通信原理綜合實驗箱,抽樣定理及其應用實驗
介紹了通信原理綜合實驗箱抽樣定理及其應用實驗.
一、實訓目的
1．經過對模仿信號抽樣的實訓,深入對抽樣定理的理解；
2．經過PAM調制實訓，使學員能深入理解脈沖幅度調制的特別點；
3．學習掌控把握掌控把握PAM調制硬件完成電子線路，掌控把握調動測量試驗方法。
二、實訓儀表器具
1．PAM脈沖調幅模型塊，位號：H
2．時鐘與基帶數值發生模型塊，位號：G
3．20M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、實訓原理
抽樣定理告訴我們：如果對某一帶寬有限的時間連續信號（模仿信號）實行抽樣，而而且抽樣速率達到一定數值時，那么按照這些抽樣值就能準確地還原原信號。這就是說，若要傳輸模仿信號，不一定要傳輸模仿信號本身，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）的不一樣，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全部是離散的，但受調參量是連續的，因此也全部屬于模仿調制。關于PDM和PPM，國外在上世紀70年代研究成果表明其實用性不強，而國內根本就沒研究和使用過，所以這里我們就不做簡介。本實訓平臺僅簡介脈沖幅度調制，因為它是脈沖編碼調制的基礎。
抽樣定理實訓電子線路框圖，如圖1-1所示。
圖1-1 抽樣的實訓過程構造示意圖
本實訓中需要用到以下5個功能模型塊。
1．非同步函數信號或同步正弦波發生器模型塊：它提供各種有限帶寬的時間連續的模仿信號，并經過連線送到"PAM脈沖調幅模型塊"，作為脈沖幅度調制器的調制信號。P03/P04測量試驗點可用來調制信號的連接和測量；--如果實訓室配備裝備裝備了電話單機，也可以使用用戶電話模型塊，這樣檢驗實訓效果更直接、更形象，P05/P07測量試驗點可用來語音信號的連接和測量。
2．抽樣脈沖形成電子線路模型塊：它提供有限高度，不一樣寬度和頻率的的抽樣脈沖序列，并經過連線送到"PAM脈沖調幅模型塊"， 作為脈沖幅度調制器的抽樣脈沖。P09測量試驗點可用來抽樣脈沖的連接和測量。該模型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定時器產生，其頻率經過W05連續可調。
3．PAM脈沖調幅模型塊：它應用模仿開關CD4066完成脈沖幅度調制。抽樣脈沖序列為高電平時，模仿開關導通，有調制信號輸出；抽樣脈沖序列為低電平，模仿開關斷開，無信號輸出。--本模型塊完成的是自然抽樣。在32TP01測量試驗點可以測量到已調信號波動線。
調制信號和抽樣脈沖全部需要外接連線寫入。已調信號經過PAM模仿信道（模仿實際信道的惰性）的傳輸，從32P03鉚孔輸出，它可能會產生波動線失真。 PAM模仿信道電子線路示意圖如圖1-2所示，32W01（R1）電位器可改變模仿信道的傳輸特性，當R1C1=R2C2時，PAM已調信號課程課程理論上無失真。
4．接收濾波器與功放模型塊：接收濾波器是數字低通濾波器，它的作用是恢復原調制信號。數字低通濾波器的截止頻率受作業時鐘控制，它由4SW02的置位確定。鉚孔P14是接收濾波器與功放的寫入端，實訓時需用外接實訓連接線將32P03與P14連接。
5．時鐘與基帶數值發生模型塊：它提供系統作業時鐘和接收數字低通濾波器作業時鐘。接收數字低通濾波器截止頻率的設定由該模型塊中微型連排撥動開關4SW02置位確定。
圖1-2 PAM信道擬真電子線路示意圖
