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基于LabVIEW的虚拟模电实验的构建——调制解调器(5)

2013-07-30 01:03 ph。其横轴为时间轴。应考虑到生成的信号频率跨度大，在0.1Hz~~10kHz范围内，其周期跨度也大，在10s~~0.1ms范围内，纵轴为电压轴，生成信号幅值的范围应充满整个显示画面，故选用‘graph’显示器。

　　注意，控件参数设置应考虑到采样频率fs，数字频率f，一个周期采样点数n与总点数N=samples的关系：fs=nfx，故fs的最大值应是被测信号频率fx最大值的n倍，且N>=n

　　(c)两个开关控件

　　执行controls>>button>>vertical switch操作，调入开关按钮控件，标记为‘复位相位’

　　执行controls>>button>>text button操作，调入开关按钮控件，标记为‘OFF’

　　如上设计的前面板如图所示

　　流程图设计

　　在流程图中执行functions>>structures>>while loop操作，调入while循环结构

　　执行functions>> numeric四次，可以分别放置一个除法器，一个倒数器，及两个常数在流程图中执行functions>>analyze>>signal processing>>signal generation>>sine wave.vi操作，可调入sine wave.vi图标

　　在流程图中执行functions>>cluster>>bundle操作，调入bundle图标

　　在流程图中执行functions>>time&dialog>>wait操作，调入时钟图标

　　在流程图中执行functions>>Boolean>>not操作，调入not图标

　　连线形成的虚拟正弦波发生器的流程图如图所示

                 图  虚拟正弦波发生器前面板

　　注所需的数字频率由除法器的输出提供，该除法器完成信号频率与采样频率之比的运算，同时将采样频率取倒数转换为采样间隔，给出正弦波形的采样间隔，便于显示。

　　运行

　　设置正弦信号f=0.2Hz，初相位=0，幅值=1.0V，采样频率=10Hz复位相位选为TRUE，采样点数为100，生成的正弦波如图所示

　　　　　　　　　　　　　　　　图   虚拟正弦波发生器流程图

　　5.2设计举例虚拟调制解调器

　　（1）功能要求

　　用该调幅波解调器可观察调幅波，以及经过巴特沃斯滤波器后的解调信号波形。

　　（2）调制解调原理

　　（a）调幅波的数字表达式及其特性

　　u(t)=E_mz(t)sinω₀t

　　式中。E_m——常量 w——高频载波角频率。z(t)——低频缓变信号，其上限角频率为Ω

　　上式就是调幅波的一般数字表达式，它反映了低频缓变信号z(t)对一高频ω振荡信号sinω₀t的控制。通常一般将控制高频信号的缓变信号称为调制信号，载送缓变信号的高频ω₀振荡信号sinω₀t称为载波。利用信号z(t)来控制或改变高频振荡的幅值称为调制过程。

　　(b) 调幅波的解调

　　调幅波u(t)的幅值反映调制信号数值的变化，在调制器之后加解调器，可将被测的调制信号z(t)与调幅波u(t)分离，并最后提取出来。解调器由乘法器和低通滤波器组成，其原理框图如图所示

                  图  解调器原理框图

　　解调器中的乘法器有两个输入信号，一个是待解调的调幅波u(t)

　　u(t)=Ez(t)*sinω₀t

　　式中。E——比例常数乘法器的另一个输入信号u(t)称为参考信号，它应是与载波频率ω₀相同频率的高频信号，考虑到实际情况中，载波信号sinω₀t会有一个相位差θ，则u(t)为：

　　u(t)= U_r*sin(ω₀t+θ)

　　于是，乘法器的输出y(t)为

　　y(t)=u(t)*sin(ω₀t+θ)= Ez(t)*sinω₀t*U*sin(ω₀t+θ)

　　令A=EU_r,并根据三角函数关系，上式可写为

　　y(t)= A z(t) sinω₀t*sin(ω₀t+θ)

  　　 =0.5A z(t)[cosθ-cos(2ω₀t+θ)]

  　　 =0.5A z(t)cosθ-0.5A z(t)cos(2ω₀t+θ)

　　当乘法器后接的低通滤波器的截止频率远远小于频率2ω₀，并大于信号z(t)的最高频率Ω时，上式中的频率分量cos(2ω₀t+θ)项将被低通滤波器大大衰减，而只有差频信号项0.5A z(t)cosθ输出，于是解调器的输出为f(t) 为：

　　f(t)= 0.5A z(t)cosθ=kz(t)

　　式中，k=0.5A cosθ为比例常量，可由实际标定得到

　　设计步骤

　　前面板设计

　　在上例虚拟正弦信号发生器发的基础上再增加一个正弦波发生器，为两个正弦波发生器一个做载波，一个做调制信号。

　　前面板设计同上例。需添加参数输入型数字控件，用以设置低通滤波器的低截止频率。增加三个输出显示型控件，分别用以显示载波，调制波，解调波的波形，设计完毕的前面板如图所示

                图  虚拟调幅波解调器前面板

　　流程图设计

　　在设计举例虚拟正弦信号发生器的流程图基础上再增加一个正弦波发生器图标，另外执行functions>>analyze>>signal processing>>filter>>butterwoeth filter.vi操作，调入巴特沃斯滤波器图标

　　设计完毕的流程图如图所示

　　运行检验

　　设置低频调制信号的频率为1Hz,幅值为1V,初始相位0,设置载波高频信号的频率为10Hz,幅值为1V,初始相位为0,设置巴特沃斯滤波器的低截止频率为2Hz,设置对调制和载波信号的采样频率均为50Hz,采样点数均为200点。运行结果如图所示

                      图  虚拟调幅波解调器前面板

　　6 结论：

　　事实证明将虚拟仪器技术引入到教学实验中是行之有效的解决方案。应用虚拟仪器技术，使我们能够在上按照自己的需求来设计实验与仪器，方便灵活而且开发周期短。它可以