基于LABVIEW的虛擬調制解調器設計

摘要：

    虛擬技術的發展使電子技術的分析設計過程得以在計算機上輕松、準確、快捷地完成。這樣，一方面克服了實驗室在元器件和規格上的限制，避免了損壞儀器等不利因素，另一方面使得實驗不受時間及空間的限制，從而促進虛擬電子技術試驗教學的現代化。本文介紹了基于LABVIEW的虛擬電子技術實驗系統——虛擬調制解調器的設計實現。此系統具有參數調節方便、易實現、可靠度高等優點。在高等工程教育中采用虛擬實驗室，可以從根本上解決實驗與實習經費嚴重短缺問題。作為傳統電子技術實驗的補充，使我們學生初步掌握仿真軟件技術，可使實驗內容緊密聯系課本內容，比較全面地概括和反映部分所學的知識點，講課堂內容具體化。

一、調制解調器的基本概念及分類

    調制解調器（即Modem），是計算機與電話線之間進行信號轉換的裝置，由調制器和解調器兩部分組成，調制器是把計算機的數字信號調制成可在電話線上傳輸的聲音信號的裝置，在接收端，解調器再把聲音信號轉換成計算機能接收的數字信號。通過調制解調器和電話線就可以實現計算機之間的數據通信。

    目前調制解調器主要有兩種：內置式和外置式。

• 調制解調器的作用
  

    調制解調器是調制器——解調器的簡稱。它安裝在電腦和電話系統之間，使電腦可以通過電話線與另一臺電腦進行信息交換。

    電話系統的主要功能是傳輸聲音信號。由于電話線路分布很廣，為電腦之間的連接提供了條件，也為人們連入互聯網提供了方便。

• 調制解調器的工作原理及算法
  

功能要求：

    用該調幅波解調器可觀察調幅波，以及經過巴特沃斯濾波器后的解調信號波形。

調制解調原理：

    調制解調器由發送、接收、控制、接口、操縱面板及電源等部分組成。數據終端設備 以二進制串行信號形式提供發送的數據，經接口轉換為內部邏輯電平送入發送部分，經調制電路調制成線路要求的信號向線路發送。接收部分接收來自線路的信號，經濾波、反調制、電平轉換后還原成數字信號送入數字終端設備。

  （a）、調幅波的數字表達式及其特性

    式中，

——常量，

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——高頻載波角頻率，

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——低頻緩變信號，其上限角頻率為

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。

    上式就是調幅波的一般數學表達式，他反映了低頻緩變信號

對一高頻

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振蕩信號

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的控制。通常一般將控制高頻信號的緩變信號稱為調制信號，載送緩變信號的高頻

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振蕩信號

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稱為載波。利用信號

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來控制或改變高頻振蕩的幅值稱為調制過程。

  （b）、調幅波的解調

    調幅波

的幅值反映調制信號數值的變化，在調制器之后加解調器，可將被測的調制信號

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與調幅波

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分離，并最后提取出來。解調器有乘法器和低通濾波器組成。

• 總體程序設計
  

• 前面板設計
  

    在上例虛擬正弦信號發生器的基礎上再加個正弦波發生器，為兩個正弦波發生器一個做載，一個做調制信號。

    前面板設計需添加參數輸入型數字控件，用以設置低通濾波器的低截止頻率。增加三個輸出顯示型控件，分別用以顯示載波、調制波、解調波的波形。九個輸入型數字控件供使用者鍵入采樣頻率、采樣點數、高頻信號頻率、低頻信號頻率、高頻信號幅值、低頻信號幅值、高頻信號初始相位、低頻信號初始相位。

    前面板設計如下：

    程序框圖如下：

進行檢驗：

   (1)、設置低頻信號的頻率為1Hz，幅值為1V，初始相位為0，設置載波高頻信號的頻率10Hz，幅值為1V，初始相位為0，設置巴特沃斯濾波器的低截止頻率為2Hz，設置對調制和載波信號的采樣頻率均為50Hz，采樣點數均為200點。運行結果如圖所示。

(2)、設置低頻調制信號的頻率為1Hz，幅值為1V，初始相位為0°；設置載波高頻信號的頻率為10Hz，幅值為1V，初始相位0°；設置巴特沃斯濾波器的低截止頻率為2Hz;設置對調制和載波信號的采樣頻率均為10Hz,采樣點數均為200點。運行結果如圖所示。

• 、設置低頻調制信號的頻率為1Hz，幅值為1V，初始相位為0°；設置載波高頻信號的頻率為10Hz，幅值為1V，初始相位0°；設置巴特沃斯濾波器的低截止頻率為2Hz;設置對調制和載波信號的采樣頻率均為50Hz,采樣點數均為300點。運行結果如圖所示。
  

• 結束語
  

事實證明，將虛擬儀器技術引入到教學實驗中是行之有效的解決方案。應用虛擬儀器技術，使我們能夠在計算機上按照自己的需求來設計實驗與儀器，方便靈活而且開發周期短。它可以提高實驗效降低實驗成本、增強學生學習的積極性，取得較好的教學成果，其具有傳統實驗所無比擬的優勢。本文設計的調制解調器正是通過LABVIEW環境下的各種虛擬器件以及虛擬信號發生器的顯示波形實現了模電實驗的仿真。

另外，LABVIEW本身是一個功能完整的軟件開發環境，由于其采用了基于流程圖的圖形化編程方式，不需要任何代碼，是真正的工程師語言。基于LABVIEW下的虛擬儀器設計將是未來虛擬儀器設計方法的主流。

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