后強調說明：實際應用的抽樣脈沖和信號恢復與理想情況有一定區別。理想抽樣的抽樣脈沖應該是沖擊脈沖序列，在實際應用中，這是不可能完成的。因此一般是用高度有限、寬度較窄的窄脈沖代替，本實訓中提供的抽樣脈沖，是頻率為8KHz，占空比為50%或近似50%的矩形脈沖或由555定時器產生的頻率連續可調的脈沖。--實際應用中使信號恢復的濾波器不可能是理想的。當濾波器特性不是理想低通時，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。考慮到實際濾波器的特性，抽樣頻率要求選得較高。
由于PAM通信系統的抗干擾能力差，目前很少實用。它已被功能良好的脈沖編碼調制（PCM）所取代。
四、可調元件及測量點的作用
32P01：模仿信號寫入連接鉚孔。
32P02：抽樣脈沖信號寫入連接鉚孔。
32TP01：輸出的抽樣后信號測量試驗點。
32P03：經擬真信道傳輸后信號的輸出連接鉚孔。
32W01：擬真信道的特性調動電位器。
五、實訓內容及步驟
1．插入有關實訓模型塊：
在關閉系統電源的條件下，將"時鐘與基帶數值發生模型塊"、"PAM脈沖幅度調制模型塊"，插到底層基板"G、H"號的位置插頭座上（具體位置可見底層基板右下角的"實訓模型塊位置分布表"）。注意模型塊插頭與底層基板插頭座的防呆口一致，模型塊位號與底層基板位號的一致。
2．信號線連接：
用專用鉚孔實訓連接線將P04、32P01；P05、32P02；32P03、P14連接（注意連接鉚孔的箭頭指向，將輸出鉚孔連接寫入鉚孔）。
3．加電：
打開系統電源開關，底層基板的電源指示燈正常顯露。若電源指示燈顯露不正常，請立即關閉電源，查找異常原因。
4．寫入模仿信號查看：
模仿信號發生器產生的模仿信號送入抽樣模型塊的32P01點，用示波器在32P01處查看，調動同步正弦波電位器W04，使該點正弦信號幅度約2V（峰一峰值）。
5．取樣脈沖查看：
示波器接在32P02上，連接P05，示波器顯露8K同步的抽樣脈沖；連接P24，示波器顯露非同步的抽樣脈沖，其頻率經過W05連續可調。
6．取樣信號查看：
示波器接在32TP01上，可查看PAM取樣信號，示波器接在32P03上，調動"PAM脈沖幅度調制"上的32W01可改變PAM信號傳輸信道的特性，PAM取樣信號波動線會發生改變。
7．取樣恢復信號查看：
PAM解調用的低通濾波器電子線路（接收端濾波放大模型塊，信號從P14寫入）共設定有二組功能數值，其截止頻率分別為3KHZ、6KHZ。按照被抽樣的信號頻率，由于模仿信號接的是2KHZ的同步正弦波，所以選用濾波器截止頻率為3KHZ。
按照下面建議自己設計實訓步驟，實行取樣恢復信號查看實訓。
(1) 在一定頻率的模仿信號（一般2KHZ）下，設定低通濾波器3KHZ截止頻率。調動不一樣的抽樣時鐘，用示波器查看各點波動線，檢驗抽樣定理，并做詳細記錄、繪圖。--PAM傳輸模型塊的32TP01、32P03測量試驗點波動線調動近似，即不失真為準。
(2) 在一定頻率的抽樣時鐘（一般8KHZ）fs下，調動模仿信號源的頻率f（一般小于4KHZ），即保持抽樣時鐘與模仿信號間的fs>2f頻率關系，設定低通濾波器3KHZ截止頻率。用示波器查看各點波動線，檢驗PAM通信系統的功能，并做詳細記錄、繪圖。
8．關機拆線：
實訓結束，關閉電源，拆除信號連線，并按要求存放好實訓模型塊。
注：非同步函數信號在抽樣時的波動線在示波器上不容易形成平穩的波動線，需耐心地調動；若要查看平穩的波動線可使用同步正弦波信號和同步抽樣脈沖。
六、實訓報告要求
1.寫出實訓目的和內容。
2.簡述抽樣定理及PAM實訓原理，并畫出實訓框圖。
3.寫出自行設計的實訓步驟，記錄實訓時各種測量試驗條件，所測各點的波動線、頻率、電壓（V）（V）等各項測量試驗數值并檢驗抽樣定理。
4.說明抽樣后信號經過PAM模仿信道傳輸及接收數字低通濾波器后，波動線將會出現哪些失真。
