高等教育--通信原理實驗七

1、實驗七抽樣定理實驗一、實驗?zāi)康?、 了解抽樣定理在通信系統(tǒng)中得重要性.2、 掌握自然抽樣及平頂抽樣得實現(xiàn)方法。3、 理解低通采樣定理得原理。4、 理解實際得抽樣系統(tǒng).5、 理解低通濾波器得幅頻特性對抽樣信號恢復(fù)得影響。6、 理解低通濾波器得相頻特性對抽樣信號恢復(fù)得影響。7、 理解帶通采樣定理得原理。二、實驗器材1、 主控信號源、 3 號模塊各一塊2、 雙蹤示波器一臺3、 連接線若干三、實驗原理1、實驗原理框圖平頂抽樣保持music被抽樣電路S1信號源信號抽樣LPF-INLPF-OUT自然抽樣輸出LPF抗混疊濾波器A-out抽樣抽樣電路脈沖編碼輸入譯碼輸出3# 信源編譯碼模塊FIR/IIRFPG

2、A 數(shù)字濾波圖 1 1 抽樣定理實驗框圖2、實驗框圖說明抽樣信號由抽樣電路產(chǎn)生. 將輸入得被抽樣信號與抽樣脈沖相乘就可以得到自然抽樣信號 , 自然抽樣得信號經(jīng)過保持電路得到平頂抽樣信號。平頂抽樣與自然抽樣信號就是通過開關(guān) S1切換輸出得。抽樣信號得恢復(fù)就是將抽樣信號經(jīng)過低通濾波器, 即可得到恢復(fù)得信號。這里濾波器可以選用抗混疊濾波器( 8階、 4kz得巴特沃斯低通濾波器）或PGA數(shù)字濾波器（有FI、IIR兩種 ). 反 sinc濾波器不就是用來恢復(fù)抽樣信號得，而就是用來應(yīng)對孔徑失真現(xiàn)象.要注意，這里得數(shù)字濾波器就是借用得信源編譯碼部分得端口。在做本實驗時與信源編譯碼得內(nèi)容沒有聯(lián)系。四、實驗步驟

3、實驗項目一抽樣信號觀測及抽樣定理驗證概述 :通過不同頻率得抽樣時鐘 ,從時域與頻域兩方面觀測自然抽樣與平頂抽樣得輸出波形，以及信號恢復(fù)得混疊情況， 從而了解不同抽樣方式得輸出差異與聯(lián)系 ,驗證抽樣定理。、關(guān)電，按表格所示進行連線.源端口目標端口連線說明信號源 : USIC模塊 3:TH1 （被抽樣信號)將被抽樣信號送入抽樣單元信號源： A-OU 模塊 3:TH2( 抽樣脈沖）提供抽樣時鐘模塊 :TH3( 抽樣輸出）模塊 3： H5（ L F IN ） 送入模擬低通濾波器2、開電 ,設(shè)置主控菜單，選擇【主菜單】【通信原理】【抽樣定理】. 調(diào)節(jié)主控模塊得 W1 使 A out 輸出峰峰值為V.3、

4、此時實驗系統(tǒng)初始狀態(tài)為 :被抽樣信號 MUSIC 為幅度 4、頻率 3K 1K 正弦合成波 .抽樣脈沖 A OUT 為幅度、頻率 9 H 、占空比 20得方波。4、實驗操作及波形觀測.（ 1)觀測并記錄自然抽樣前后得信號波形：設(shè)置開關(guān)S13#為“自然抽樣 檔位 ,用示波器分別觀測MUS C 主控信號源 與抽樣輸出 3#。 USIC 主控 & 信號源抽樣輸出3 （ 2）觀測并記錄平頂抽樣前后得信號波形：設(shè)置開關(guān)S13#為“平頂抽樣”檔位,用示波器分別觀測USIC 主控信號源 與抽樣輸出3#. US 主控信號源抽樣輸出3（ 3）觀測并對比抽樣恢復(fù)后信號與被抽樣信號得波形:設(shè)置開關(guān)S13 為“自然抽

