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云南师范大学通信原理实验-03(频谱分析).doc

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资源描述

1、本科学生实验报告云南师范大学教务处编印一、实验设计方案实验序号实验3实验名称频谱分析实验实验时间2014-3-28实验室云南师范大学同析3栋通信原理实验室1、 实验目的1.1通过对输入模拟信号频谱的观察和分析,加深对傅里叶变换的信号频率特性的理解。1.2掌握频谱分析模块的实验方法。2、 实验内容2.1 将信号源输出的模拟信号输入本模块,观察其频谱。2.2 将其他模块输出的模拟信号输入本模块,观察期频谱。3、 实验仪器及实物图3.1 信号源模块(一块),如下图;图一 信号源实物图其中信号源中的主要器件有: CPLD:ALTER MAX EPM3256ATC144-10,该器件是Altera公司的

2、MAX 3000系列CPID,其特点如下:l 高性能,低功耗CMOS EEPOM技术l 遵循IEEE STD.1149.1 JOINT TEST ACTION GROUP(JTAG)增强的ISP功能l 高密度可编程逻辑器件,5000可用门l 4.5-ns pin to pin 延时,最高频率227.3Mhzl I/O接口支持5V、3.3V和2.5V等多种电平,实物图如下: 存储器:ATMEL AT28C64Bl ATMEL(爱特梅尔)AT28C64是一种采用NMOS、CMOS工艺制成的8K8位28引脚的可用碘擦除可编程只读存储器。l 其读写像SRAM操作一样,不需要外加任何元器件,读访问速度可

3、为45ns-450ns,在写入之前自动擦除,有部分芯片具有两种写入方式,一种像28(C)17一样的字节写入方式,还有另一种页写入方式,AT28C64的也寄存器为64B。l ATMEL并行节后EEPROM程序储存器芯片AT28C64采用单一电源+5V0,1V,低功耗工作电流30mA,备用状态时只有100pA出,与TTL电平兼容。l 一般商业品工作温度范围为0-70,工业品为-40-+85。实物图如下: MCU:ATMEL AT89S51 AT89S51-24PC单片机,最高工作频率24M,供电电压范围4.0-5.5V,40脚DIP封装,片内4K字节的FLASH程序存储器,128字节的片内ram,

4、2个定时器、计数器,6个中断源等。实物图如上.3.2 20M双综示波器(一台),如下图:3.3 连接线(若干),如下图:3.3频谱分析模块,如下图:频谱分析中的主要元件:(1) 可编程逻辑器件CPLD:ALTERA MAX EPM7128SLC84-15可编程逻辑器件CPLD,同实验2.(2) 数字信号处理芯片DSP:TMS32VC5402TMS32VC5402芯片是C5000系列中性价比较高的一颗芯片,独特的6总线哈佛结构,使其能够6调流水线同时工作,工作频率达到100Mhz,VC5402除了使用VC54x系列中常用的通用I/O口,还为用户提供了多个可选的GPIO,HPI-8和McBSP。T

5、MS32VC5402是IT公司近年推出的性价比比较高的定点数字信号处理器,器主要特点有: 操作速率达100MHz; 具有先进的多总线结构(1条程序总线,3条数据总线和4条地址总线); 40位算术逻辑运算单元(ALU),包括1个40位桶形移位寄存器和个独立的40为累加器。 17位并行乘法器与40位专用加法器相连,用于非流水线式单周期乘法、累加(MAC)运算; 双地址生成器,包括8个辅助寄存器和2个辅助寄存器算术运算单元(ARAU)。 数据、程序寻址空间1M16bit,内存4k16bit和16K16bit双存取RAM; 内置可编程等待状态发生器,锁相环(PLL)时钟发生器,2个多通道缓冲 串行口;

6、1个8位并行为外部处理器通信的HPI口,2个16位定时器及6通道DMA控制器。 低功耗,工作电源3,3V和1,8V。(3)29LE01029LE010是12K8BitEEProm存储器。4、实验原理、实验流程或装置示意图实验原理: 在本实验箱中,模拟信号从S-IN输入,进过低通滤波器以后,通过用拨码开关SW01进行选择的通道对经预处理后的模拟信号进行AD转换,然后数字信号传送到U01进行处理,最后把处理后的信号经两片8位DA转换器进行DA转换以后分成X轴和Y轴信号输出到示波器上进行频谱观察。信号处理款图如下:一、低通滤波器低通滤波器的作用是抗混叠,所谓混叠是指信号的最高频率超过1/2倍的采样频