5.寫出實訓體會。
1．經過對模仿信號抽樣的實訓,深入對抽樣定理的理解；
2．經過PAM調制實訓，使學員能深入理解脈沖幅度調制的特別點；
3．學習掌控把握掌控把握PAM調制硬件完成電子線路，掌控把握調動測量試驗方法。
二、實訓儀表器具
1．PAM脈沖調幅模型塊，位號：H
2．時鐘與基帶數值發生模型塊，位號：G
3．20M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、實訓原理
抽樣定理告訴我們：如果對某一帶寬有限的時間連續信號（模仿信號）實行抽樣，而而且抽樣速率達到一定數值時，那么按照這些抽樣值就能準確地還原原信號。這就是說，若要傳輸模仿信號，不一定要傳輸模仿信號本身，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）的不一樣，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全部是離散的，但受調參量是連續的，因此也全部屬于模仿調制。關于PDM和PPM，國外在上世紀70年代研究成果表明其實用性不強，而國內根本就沒研究和使用過，所以這里我們就不做簡介。本實訓平臺僅簡介脈沖幅度調制，因為它是脈沖編碼調制的基礎。
抽樣定理實訓電子線路框圖，如圖1-1所示。
圖1-1 抽樣的實訓過程構造示意圖
本實訓中需要用到以下5個功能模型塊。
1．非同步函數信號或同步正弦波發生器模型塊：它提供各種有限帶寬的時間連續的模仿信號，并經過連線送到"PAM脈沖調幅模型塊"，作為脈沖幅度調制器的調制信號。P03/P04測量試驗點可用來調制信號的連接和測量；--如果實訓室配備裝備裝備了電話單機，也可以使用用戶電話模型塊，這樣檢驗實訓效果更直接、更形象，P05/P07測量試驗點可用來語音信號的連接和測量。
2．抽樣脈沖形成電子線路模型塊：它提供有限高度，不一樣寬度和頻率的的抽樣脈沖序列，并經過連線送到"PAM脈沖調幅模型塊"， 作為脈沖幅度調制器的抽樣脈沖。P09測量試驗點可用來抽樣脈沖的連接和測量。該模型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定時器產生，其頻率經過W05連續可調。
3．PAM脈沖調幅模型塊：它應用模仿開關CD4066完成脈沖幅度調制。抽樣脈沖序列為高電平時，模仿開關導通，有調制信號輸出；抽樣脈沖序列為低電平，模仿開關斷開，無信號輸出。--本模型塊完成的是自然抽樣。在32TP01測量試驗點可以測量到已調信號波動線。
調制信號和抽樣脈沖全部需要外接連線寫入。已調信號經過PAM模仿信道（模仿實際信道的惰性）的傳輸，從32P03鉚孔輸出，它可能會產生波動線失真。 PAM模仿信道電子線路示意圖如圖1-2所示，32W01（R1）電位器可改變模仿信道的傳輸特性，當R1C1=R2C2時，PAM已調信號課程課程理論上無失真。
4．接收濾波器與功放模型塊：接收濾波器是數字低通濾波器，它的作用是恢復原調制信號。數字低通濾波器的截止頻率受作業時鐘控制，它由4SW02的置位確定。鉚孔P14是接收濾波器與功放的寫入端，實訓時需用外接實訓連接線將32P03與P14連接。
5．時鐘與基帶數值發生模型塊：它提供系統作業時鐘和接收數字低通濾波器作業時鐘。接收數字低通濾波器截止頻率的設定由該模型塊中微型連排撥動開關4SW02置位確定。
圖1-2 PAM信道擬真電子線路示意圖