5、樣”檔位 ,用示波器觀測MUSIC 主控 & 信號源 與 P OUT 3# ,以 100得步進減小A U 主控信號源得頻率 ,比較觀測并思考在抽樣脈沖頻率多小得情況下恢復(fù)信號有失真。（ 4）用頻譜得角度驗證抽樣定理（選做)：用示波器頻譜功能觀測并記錄被抽樣信號 USIC 與抽樣輸出頻譜。以0Hz 得步進減小抽樣脈沖得頻率,觀測抽樣輸出以及恢復(fù)信號得頻譜。 （注意：示波器需要用250kS s 采樣率（即每秒采樣點為2 0K ） ,FT縮放調(diào)節(jié)為0)。注：通過觀測頻譜可以瞧到當抽樣脈沖小于倍被抽樣信號頻率時，信號會產(chǎn)生混疊。實驗項目二濾波器幅頻特性對抽樣信號恢復(fù)得影響概述：該項目就是通過改變不同抽

6、樣時鐘頻率，分別觀測與繪制抗混疊低通濾波與 fir數(shù)字濾波 得幅頻特性曲線，并比較抽樣信號經(jīng)這兩種濾波器后得恢復(fù)效果，從而了解與探討不同濾波器幅頻特性對抽樣信號恢復(fù)得影響 .1、測試抗混疊低通濾波器得幅頻特性曲線.（ 1）關(guān)電 , 按表格所示進行連線。源端口目標端口連線說明信號源：-OU模塊： TH （ LPF將信號送入模擬濾波器 I ）(）開電，設(shè)置主控模塊，選擇【信號源】【輸出波形】與【輸出頻率】,通過調(diào)節(jié)相應(yīng)旋鈕 ,使 O T 主控信號源 輸出頻率5 z、峰峰值為得正弦波。(3)此時實驗系統(tǒng)初始狀態(tài)為:抗混疊低通濾波器得輸入信號為頻率K z、幅度 3V 得正弦波 .(4) 實驗操作及波形

7、觀測。用示波器觀測 PF OUT 3.以 1 Hz 步進減小 O T 主控信號源 輸出頻率， 觀測并記錄 P U 3#得頻譜。記入如下表格 :A-OUT頻率 /Hz基頻幅度 V5K4、 K3、 K3、0K由上述表格數(shù)據(jù), 畫出模擬低通濾波器幅頻特性曲線。思考 :對于、 Hz 低通濾波器 ,為了更好得畫出幅頻特性曲線，我們可以如何調(diào)整信號源輸入頻率得步進值大小？、測試 ir 數(shù)字濾波器得幅頻特性曲線。（ 1)關(guān)電 ,按表格所示進行連線.源端口目標端口連線說明信 號 源 ： A 模塊 3：TH13（編碼輸入）將信號送入數(shù)字濾波器OUT（ 2)開電，設(shè)置主控菜單：選擇【主菜單】【通信原理】【抽樣定理

8、】【FR濾波器】。調(diào)節(jié)【信號源】 ，使 A u輸出頻率 KHz 、峰峰值為3得正弦波 .（ 3)此時實驗系統(tǒng)初始狀態(tài)為: i 濾波器得輸入信號為頻率H 、幅度3V 得正弦波。（ 4）實驗操作及波形觀測。用示波器觀測譯碼輸出3#，以 100Hz 得步進減小A OUT 主控信號源 得頻率 .觀測并記錄譯碼輸出 #得頻譜 .記入如下表格 :A_out 得頻率 /Hz基頻幅度5K4K3K2、由上述表格數(shù)據(jù),畫出 ir 低通濾波器幅頻特性曲線.思考：對于 KHz 低通濾波器，為了更好得畫出幅頻特性曲線，我們可以如何調(diào)整信號源輸入頻率得步進值大小 ?3、分別利用上述兩個濾波器對被抽樣信號進行恢復(fù)，比較被抽

9、樣信號恢復(fù)效果。(1 ）關(guān)電，按表格所示進行連線：源端口目標端口連線說明信號源 :MU C模塊 3:T ( 被抽樣信提供被抽樣信號號）信號源： A O T模塊 3：H2（抽樣脈沖）提供抽樣時鐘模塊 3:TH3（抽樣輸出）模塊 3： TH5 （ LPF-IN ）送入模擬低通濾波器模塊： TH3 （抽樣輸模塊： TH13（編碼輸入 )送入 FIR 數(shù)字低通濾波器出）(2）開電，設(shè)置主控菜單,選擇【主菜單】【通信原理】【抽樣定理】【FIR 濾波器】 .調(diào)節(jié) W 主控信號源使信號 -OUT 輸出峰峰值為 3左右。(3)此時實驗系統(tǒng)初始狀態(tài)為：待抽樣信號MUSIC 為 K 1正弦合成波，抽樣時鐘信號 A

