实验七 信号调制与解调实验
一. 实验目的
1. 通过本实验熟悉信号的幅值调制与解调原理。
2. 了解信号调制与解调过程中波形和频谱的变化，加深对调制与解调的理解。
二. 实验原理
在测试技术中，调制是工程测试信号在传输过程中常用的一种调理方法，主要是为了解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题。例如，被测物理量，如温度、位移、力等参数，经过传感器交换以后，多为低频缓变的微弱信号，对这样一类信号，直接送入直流放大器或交流放大器放大会遇到困难，因为，采用级间直接耦合式的直流放大器放大，将会受到零点漂移的影响。当漂移信号大小接近或超过被测信号时，经过逐级放大后，被测信号会被零点漂移淹没；为了很好地解决缓变信号的放大问题，信息技术中采用了一种对信号进行调制的方法，即先将微弱的缓变信号加载到高频交流信号中去，然后利用交流放大器进行放大，最后再从放大器的输出信号中取出放大了的缓变信号。上述信号传输中的变换过程称为调制与解调。
图7.1 信号的调制和解调过程
在信号分析中，信号的截断、窗函数加权等，亦是一种振幅凋制；对于混响信号，所谓由于回声效应引起的信号的叠加、乘积、卷积等，其中乘积即为调幅现象。信号调制的类型，一般正（余）弦调制可分为幅度调制、频率调制、相位调制三种，简称为调幅（am）、调频（fm）、调相（pm）。
调幅是将一个高频正弦信号（或称仅波）与测试信号相乘，使载波信号幅值随测试信号的变化而变化。
例如，低频被调制波为x(t)=asin(2π50t) ，高频载波为y(t)=sin(2π500t)
则信号调制过程为：z(t)=x(t)y(t)
对应的，其解调过程为：v(t)=z(t)y(t)，x'(t)=低通滤波{v(t)}
三. 实验仪器和设备
1. 计算机 n台
2. drvi快速可重组虚拟仪器平台 1套
3. 打印机 1台
四. 实验步骤及内容
1. 启动服务器，运行drvi主程序，开启drvi数据采集仪电源，然后点击drvi快捷工具条上的\"联机注册\"图标，选择其中的\"drvi采集仪主卡检测\"进行服务器和数据采集仪之
间的注册。联机注册成功后，分别从drvi工具栏和快捷工具条中启动\"drvi微型web服务器\"和\"内置的web服务器\"，开始监听8500和8600端口。。
2. 打开客户端计算机，启动计算机上的drvi客户端程序，然后点击drvi快捷工具条上的\"联机注册\"图标，选择其中的\"drvi局域网服务器检测\"，在弹出的对话框中输入服务器ip地址（例如：192.168.0.1），点击\"发送\"按钮，进行客户端和服务器之间的认证，认证完毕即可正常运行客户端所有功能。
3. 在drvi软件平台的地址信息栏中输入如下信息\"http://服务器ip地
址:8600/gccslab/index.htm\"，打开web版实验指导书，在实验目录中选择\"信号调制和解调\"实验，按实验原理和要求设计该实验。
4. 该实验需要提供原始信号和高频载波信号，drvi中的\"数字信号发生器\"芯片可以
完成这项功能，可以在软件面包板上插入两片\"数字信号发生器\"芯片，\"信号类型\"设置为2来产生正弦信号，其中一片的\"参数1\"设置为50，产生50hz的信号作为原始信号使用，并放置在编号为\"6000\"的数据总线上，另外一片\"参数1\"设置为800，产生800hz的载波信号，并放置在编号\"6001\"的数据总线上，再用一片\"启/停按钮\"芯片制信号是否产生；为实现调制功能，需要插入一片\"数组运算\"芯片
与它们联动来控
，将6000和6001
上的数据做乘法运算后放置在\"6002\"的数据总线上；为实现同步解调功能，再插入一片\"数组运算\"芯片
，将6002和6001上的数据做乘法运算后放置在\"6003\"的数据总线上；
做数字滤波处理，从而得到还原后的信号，
同时对6003上面的数据用\"数字滤波\"芯片
并放置在数据总线\"6004\"上，对于该芯片的上归一化截止频率，插入一片\"水平推杆\"芯片来调节，滤波器的阶次，则采用\"多联开关\"芯片示\"芯片
来选择；另外选择五片\"波形/频谱显
，用于显示以上处理结果；然后根据连接这些芯片所需的数组型数据线数量，
，用于存储5组数组型数据；再加上一些文字显示芯片
和装饰
插入5片\"内存条\"芯片
芯片，就可以搭建出一个\"信号调制和解调\"实验。所需的软件芯片数量、种类、与软件
总线之间的信号流动和连接关系如图7.2所示，根据原理设计图在drvi软面包板上插入上述软件芯片，修改其属性窗中相应的连线参数就可完成该实验的设计和搭建过程。
图7.2 信号调制与解调实验原理设计图
5. \"数组运算\"芯片和\"数字滤波\"芯片的参数设置说明如下：对于\"数组运算\"芯片，
其\"计算类型\"设置为2表示进行乘法运算，为了将数据总线6000和6001上的数据做乘法运算并输出到数据总线6002上，将\"输入数组1\"、 \"输入数组2\"和\"输出数组\"的值分别设置为6000、6001、6002，如图7.3所示；对于\"数字滤波\"芯片，为了能方便的选择滤波器阶次和归一化截止频率，将其\"滤波器阶次线号\"设置为2，与\"多联开关\"芯片连接起来，将其\"上归一化截止线号\"设置为3，与推杆芯片联系在一起（只作低通滤波处理），数据从6003上获取，处理完后放置在6004上，如图7.4所示。
图7.3 \"数组运算\"芯片参数设置样例 图7.4 \"数字滤波器\"芯片参数设置样例
6. 也可以直接点击附录中\"该实验脚本文件\"的链接，将本实验的脚本文件贴入并运行。实验效果图如图7.5所示。
图7.5 信号调制与解调实验效果图
7. 点击 \"运行\"按钮，观察信号调制与解调过程中信号波形的变化。
8. 改变虚拟信号发生器的频率，再次观察调制后的信号波形变化。
9. 修改滤波器的阶次和归一化截止频率，观察经滤波处理后信号波形的变化。
五. 实验报告要求
1. 简述实验目的和原理。
2. 根据实验原理和要求整理出本实验的设计原理图。
3. 分析信号调制解调过程中信号波形和频谱的变化，并附上相应的波形曲线。
六. 思考题
1. 信号经过调制以后，在什么情况下会出现波形失真现象？
2. 频率调制和幅度调制有何区别？
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