后強調說明：實際應用的抽樣脈沖和信號恢復與理想情況有一定區別。理想抽樣的抽樣脈沖應該是沖擊脈沖序列，在實際應用中，這是不可能完成的。因此一般是用高度有限、寬度較窄的窄脈沖代替，本實訓中提供的抽樣脈沖，是頻率為8KHz，占空比為50%或近似50%的矩形脈沖或由555定時器產生的頻率連續可調的脈沖。--實際應用中使信號恢復的濾波器不可能是理想的。當濾波器特性不是理想低通時，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。考慮到實際濾波器的特性，抽樣頻率要求選得較高。
由于PAM通信系統的抗干擾能力差，目前很少實用。它已被功能良好的脈沖編碼調制（PCM）所取代。
四、可調元件及測量點的作用
32P01：模仿信號寫入連接鉚孔。
32P02：抽樣脈沖信號寫入連接鉚孔。
32TP01：輸出的抽樣后信號測量試驗點。
32P03：經擬真信道傳輸后信號的輸出連接鉚孔。
32W01：擬真信道的特性調動電位器。
五、實訓內容及步驟
1．插入有關實訓模型塊：
在關閉系統電源的條件下，將"時鐘與基帶數值發生模型塊"、"PAM脈沖幅度調制模型塊"，插到底層基板"G、H"號的位置插頭座上（具體位置可見底層基板右下角的"實訓模型塊位置分布表"）。注意模型塊插頭與底層基板插頭座的防呆口一致，模型塊位號與底層基板位號的一致。
2．信號線連接：
用專用鉚孔實訓連接線將P04、32P01；P05、32P02；32P03、P14連接（注意連接鉚孔的箭頭指向，將輸出鉚孔連接寫入鉚孔）。
3．加電：
打開系統電源開關，底層基板的電源指示燈正常顯露。若電源指示燈顯露不正常，請立即關閉電源，查找異常原因。
4．寫入模仿信號查看：
模仿信號發生器產生的模仿信號送入抽樣模型塊的32P01點，用示波器在32P01處查看，調動同步正弦波電位器W04，使該點正弦信號幅度約2V（峰一峰值）。
5．取樣脈沖查看：
示波器接在32P02上，連接P05，示波器顯露8K同步的抽樣脈沖；連接P24，示波器顯露非同步的抽樣脈沖，其頻率經過W05連續可調。
6．取樣信號查看：
示波器接在32TP01上，可查看PAM取樣信號，示波器接在32P03上，調動"PAM脈沖幅度調制"上的32W01可改變PAM信號傳輸信道的特性，PAM取樣信號波動線會發生改變。
7．取樣恢復信號查看：
PAM解調用的低通濾波器電子線路（接收端濾波放大模型塊，信號從P14寫入）共設定有二組功能數值，其截止頻率分別為3KHZ、6KHZ。按照被抽樣的信號頻率，由于模仿信號接的是2KHZ的同步正弦波，所以選用濾波器截止頻率為3KHZ。
按照下面建議自己設計實訓步驟，實行取樣恢復信號查看實訓。
(1) 在一定頻率的模仿信號（一般2KHZ）下，設定低通濾波器3KHZ截止頻率。調動不一樣的抽樣時鐘，用示波器查看各點波動線，檢驗抽樣定理，并做詳細記錄、繪圖。--PAM傳輸模型塊的32TP01、32P03測量試驗點波動線調動近似，即不失真為準。
(2) 在一定頻率的抽樣時鐘（一般8KHZ）fs下，調動模仿信號源的頻率f（一般小于4KHZ），即保持抽樣時鐘與模仿信號間的fs>2f頻率關系，設定低通濾波器3KHZ截止頻率。用示波器查看各點波動線，檢驗PAM通信系統的功能，并做詳細記錄、繪圖。
8．關機拆線：
實訓結束，關閉電源，拆除信號連線，并按要求存放好實訓模型塊。
注：非同步函數信號在抽樣時的波動線在示波器上不容易形成平穩的波動線，需耐心地調動；若要查看平穩的波動線可使用同步正弦波信號和同步抽樣脈沖。
六、實訓報告要求
1.寫出實訓目的和內容。
2.簡述抽樣定理及PAM實訓原理，并畫出實訓框圖。
3.寫出自行設計的實訓步驟，記錄實訓時各種測量試驗條件，所測各點的波動線、頻率、電壓（V）（V）等各項測量試驗數值并檢驗抽樣定理。
4.說明抽樣后信號經過PAM模仿信道傳輸及接收數字低通濾波器后，波動線將會出現哪些失真。
5.寫出實訓體會。
