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基于LABVIEW的虚拟调制解调器设计

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ftw1234 发表于 2017-5-18 15:02 | 显示全部楼层 |阅读模式

基于LABVIEW的虚拟调制解调器设计

摘要:

    虚拟技术的发展使电子技术的分析设计过程得以在计算机上轻松、准确、快捷地完成。这样,一方面克服了实验室在元器件和规格上的限制,避免了损坏仪器等不利因素,另一方面使得实验不受时间及空间的限制,从而促进虚拟电子技术试验教学的现代化。本文介绍了基于LABVIEW的虚拟电子技术实验系统——虚拟调制解调器的设计实现。此系统具有参数调节方便、易实现、可靠度高等优点。在高等工程教育中采用虚拟实验室,可以从根本上解决实验与实习经费严重短缺问题。作为传统电子技术实验的补充,使我们学生初步掌握仿真软件技术,可使实验内容紧密联系课本内容,比较全面地概括和反映部分所学的知识点,讲课堂内容具体化。


一、调制解调器的基本概念及分类

    调制解调器(即Modem),是计算机与电话线之间进行信号转换的装置,由调制器和解调器两部分组成,调制器是把计算机的数字信号调制成可在电话线上传输的声音信号的装置,在接收端,解调器再把声音信号转换成计算机能接收的数字信号。通过调制解调器和电话线就可以实现计算机之间的数据通信。

    目前调制解调器主要有两种:内置式和外置式。

  • 调制解调器的作用

    调制解调器是调制器——解调器的简称。它安装在电脑和电话系统之间,使电脑可以通过电话线与另一台电脑进行信息交换。

    电话系统的主要功能是传输声音信号。由于电话线路分布很广,为电脑之间的连接提供了条件,也为人们连入互联网提供了方便。

  • 调制解调器的工作原理及算法

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。

调制解调原理:

    调制解调器由发送、接收、控制、接口、操纵面板及电源等部分组成。数据终端设备 以二进制串行信号形式提供发送的数据,经接口转换为内部逻辑电平送入发送部分,经调制电路调制成线路要求的信号向线路发送。接收部分接收来自线路的信号,经滤波、反调制、电平转换后还原成数字信号送入数字终端设备。

  (a)、调幅波的数字表达式及其特性

       1.001.jpg

    式中, 1.002.jpg ——常量, 1.003.jpg ——高频载波角频率, 1.004.jpg ——低频缓变信号,其上限角频率为 1.005.jpg

    上式就是调幅波的一般数学表达式,他反映了低频缓变信号

1.006.jpg 对一高频 1.007.jpg 振荡信号 1.008.jpg 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 1.009.jpg 振荡信号 1.010.jpg 称为载波。利用信号 1.011.jpg 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 1.012.jpg 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 1.013.jpg 与调幅波 1.014.jpg 分离,并最后提取出来。解调器有乘法器和低通滤波器组成。

  • 总体程序设计
  • 前面板设计

    在上例虚拟正弦信号发生器的基础上再加个正弦波发生器,为两个正弦波发生器一个做载,一个做调制信号。

    前面板设计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。九个输入型数字控件供使用者键入采样频率、采样点数、高频信号频率、低频信号频率、高频信号幅值、低频信号幅值、高频信号初始相位、低频信号初始相位。

    前面板设计如下:

1.015.jpg

    程序框图如下:

1.016.jpg

进行检验:

   (1)、设置低频信号的频率为1Hz,幅值为1V,初始相位为0,设置载波高频信号的频率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。

1.017.jpg

(2)、设置低频调制信号的频率为1Hz,幅值为1V,初始相位为0°;设置载波高频信号的频率为10Hz,幅值为1V,初始相位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10Hz,采样点数均为200点。运行结果如图所示。

1.018.jpg

  • 、设置低频调制信号的频率为1Hz,幅值为1V,初始相位为0°;设置载波高频信号的频率为10Hz,幅值为1V,初始相位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300点。运行结果如图所示。

1.019.jpg

  • 结束语

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,使我们能够在计算机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。它可以提高实验效降低实验成本、增强学生学习的积极性,取得较好的教学成果,其具有传统实验所无比拟的优势。本文设计的调制解调器正是通过LABVIEW环境下的各种虚拟器件以及虚拟信号发生器的显示波形实现了模电实验的仿真。

另外,LABVIEW本身是一个功能完整的软件开发环境,由于其采用了基于流程图的图形化编程方式,不需要任何代码,是真正的工程师语言。基于LABVIEW下的虚拟仪器设计将是未来虚拟仪器设计方法的主流。



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