7、率时,部分频率成分互相交叠起来的现象,这是混叠的那部分频率成分的幅值就与原来情况不同,采用就造成了信息的损失,因此在采样前需要对输入信号做滤波,以去除输入信号中高于1/2倍采用频率的那部分频率成分,这种以防混叠的模拟滤波器有称为“抗混叠滤波器”。低通滤波器如下图:二、增益调节电路该电路又叫信号调理电路,没在AD转换器都有其输入的满肚电压,如果输入信号的幅度超过了这个范围,就会因为限幅而照成失真,而在满度电压的范围内,大信号转换精度高,小信号的转换精度低,因此,在AD转换前应先将信号输入至一个信号调理电路,使得输入AD转换器信号既不超过满度电压,又尽可能接近满度,提高转换精度。增益调节图如下:三

8、、AD转换器电路 本电路采用的是低功耗10位20MSPS模数转换器TLC876,在本模块中,将进过低通滤波器和信号增益电路的模信号转换成数字信号,电路原理图如下:四、DA转换器电路原理图如下(X增益调节):Y增益调节: 转换电路是由7524和运放TLE2084构成双极性输出的转换电路,通过此电路将计算得到的数字信号转换为模拟信号,从计算处理得到的数据,其中高8位数据通过DA转换为X轴的信号从X-out输出,地8位的从Y-out输出。5、实验方法步骤及注意事项5.1 将信号源模块、终端模块小心地同定在主机箱中,确保电源接触良好。5.2 插上电源线,扣开主机箱右侧的交流开关,再分别按F两个模块中的

9、开关POWERI、 POWER2,对应的发光二极管LED01、LED02发光,按一下信号源模块的复位键,两个模块均开始工作。(注意,此处只足验证通电是否成功,在实验中均是先连线,后扣升电源做实验,不要带电连线)。5.3用连接线连接信号源模块中信号输出点“32KHZ正弦波”及频谱分析模块中“信号输入点”,调节输入增益调节点位器P02调节输入增益,使输入信号的“峰峰值测试点”为3V左右。5.4 设置拨码开关SW01进行选择低通滤波器的通道,可拨为0010。5.5 设置拨码开关SW02进行采样频率设置,这里可以设为0110.5.6 示波器选择为X-Y模式,分别调节电位器“X增益调节”,“Y增益调节”

10、,改变信号输出增益,使示波器上显示的波形清晰且幅度适中,即可进行观察。5.7 关闭交流电源电源开关,取出选用任意可输出模拟信号的模块固定在主机箱上,将其输出的模拟信号送如频谱分析模块,选择正确的通道,观察输出波形。注意事项: 输入单频率成分的模拟信号时,应选择大于输入信号频率的最低采样频率的通道,即输入频率为32Khz时,应选用112kHz通道,选择其他的实验结构可能不准确。 输入多频率成分的模拟信号时。应根据输入信号所包含的频率中的最高频率选择通道,即输入信号中包含2kHz,16kHz,32kHz等频率成分,则应选择大于最高采用频率成分中的最低频率的通道112kHz。 输入信号峰峰值不得超过

11、4V。 当没有信号显示或显示明显不正常时,按下复位键K01进行复位。 输入信号的最高频率不能高于1Mhz。二实验过程1、实验现象及结果 按照步骤一的连接好实验实物,从信号源模块输出一个32K的正弦波峰峰值在3-4V左右。图如下:拨码开关如下置:波形如下:示波器使用YT模式检测X-out测试点的波形如下:示波器使用YT模式观察Y-out测试点的波形如下:XY模式实物连接和测试波形:课后总结及思考:通过本实验对模拟信号频谱的观察和分析。加深了对傅里叶变换和信号频率特性的理解。并且掌握了频谱分析模块的使用方法。熟悉了增益调节电路,AD转换电路,DA转换电路的一些工作原理。教师评语及评分:签名: 年 月 日16

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