PAM调制解调系统设计Word格式.docx
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ThePAMmodulationanddemodulationsystem,whichisstudiedanddevelopedbythisthesis,providesapracticalresearchplatformforrelatedlaboratoryexperimentsinthefuture.
Keywords:
PAM,Sampling,Theorem,SignalGenerator,PowerRegulators
第1章绪论
1.1背景
1.1.1采样定理的现状和地位
PAM技术在通信原理课程中有着举足轻重的意义，是通信原理实验中不可缺少的实验之一，同时在实际应用中，随着数据采集技术的迅速发展和微型计算机的介入，采样系统正逐渐取代以往模拟电路实现的复杂的线性和非线形功能。
虽然采样系统比模拟电路花费大，但是这些采样系统具有可编程性，而且运用的许多算法都是信号处理领域中发展的结果，在某些情况下，能够完成现行的模拟技术不能实现的功能。
例如我国通常都选用特性较好的对绞线构成HDSI的传输系统，使用容易实现且成本低的PAM编码方式。
随着应用的增加，产生了一个相应的要求，就是理解采样系统对模拟接口所要求的理论基础，这种现象尤其表现在高校教学中。
1.1.2信号产生技术状况
正弦波以及脉冲三角波等各种信号的产生和处理也是电路设计中经常遇到的问题，它们要求有恒定控制的线形振荡器，所以对电路设计要求比较高，这一类电路应用于各个领域，包括音频测试，设备校准，转换器驱动，功率调节和自动测试ATE，它时常要求控制频率，幅度和失真，而且在许多应用场合必须同时控制这三个参数，尤其是正弦波。
现在市面已经有很多很成熟的信号发生技术，有基于DDS的高分辨率信号发生器
，有低频数字式移相信号发生器，基于VME总线的高精度信号发生器还有三电平逆变电源门驱信号发生器等等
。
它们一般精度很很高，性能不错，价格当然也不便宜，一般用在科学研究和高精度生产线上。
最早用于实验教学用的信号发生器最早的信号发生器使用一个简单的射频振荡器和改变调谐电路的电容或电感来改变频率。
早期仪器的电平控制不是自动的，当频率在数值上有明显的变化时，操作员必须重调载波电平。
近期的仪器具有自动电平控制。
使用检波器驱动控制电压，以调整振荡器或调整可变增益放大器的增益而保持输出电平，它也叫基频信号发生器。
目前最热门的是直接数字频率合成器（DirectDigitalFrequencySynthesis，简称DDS或DDFS），它以有别于其它频率合成方法的优越性能和特点成为现代频率合成技术中的佼佼者。
具体体现在相对带宽宽、频率转换时间短、频率分辨率高、输出相位连续、可产生宽带正交信号及其他多种调制信号、可编程和全数字化、控制灵活方便等方面，并具有极高的性价比。
1.1.3电源发展趋势
直流稳压电源的发展趋势，可概括为：
高频化、高效率、无污染、模块化。
1．高频化——是缩小电源体积重量、提高功率密度的重要技术途径；
高频化又是提高电源动态品质的重要保证。
小功率DC／DC直流二次电源，开关频率将达到1兆赫或更高。
功率密度也将由现在的每立方英寸50W提高到100w以上。
2．高效率——作为电源，效率是重要的指标之一。
效率高，发热损耗小，散热容易，才容易做到高功率密度。
3．无污染——电力电子装置和电源的大量广泛应用，使输入电流中的谐波显著增加，功率因数显著降低，使供电网受到污染。
开关电源的输入端常常是二极管整流电容滤波的组合电路，其输入电流波形呈尖脉冲状，交流侧功率因数只有0.6-0.7。
4．模块化——以适应分布式电源系统供电的需要。
过去功率不大时，电源均是采用单一集中的供电方式。
近年来均是采用分布式供电。
1.2课题主要研究内容和意义
