基于EVILS平臺(tái)的DSB調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

安徽師范大學(xué)物電學(xué)院 張 勤 張持健

隨著信息時(shí)代的快速發(fā)展，信息科學(xué)技術(shù)已成為21世紀(jì)國(guó)際社會(huì)和世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力，調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)在通信、廣播、電視等信息傳輸系統(tǒng)中已得到了廣泛的應(yīng)用[1]。調(diào)制過(guò)程是將信號(hào)頻譜搬移到任何所需的較高頻率范圍，這樣信號(hào)就容易以電磁波形式輻射出去[2]。幅度（AM）、雙邊帶(DSB)、單邊帶(SSB)調(diào)制是短波通信的三種主要方式。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的專用通信一般用DSB調(diào)制。NI EVILS集成了12種常用的實(shí)驗(yàn)室儀器，能夠配合圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)境LabVIEW設(shè)計(jì)新的、針對(duì)多種學(xué)科的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，為電子電路、信號(hào)處理、測(cè)試測(cè)量、控制和通信等學(xué)科課堂和實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了領(lǐng)先的教育平臺(tái)。本文主要先基于LabVIEW對(duì)DSB調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，然后用其波形圖做了仿真演示，后通過(guò)EVILS工作臺(tái)的示波器和外接實(shí)物示波器觀察調(diào)制、DSB已調(diào)和解調(diào)信號(hào)，并對(duì)三種顯示結(jié)果加以比較。

一、DSB調(diào)制原理

在AM調(diào)制模型圖1中將直流A0去掉，即可得到一種高調(diào)制效率的調(diào)制方式——抑制載波雙邊帶信號(hào)(DSB-SC)，簡(jiǎn)稱雙邊帶信號(hào)(DSB)[3]。若調(diào)制信號(hào)m( t)的頻譜為M(ω)，占據(jù)-ωm至ωm的有限帶寬，將其與載波信號(hào)cos(ωct )相乘，即可形成雙邊帶信號(hào) sDSB(t)。其時(shí)域表達(dá)式為：

由已調(diào)信號(hào) sDSB(t)恢復(fù)原始信號(hào)m( t)的過(guò)程稱為解調(diào)。將 sDSB(t)與cos(ωct )相乘得

可見信號(hào)的頻譜被搬移到載頻cω附近。到m0( t)，其時(shí)域表達(dá)式如下：

再利用一個(gè)低通濾波器(帶寬大于ωm，小于2ωc-ωm)，濾除在頻率為2ωc附近的分量，即可得到m( t)，完成解調(diào)。

二、NI ELVIS平臺(tái)簡(jiǎn)介

ELVIS(education laboratory virtual instrumentation suit)是美國(guó)國(guó)家儀器(NI)公司針對(duì)高校實(shí)驗(yàn)室教學(xué)內(nèi)容開發(fā)的一套平臺(tái)[11]。NI ELVIS系列平臺(tái)是使用以LabVIEW為基礎(chǔ)的軟件工具和一個(gè)特別定制的包含原型板的工作臺(tái)來(lái)提供一整套常見功能的實(shí)驗(yàn)室儀器。

圖1 AM調(diào)制模型

圖2 ELVIS 2.0中虛擬儀器

圖3 NI ELVIS硬件平臺(tái)

圖4 DSB調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的程序框圖

圖5 DSB調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)前面板

圖6

圖7

NI ELVIS 2.0是支持NI ELVIS硬件平臺(tái)工作的軟件，它提供的LabVIEW虛擬儀器如圖2所示。

實(shí)驗(yàn)可以在LabVIEW中調(diào)用ELVIS 2.0來(lái)測(cè)量實(shí)際的波形，并使之與仿真波形進(jìn)行對(duì)比。

NI ELVIS平臺(tái)包括一個(gè)特別定制的工作臺(tái)和一個(gè)原型板，如圖3所示。其中底層是個(gè)特別的工作臺(tái)，工作臺(tái)集成了數(shù)字萬(wàn)用表、信號(hào)發(fā)生器、示波器、可變電源、雙蹤示波器等12種常用的實(shí)驗(yàn)室儀器；上層是一個(gè)可插式的原型板，它包括一些插口和一個(gè)面包板，插口通常與一些儀器相連，便于觀察輸出的波形或者向面包板提供所要的信號(hào)，而面包板則可以在它上面搭建硬件電路，使得實(shí)驗(yàn)更加真實(shí)化。

三、LabView實(shí)現(xiàn)

前面板中放置3個(gè)波形圖，分別用于顯示調(diào)制波、已調(diào)信號(hào)DSB波、解調(diào)波，程序框圖的組成如圖4。

點(diǎn)擊前面板，輸入調(diào)制波頻率、幅度，載波頻率、幅度，低通濾波器的截止頻率后運(yùn)行如圖5顯示。

四、基于ELVIS實(shí)際顯示波形

先檢查ELVIS工作臺(tái)的電源已經(jīng)連接并打開，并且已經(jīng)連接至PC機(jī)。通過(guò)開始>>所有程序>>National Instruments>>NI ELVIS 2.0>>NI ELVIS打開ELVIS Instrument Launcher，點(diǎn)擊“configure”對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自檢。如果ELVIS平臺(tái)和PC機(jī)連接完好，會(huì)出現(xiàn)圖6的反饋信息。

在剛才的LabVIEW程序的程序框圖中添加“DAQ Assistant”，在彈出的對(duì)話框中選擇“Analog Output”后，再選擇“Voltage”，在彈出的新的對(duì)話框中選擇“ao0”，表示將從ELVIS的原面包的DAC0端接受到仿真信號(hào)。后在ELVIS的原型板之間連接以下4條連線：

打開ELVIS Instrument Launcher選擇“Oscilloscope”，選擇信號(hào)來(lái)源為“ACH0”，連續(xù)運(yùn)行程序，會(huì)在ELVIS的示波器上得到如下的圖形（和程序程前面板的顯示波形基本上一樣），如圖7所示。

同時(shí)將實(shí)物示波器和BNC 1相連，會(huì)在實(shí)物示波器上得到同樣的波形。

同樣的方法可以在ELVIS工作臺(tái)提供的示波器和外接的實(shí)物示波器上觀察到DSB已調(diào)波形和解調(diào)波的波形。

五、結(jié)束語(yǔ)

基于LabVIEW可以設(shè)計(jì)仿真DSB調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，通過(guò)程序框圖中直觀程序的設(shè)計(jì)學(xué)生可以很輕松地去理解和掌握這一原理，進(jìn)而利用ELVIS平臺(tái)可以真實(shí)地觀察到仿真系統(tǒng)中的各類信號(hào)，且真實(shí)觀察到的信號(hào)與LabVIEW仿真系統(tǒng)中的顯示基本一直，給人以仿真到實(shí)際的過(guò)度，后續(xù)可以在ELVIS的原型板上搭建實(shí)際的DSB調(diào)制解調(diào)電路系統(tǒng)，通過(guò)ELVIS的工作臺(tái)可以很直觀地觀察實(shí)際系統(tǒng)的各類信號(hào)，真正意思上完成從系統(tǒng)仿真到實(shí)際的轉(zhuǎn)換。

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