1．通過對模擬信號抽樣的實驗,加深對抽樣定理的理解；
2．通過PAM調制實驗，使學生能加深理解脈沖幅度調制的特點；
3．學習PAM調制硬件實現電路，掌握調整測試方法。
二、實驗儀器
1．PAM脈沖調幅模塊，位號：H
2．時鐘與基帶數據發(fā)生模塊，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、實驗原理
抽樣定理告訴我們：如果對某一帶寬有限的時間連續(xù)信號（模擬信號）進行抽樣，且抽樣速率達到一定數值時，那么根據這些抽樣值就能準確地還原原信號。這就是說，若要傳輸模擬信號，不一定要傳輸模擬信號本身，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）的不同，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都是離散的，但受調參量是連續(xù)的，因此也都屬于模擬調制。關于PDM和PPM，國外在上世紀70年代研究結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介紹。本實驗平臺僅介紹脈沖幅度調制，因為它是脈沖編碼調制的基礎。
抽樣定理實驗電路框圖，如圖1-1所示。
圖1-1 抽樣的實驗過程結構示意圖
本實驗中需要用到以下5個功能模塊。
1．非同步函數信號或同步正弦波發(fā)生器模塊：它提供各種有限帶寬的時間連續(xù)的模擬信號，并經過連線送到“PAM脈沖調幅模塊”，作為脈沖幅度調制器的調制信號。P03/P04測試點可用于調制信號的連接和測量；另外，如果實驗室配備了電話單機，也可以使用用戶電話模塊，這樣驗證實驗效果更直接、更形象，P05/P07測試點可用于語音信號的連接和測量。
2．抽樣脈沖形成電路模塊：它提供有限高度，不同寬度和頻率的的抽樣脈沖序列，并經過連線送到“PAM脈沖調幅模塊”， 作為脈沖幅度調制器的抽樣脈沖。P09測試點可用于抽樣脈沖的連接和測量。該模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，其頻率通過W05連續(xù)可調。
3．PAM脈沖調幅模塊：它采用模擬開關CD4066實現脈沖幅度調制。抽樣脈沖序列為高電平時，模擬開關導通，有調制信號輸出；抽樣脈沖序列為低電平，模擬開關斷開，無信號輸出。因此，本模塊實現的是自然抽樣。在32TP01測試點可以測量到已調信號波形。
調制信號和抽樣脈沖都需要外接連線輸入。已調信號經過PAM模擬信道（模擬實際信道的惰性）的傳輸，從32P03鉚孔輸出，它可能會產生波形失真。 PAM模擬信道電路示意圖如圖1-2所示，32W01（R1）電位器可改變模擬信道的傳輸特性，當R1C1=R2C2時，PAM已調信號理論上無失真。
4．接收濾波器與功放模塊：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工作時鐘控制，它由4SW02的置位確定。鉚孔P14是接收濾波器與功放的輸入端，實驗時需用外接導線將32P03與P14連接。
5．時鐘與基帶數據發(fā)生模塊：它提供系統(tǒng)工作時鐘和接收數字低通濾波器工作時鐘。接收數字低通濾波器截止頻率的設置由該模塊中微型連排撥動開關4SW02置位確定。
圖1-2 PAM信道仿真電路示意圖
最后強調說明：實際應用的抽樣脈沖和信號恢復與理想情況有一定區(qū)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，這是不可能實現的。因此一般是用高度有限、寬度較窄的窄脈沖代替，本實驗中提供的抽樣脈沖，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(xù)可調的脈沖。另外，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�？紤]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(tǒng)的抗干擾能力差，目前很少實用。它已被性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：模擬信號輸入連接鉚孔。
32P02：抽樣脈沖信號輸入連接鉚孔。
32TP01：輸出的抽樣后信號測試點。
32P03：經仿真信道傳輸后信號的輸出連接鉚孔。
32W01：仿真信道的特性調節(jié)電位器。
五、實驗內容及步驟
1．插入有關實驗模塊：
在關閉系統(tǒng)電源的條件下，將“時鐘與基帶數據發(fā)生模塊”、“PAM脈沖幅度調制模塊”，插到底板“G、H”號的位置插座上（具體位置可見底板右下角的“實驗模塊位置分布表”）。注意模塊插頭與底板插座的防呆口一致，模塊位號與底板位號的一致。
2．信號線連接：
用專用鉚孔導線將P04、32P01；P05、32P02；32P03、P14連接（注意連接鉚孔的箭頭指向，將輸出鉚孔連接輸入鉚孔）。
3．加電：
打開系統(tǒng)電源開關，底板的電源指示燈正常顯示。若電源指示燈顯示不正常，請立即關閉電源，查找異常原因。
4．輸入模擬信號觀察：
模擬信號發(fā)生器產生的模擬信號送入抽樣模塊的32P01點，用示波器在32P01處觀察，調節(jié)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．取樣脈沖觀察：
示波器接在32P02上，連接P05，示波器顯示8K同步的抽樣脈沖；連接P24，示波器顯示非同步的抽樣脈沖，其頻率通過W05連續(xù)可調。
6．取樣信號觀察：
示波器接在32TP01上，可觀察PAM取樣信號，示波器接在32P03上，調節(jié)“PAM脈沖幅度調制”上的32W01可改變PAM信號傳輸信道的特性，PAM取樣信號波形會發(fā)生改變。
7．取樣恢復信號觀察：
PAM解調用的低通濾波器電路（接收端濾波放大模塊，信號從P14輸入）共設有二組參數，其截止頻率分別為3KHZ、6KHZ。根據被抽樣的信號頻率，由于模擬信號接的是2KHZ的同步正弦波，所以選擇濾波器截止頻率為3KHZ。
根據下面建議自己設計實驗步驟，進行取樣恢復信號觀察實驗。
(1) 在一定頻率的模擬信號（一般2KHZ）下，設置低通濾波器3KHZ截止頻率。調節(jié)不同的抽樣時鐘，用示波器觀測各點波形，驗證抽樣定理，并做詳細記錄、繪圖。注意，PAM傳輸模塊的32TP01、32P03測試點波形調節(jié)近似，即不失真為準。
(2) 在一定頻率的抽樣時鐘（一般8KHZ）fs下，調節(jié)模擬信號源的頻率f（一般小于4KHZ），即保持抽樣時鐘與模擬信號間的fs>2f頻率關系，設置低通濾波器3KHZ截止頻率。用示波器觀測各點波形，驗證PAM通信系統(tǒng)的性能，并做詳細記錄、繪圖。
8．關機拆線：
實驗結束，關閉電源，拆除信號連線，并按要求放置好實驗模塊。
注：非同步函數信號在抽樣時的波形在示波器上不容易形成穩(wěn)定的波形，需耐心地調節(jié)；若要觀測穩(wěn)定的波形可使用同步正弦波信號和同步抽樣脈沖。
六、實驗報告要求
1.寫出實驗目的和內容。
2.簡述抽樣定理及PAM實驗原理，并畫出實驗框圖。
3.寫出自行設計的實驗步驟，記錄實驗時各種測試條件，所測各點的波形、頻率、電壓等各項測試數據并驗證抽樣定理。
4.說明抽樣后信號經過PAM模擬信道傳輸及接收數字低通濾波器后，波形將會出現哪些失真。
5.寫出實驗體會。