經過連線送到“PAM脈沖調幅模塊”，作為脈沖幅度調制器的抽樣脈沖。3．PAM脈沖調幅模塊：它采用模擬開關CD4066實現脈沖幅度調制。抽樣脈沖序列為高電平時，模擬開關導通，有調制信號輸出；抽樣脈沖序列為低電平，模擬開關斷開，無信號輸出。因此，本模塊實現的是自然抽樣。4．接收濾波器與功放模塊：接收濾波器低通帶寬有2.6KHZ和5KHZ兩種，分別由開關K601上位和中位控制，接收濾波器的作用是恢復原調制信號。5．時鐘與基帶數據發生模塊：它提供系統工作時鐘和接收數字低通濾波器工作時鐘。四、實驗內容及步驟1．插入有關實驗模塊：在關閉系統電源的條件下，將“時鐘與基帶數據發生模塊”、“PAM脈沖幅度調制模塊”，插到底板“G、H”號的位置插座上（具體位置可見底板右上角的“實驗模塊位置分布表”）。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：用專用鉚孔導線將P03、32P01；P09、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：打開系統電源開關，底板的電源指示燈正常顯示。若電源指示燈顯示不正常，請立即關閉電源，查找異常原因。4．輸入模擬信號觀察：將DDS信號源產生的三角波（模擬信號最好用復雜信號，如三角波，根據本實驗平臺恢復濾波器帶寬，三角波頻率選1.5KHZ較好）送入抽樣模塊的32P01點，用示波器在32P01處觀察，調節電位器W01，使該點正弦信號幅度約2V（峰一峰值）。5．取樣脈沖觀察：當DDS信號源處于“PWM波”狀態(D04D03D02D01=0001)，旋轉SS01可改變取樣脈沖的頻率。示波器接在32P02上，可觀察取樣脈沖波形。考慮到1.5KHZ三角波有效帶寬不低于4.5KHZ(三次諧波)，因此抽樣頻率要大于9KHZ。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，調節“PAM脈沖幅度調制”上的32W01可改變PAM信號傳輸信道的特性，PAM取樣信號波形會發生改變。7．取樣恢復信號觀察：PAM解調用的低通濾波器電路（接收端濾波放大模塊，信號從P14輸入）設有兩組參數，其截止頻率分別為2.6KHZ、5KHZ。調節不同的輸入信號頻率和不同的抽樣時鐘頻率，用示波器觀測各點波形，驗證抽樣定理，并做詳細記錄、繪圖。（注意，調節32W01應使32TP01、32P03兩點波形相似，即以不失真為準。）8．關機拆線：實驗結束，關閉電源，拆除信號連線，并按要求放置好實驗模塊。實驗結果抽樣后信號經過PAM模擬信道傳輸及接收數字低通濾波器后，波形可能會出現相位失真和幅度失真。對上述1.5KHZ三角波抽樣，分析應選用那種帶寬的恢復濾波