基于EVILS平台的DSB调制解调系统的设计

安徽师范大学物电学院 张 勤 张持健

随着信息时代的快速发展，信息科学技术已成为21世纪国际社会和世界经济发展的强大动力，调制和解调系统在通信、广播、电视等信息传输系统中已得到了广泛的应用[1]。调制过程是将信号频谱搬移到任何所需的较高频率范围，这样信号就容易以电磁波形式辐射出去[2]。幅度（AM）、双边带(DSB)、单边带(SSB)调制是短波通信的三种主要方式。点对点的专用通信一般用DSB调制。NI EVILS集成了12种常用的实验室仪器，能够配合图形化系统设计环境LabVIEW设计新的、针对多种学科的实验室教学及创新实验，为电子电路、信号处理、测试测量、控制和通信等学科课堂和实验教学提供了领先的教育平台。本文主要先基于LabVIEW对DSB调制解调系统进行了设计，然后用其波形图做了仿真演示，后通过EVILS工作台的示波器和外接实物示波器观察调制、DSB已调和解调信号，并对三种显示结果加以比较。

一、DSB调制原理

在AM调制模型图1中将直流A0去掉，即可得到一种高调制效率的调制方式——抑制载波双边带信号(DSB-SC)，简称双边带信号(DSB)[3]。若调制信号m( t)的频谱为M(ω)，占据-ωm至ωm的有限带宽，将其与载波信号cos(ωct )相乘，即可形成双边带信号 sDSB(t)。其时域表达式为：

由已调信号 sDSB(t)恢复原始信号m( t)的过程称为解调。将 sDSB(t)与cos(ωct )相乘得

可见信号的频谱被搬移到载频cω附近。到m0( t)，其时域表达式如下：

再利用一个低通滤波器(带宽大于ωm，小于2ωc-ωm)，滤除在频率为2ωc附近的分量，即可得到m( t)，完成解调。

二、NI ELVIS平台简介

ELVIS(education laboratory virtual instrumentation suit)是美国国家仪器(NI)公司针对高校实验室教学内容开发的一套平台[11]。NI ELVIS系列平台是使用以LabVIEW为基础的软件工具和一个特别定制的包含原型板的工作台来提供一整套常见功能的实验室仪器。

图1 AM调制模型

图2 ELVIS 2.0中虚拟仪器

图3 NI ELVIS硬件平台

图4 DSB调制解调系统的程序框图

图5 DSB调制解调系统前面板

图6

图7

NI ELVIS 2.0是支持NI ELVIS硬件平台工作的软件，它提供的LabVIEW虚拟仪器如图2所示。

实验可以在LabVIEW中调用ELVIS 2.0来测量实际的波形，并使之与仿真波形进行对比。

NI ELVIS平台包括一个特别定制的工作台和一个原型板，如图3所示。其中底层是个特别的工作台，工作台集成了数字万用表、信号发生器、示波器、可变电源、双踪示波器等12种常用的实验室仪器；上层是一个可插式的原型板，它包括一些插口和一个面包板，插口通常与一些仪器相连，便于观察输出的波形或者向面包板提供所要的信号，而面包板则可以在它上面搭建硬件电路，使得实验更加真实化。

三、LabView实现

前面板中放置3个波形图，分别用于显示调制波、已调信号DSB波、解调波，程序框图的组成如图4。

点击前面板，输入调制波频率、幅度，载波频率、幅度，低通滤波器的截止频率后运行如图5显示。

四、基于ELVIS实际显示波形

先检查ELVIS工作台的电源已经连接并打开，并且已经连接至PC机。通过开始>>所有程序>>National Instruments>>NI ELVIS 2.0>>NI ELVIS打开ELVIS Instrument Launcher，点击“configure”对系统进行自检。如果ELVIS平台和PC机连接完好，会出现图6的反馈信息。

在刚才的LabVIEW程序的程序框图中添加“DAQ Assistant”，在弹出的对话框中选择“Analog Output”后，再选择“Voltage”，在弹出的新的对话框中选择“ao0”，表示将从ELVIS的原面包的DAC0端接受到仿真信号。后在ELVIS的原型板之间连接以下4条连线：

打开ELVIS Instrument Launcher选择“Oscilloscope”，选择信号来源为“ACH0”，连续运行程序，会在ELVIS的示波器上得到如下的图形（和程序程前面板的显示波形基本上一样），如图7所示。

同时将实物示波器和BNC 1相连，会在实物示波器上得到同样的波形。

同样的方法可以在ELVIS工作台提供的示波器和外接的实物示波器上观察到DSB已调波形和解调波的波形。

五、结束语

基于LabVIEW可以设计仿真DSB调制解调系统，通过程序框图中直观程序的设计学生可以很轻松地去理解和掌握这一原理，进而利用ELVIS平台可以真实地观察到仿真系统中的各类信号，且真实观察到的信号与LabVIEW仿真系统中的显示基本一直，给人以仿真到实际的过度，后续可以在ELVIS的原型板上搭建实际的DSB调制解调电路系统，通过ELVIS的工作台可以很直观地观察实际系统的各类信号，真正意思上完成从系统仿真到实际的转换。

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