在通信原理实验中，要用到方波，正弦信号，脉冲信号等多种信号源和一个合适的直流稳压源，而PAM采样定理是通信原理最基本的实验之一，可是目前市场上还没有集成这些功能的仪器，只能买价格昂贵的实验箱，如果使用标准产品，虽然性能指标高，但价格昂贵，需要购买多样设备，且许多功能都用不上，造成资源浪费。
因为一般学校实验用的信号发生器和直流稳压电源不需要很高的指标，故根据所学数字和模拟电路知识，设计一个电路结构相对比较简单，但仍能满足一般的实验要求，并且其成本较低，体积小的PAM采样定理实验板更易为学校、学生所接受。
而且大多数高校配备的不同层次的实验箱对学生而言是不透明的，本设计希望通过简易元件、电路，实现对通信原理理论的深入理解，同时锻炼学生的动手能力和创新能力，巩固学生的理论知识，以达到学以字致用，学有所长的目的。
本设计就是结合高校实验室应用特点，制作PAM编译码系统实验板并提供其外围电路，其中包括8K脉冲，可调方波，正弦波信号发生器以及各种实验电源。
以电路为母体从一个全新的角度阐述混叠的概念和采样定理以及各种信号源的原理，并从硬件的角度来阐述这些要求。
我做的工作主要是：
1.查阅各种芯片资料，提出各种设计方案
2.使用MULTISIM8.0对各种方案进行仿真。
3.选定方案后用PROTEL设计出硬件电路板，并交付厂家制作。
4.电路的制作和调试
在测试时可以调出8kHz脉冲，可调方波，正弦波信号以及各种实验所需的常用电源。
在输入音频信号时，PAM调制解调模块中前置滤波器可以很好的完成滤除高频分量，还能准确的对信号进行平顶采样和恢复出原始信号，并通过反相放大器减小信号的衰减，综上所述，本设计基本完成了预定任务。
第2章PAM概述和原理
2.1PAM原理
2.1.1采样信号的时域分析
PAM信号常常是由连续时间信号经周期采样得到的，完成这样功能的器件称为采样器，如下图所示，
表示模拟信号，
表示采样脉冲，它具有周期性令其采样周期为T，则有
这里可以把采样器看成一个每隔T秒闭合一次的电子开关S，开关每接通一次，便得到一个输出取样值。
在理想情况下开关闭合时间无限短。
图2.1信号的采样
在实际采样器中，设开关闭合时间为
秒（
远小于T）。
的脉冲强度等于相应瞬时
的幅值，即
，
，…
，因此，理想采样过程可以看成是一个幅值调制过程。
采样器好比是一个幅值调制器，理想脉冲序列
作为幅值调制器的载波信号，
的数学表达式为
（2－1）
其中
0，±
1，±
2，…
调幅后得到的信号，即采样信号
为
（2－2）
通常在控制系统中，假设当
时，信号
，因此
（2－3）
或
（2－4）
式（2－4）为一无穷项和式，每一项中的
表示脉冲出现的时刻；
而
代表这一时刻的脉冲强度。
图2.2理想采样信号
2.1.2采样信号的频域分析
式（2－2）或（2－4）表示了采样前的连续信号与采样后的离散信号之间的关系。
然而，一个值得提出的问题是：
采样后的断续信号能否全面而真实地代表原来的连续信号呢？
或者说它是否包含了原连续信号的全部信息呢？
因为从采样（离散化）过程来看，“采样”是有可能会损失信息的。
下面我们将从频率域着手研究这个问题。
假设连续信号
的傅氏变换式为
，采样后信号
的傅氏变换式用
表示，下面引出
的具体表达式。
由于理想脉冲序列
是一个周期函数，其周期为T，因此它可以展开成指数形式的傅氏级数，即
（2－5）
为采样角频率。
将式（2－5）的结果代入（2－2）式得
（2－6）
若
，则
因此，式（2－6）的傅氏变换式为
（2－7）
可得到如下结论：
（1）
的项为
，通常称为基本频谱。
它正比于原连续信号
的频谱。
（2）同时派生出以
为周期的，无限多个高频频谱分量
，其中
±
以上表明了连续信号与它所对应的离散信号在频谱上的差别。
从傅氏变换及其反变换的有关定理可知，在一定条件下，原函数
与其傅氏变换式
是一一对应的，亦即由傅氏变换式
可以唯一地还原成原函数
可以设
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