基于EVILS平臺的DSB調制解調系統的設計

安徽師范大學物電學院 張 勤 張持健

隨著信息時代的快速發展，信息科學技術已成為21世紀國際社會和世界經濟發展的強大動力，調制和解調系統在通信、廣播、電視等信息傳輸系統中已得到了廣泛的應用[1]。調制過程是將信號頻譜搬移到任何所需的較高頻率范圍，這樣信號就容易以電磁波形式輻射出去[2]。幅度（AM）、雙邊帶(DSB)、單邊帶(SSB)調制是短波通信的三種主要方式。點對點的專用通信一般用DSB調制。NI EVILS集成了12種常用的實驗室儀器，能夠配合圖形化系統設計環境LabVIEW設計新的、針對多種學科的實驗室教學及創新實驗，為電子電路、信號處理、測試測量、控制和通信等學科課堂和實驗教學提供了領先的教育平臺。本文主要先基于LabVIEW對DSB調制解調系統進行了設計，然后用其波形圖做了仿真演示，后通過EVILS工作臺的示波器和外接實物示波器觀察調制、DSB已調和解調信號，并對三種顯示結果加以比較。

一、DSB調制原理

在AM調制模型圖1中將直流A0去掉，即可得到一種高調制效率的調制方式——抑制載波雙邊帶信號(DSB-SC)，簡稱雙邊帶信號(DSB)[3]。若調制信號m( t)的頻譜為M(ω)，占據-ωm至ωm的有限帶寬，將其與載波信號cos(ωct )相乘，即可形成雙邊帶信號 sDSB(t)。其時域表達式為：

由已調信號 sDSB(t)恢復原始信號m( t)的過程稱為解調。將 sDSB(t)與cos(ωct )相乘得

可見信號的頻譜被搬移到載頻cω附近。到m0( t)，其時域表達式如下：

再利用一個低通濾波器(帶寬大于ωm，小于2ωc-ωm)，濾除在頻率為2ωc附近的分量，即可得到m( t)，完成解調。

二、NI ELVIS平臺簡介

ELVIS(education laboratory virtual instrumentation suit)是美國國家儀器(NI)公司針對高校實驗室教學內容開發的一套平臺[11]。NI ELVIS系列平臺是使用以LabVIEW為基礎的軟件工具和一個特別定制的包含原型板的工作臺來提供一整套常見功能的實驗室儀器。

圖1 AM調制模型

圖2 ELVIS 2.0中虛擬儀器

圖3 NI ELVIS硬件平臺

圖4 DSB調制解調系統的程序框圖

圖5 DSB調制解調系統前面板

圖6

圖7

NI ELVIS 2.0是支持NI ELVIS硬件平臺工作的軟件，它提供的LabVIEW虛擬儀器如圖2所示。

實驗可以在LabVIEW中調用ELVIS 2.0來測量實際的波形，并使之與仿真波形進行對比。

NI ELVIS平臺包括一個特別定制的工作臺和一個原型板，如圖3所示。其中底層是個特別的工作臺，工作臺集成了數字萬用表、信號發生器、示波器、可變電源、雙蹤示波器等12種常用的實驗室儀器；上層是一個可插式的原型板，它包括一些插口和一個面包板，插口通常與一些儀器相連，便于觀察輸出的波形或者向面包板提供所要的信號，而面包板則可以在它上面搭建硬件電路，使得實驗更加真實化。

三、LabView實現

前面板中放置3個波形圖，分別用于顯示調制波、已調信號DSB波、解調波，程序框圖的組成如圖4。

點擊前面板，輸入調制波頻率、幅度，載波頻率、幅度，低通濾波器的截止頻率后運行如圖5顯示。

四、基于ELVIS實際顯示波形

先檢查ELVIS工作臺的電源已經連接并打開，并且已經連接至PC機。通過開始>>所有程序>>National Instruments>>NI ELVIS 2.0>>NI ELVIS打開ELVIS Instrument Launcher，點擊“configure”對系統進行自檢。如果ELVIS平臺和PC機連接完好，會出現圖6的反饋信息。

在剛才的LabVIEW程序的程序框圖中添加“DAQ Assistant”，在彈出的對話框中選擇“Analog Output”后，再選擇“Voltage”，在彈出的新的對話框中選擇“ao0”，表示將從ELVIS的原面包的DAC0端接受到仿真信號。后在ELVIS的原型板之間連接以下4條連線：

打開ELVIS Instrument Launcher選擇“Oscilloscope”，選擇信號來源為“ACH0”，連續運行程序，會在ELVIS的示波器上得到如下的圖形（和程序程前面板的顯示波形基本上一樣），如圖7所示。

同時將實物示波器和BNC 1相連，會在實物示波器上得到同樣的波形。

同樣的方法可以在ELVIS工作臺提供的示波器和外接的實物示波器上觀察到DSB已調波形和解調波的波形。

五、結束語

基于LabVIEW可以設計仿真DSB調制解調系統，通過程序框圖中直觀程序的設計學生可以很輕松地去理解和掌握這一原理，進而利用ELVIS平臺可以真實地觀察到仿真系統中的各類信號，且真實觀察到的信號與LabVIEW仿真系統中的顯示基本一直，給人以仿真到實際的過度，后續可以在ELVIS的原型板上搭建實際的DSB調制解調電路系統，通過ELVIS的工作臺可以很直觀地觀察實際系統的各類信號，真正意思上完成從系統仿真到實際的轉換。

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