10、 O T 為頻率 9K z、占空比 20% 得方波 .（ 4）實驗操作及波形觀測。對比觀測不同濾波器得信號恢復(fù)效果：用示波器分別觀測LPF-O T3與譯碼輸出3#,以 10Hz 步進減小抽樣時鐘A U 得輸出頻率 ,對比觀測模擬濾波器與FIR 數(shù)字濾波器在不同抽樣頻率下信號恢復(fù)得效果。（頻率步進可以根據(jù)實驗需求自行設(shè)置。 ）思考：不同濾波器得幅頻特性對抽樣恢復(fù)有何影響9HZ、 Z8、 Z8、 5HZ8HZ7、 5 Z H實驗項目三濾波器相頻特性對抽樣信號恢復(fù)得影響。概述： 該項目就是通過改變不同抽樣時鐘頻率，從時域與頻域兩方面分別觀測抽樣信號經(jīng) fi 濾波與ii 濾波后得恢復(fù)失真情況,從而了解

11、與探討不同濾波器相頻特性對抽樣信號恢復(fù)得影響。1、觀察被抽樣信號經(jīng)過fir低通濾波器與iir低通濾波器后，所恢復(fù)信號得頻譜。（ 1)關(guān)電 ,按表格所示進行連線。源端口目標端口連線說明信號源： MU I 模塊 3:TH (被抽樣信號）提供被抽樣信號信號源 :A OUT模塊 3： TH2( 抽樣脈沖 )提供抽樣時鐘模塊 3:TH3 （抽樣輸出 )模塊 3：T 3(編碼輸入）將信號送入數(shù)字濾波器(）開電，設(shè)置主控菜單,選擇【主菜單】【通信原理】【抽樣定理】。調(diào)節(jié)W1主控信號源使信號 A OU輸出峰峰值為3V 左右。（ 3）此時實驗系統(tǒng)初始狀態(tài)為：待抽樣信號MUS 為 3K 1K 正弦合成波，抽樣時鐘

12、信號A UT 為頻率 K z、占空比20%得方波。（）實驗操作及波形觀測。a、觀測信號經(jīng)fi 濾波后波形恢復(fù)效果:設(shè)置主控模塊菜單，選擇【抽樣定理】 【IR 濾波器】；設(shè)置【信號源】使O輸出得抽樣時鐘頻率為7、5K z;用示波器觀測恢復(fù)信號譯碼輸出3 得波形與頻譜。b、觀測信號經(jīng)iir 濾波后波形恢復(fù)效果:設(shè)置主控模塊菜單,選擇【抽樣定理】【IIR濾波器】；設(shè)置【信號源】使OUT 輸出得抽樣時鐘頻率為7、5 z；用示波器觀測恢復(fù)信號譯碼輸出得波形與頻譜 .c、探討被抽樣信號經(jīng)不同濾波器恢復(fù)得頻譜與時域波形:被抽樣信號與經(jīng)過濾波器后恢復(fù)得信號之間得頻譜就是否一致？如果一致，就是否就就是說原始信號

13、能夠不失真得恢復(fù)出來？用示波器分別觀測fir 濾波恢復(fù)與 ir 濾波恢復(fù)情況下，譯碼輸出 #得時域波形就是否完全一致 ,如果波形不一致 ,就是失真呢 ?還就是有相位得平移呢 ?如果相位有平移 ,觀測并計算相位移動時間。注：實際系統(tǒng)中,失真得現(xiàn)象不一定就是錯誤得，實際系統(tǒng)中有這樣得應(yīng)用。2、觀測相頻特性（ 1) 關(guān)電 , 按表格所示進行連線。源端口目標端口連線說明信 號 源 :A 模塊 3： H13（編碼輸使源信號進入數(shù)字濾波器UT入）（ 2）開電，設(shè)置主控菜單，選擇【主菜單】【通信原理】【抽樣定理】【FIR濾波器】。（ 3）此時系統(tǒng)初始實驗狀態(tài)為: A- UT 為頻率 9K z、占空比 2 %得方波。(4)實驗操作及波形觀測.對比觀測信號經(jīng)fi 濾波后得相頻特性 :設(shè)置【信號源】使 A OUT 輸出頻率為 5H、峰峰值為 V 得正弦波； 以 10 H步進減小 A UT 輸出頻率， 用示波器對比觀測A-O T主控 & 信號源與譯碼輸出得時域波形。相頻特性測量就就是改變信號得頻率,測輸出信號得延時（時域上觀測).記入如下表格：A OUT 得頻率被抽樣信號與恢復(fù)信號得相位延時 Hzms、 5K3、 4K3、 3K、五、實驗報告1、分析電路得工作原