脉冲幅度调制与解调实验1、 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。2、 实验内容1、观察基带信号、脉冲幅度调制信号、抽样时钟波形，并注意观察它们之间的相互关系及特点。2、改变基带信号或抽样时钟的频率，多次观察波形。 3、观察脉冲幅度调制波形的频谱。3、 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） 高抽样频率时的抽样信号及频谱（不混叠）
（c） 低抽样频率时的抽样信号及频谱（混叠）图5-2 采用不同抽样频率时抽样信号的频谱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。211
通信原理实验报告图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。本实验模块采用32K或64K或1MHz的窄矩形脉冲来代替理想的窄脉冲串，当然，也可以采用外接抽样脉冲对输入信号进行脉冲幅度调制，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，被抽样的信号从H01输入，若此信号为音频信号（300~3400Hz），则它经过TL084构成的电压跟随器隔离之后，被送到模拟开关4066的第1脚。此时，将抽样脉冲由H03输入，其频率大于或等于输入音频信号频率的2倍即可，但至少应高于3400Hz。该抽样脉冲送到U02（4066）的13脚作为控制信号，当该脚为高电平时，U02的1脚和2脚导通，输出调制信号；当U02的13脚为低电平时，U02的1脚和2脚断开，无波形输出。因此，在U02的2脚就可以观察到比较理想的脉冲幅度调制信号。2、脉冲振幅解调若要解调出原始语音信号，则将调制信号送入截止频率为3400Hz的低通滤波器。因为抽样脉冲的频率远高于输入的音频信号的频率，因此通过低通滤波器之后高频的抽样时钟信号已经被滤除，因而，只需通过一低通滤波器便能无失真地还原出原音频信号。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
4、 实验步骤1) 将信号源模块、PAM&AM模块、频谱分析模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。2) 插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下三个模块中的开关POWER1、POWER2，各个模块对应的发光二极管LED01、LED02发光，按一下信号源模块的复位键，三个模块均开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）3) 将信号源模块产生的2KHz（峰-峰值在2V左右，从信号输出点“模拟输出”输出）的正弦波送入PAM&AM模块的信号输入点“PAM音频输入”，将信号源模块产生的62.5KHz的方波（从信号输出点64K输出）送入PAM&AM模块的信号输入点“PAM时钟输入”，观察“调制输出”和“解调输出”测试点输出的波形。4) 将“PAM音频输入”和“调制输出”测试点输出的波形分别送入频谱分析模块，观察其频谱并比较之。（可选）5、 实验结果及分析在以下四个条件下求观察PAM音频输入和PAM时钟输入波形：1) 正弦信号2020Hz，24位NRZ码型设置为“10101010 10101010 10101010”，BCD码型设置为“00000001 00100100”2) 正弦信号2000Hz，24位NRZ码型设置为“10010010 01001001 00100100“，BCD码型设置为“00000000 10000100”3) 正弦信号2020Hz，24位NRZ码型设置为“10001000 10001000 10001000”，BCD码型设置为“00000000 01100010”4) 正弦信号2000Hz，24位NRZ码型设置为“10000010 00001000 00100000”，BCD码型设置为“00000000 01000010”PAM音频输入： PAM时钟输入：1、调制输出测试点输出的波形 2、解调输出测试点的输出波形（波形参见附录图纸1） （波形参见附录图纸1）
6、 思考练习解答1、简述抽样定理。在一个频带限制在（0，f h）内的时间连续信号f（t），如果以1/2 f h的时间间隔对它进行抽样，那么根据这些抽样值就能完全恢复原信号。或者说，如果一个连续信号f（t）的频谱中最高频率不超过f h，当抽样频率f S≥2 f h时，抽样后的信号就包含原连续的全部信息。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、造成系统失真的原因有哪些？系统失真可以由于是抽样的频率取值的问题，也可以是系统噪音造成的失真。4、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。通过低通滤波器就可截取出这一段的波形，这样就已经可以还原波形完成PAM调制了
