Allgemeiner Teil

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Andreas Antony 5 BHELI 2006/07
Digitale Modulation
Allgemeiner Teil
Titel der Übung:
Übungsnummer:
Übungsplatz:
Datum der Übung:
Klasse:
Gruppe:
Schriftführer:
Übungsteilnehmer:
Digitale Modulation (xSK, PCM)
I/4
8
14.11.2006
5 BHELI
3a
Andreas Antony
Andreas Antony
Andreas Hager
Erich Reim
Bernhard Schneider
Inhaltsverzeichnis
Allgemeiner Teil…………..…………………………………………………………….. 1
Inhaltsverzeichnis………………………………………………………………………. 1
1.PCM (Pulse Code Modulation)……………………………………………………… 2
1.1. Aufgabenstellung………………………………………………………….. 2
1.2. Übungsdurchführung……………………………………………………… 2
1.2.1. Spannungsteiler…………………………………………………. 2
1.2.2. Messschaltung…………………………………………………… 3
1.2.3. Messtabelle………………………………………………………. 3
2. Multiplexverfahren…………………………………………………………………… 4
2.1. Aufgabenstellung………………………………………………………….. 4
2.2. Übungsdurchführung……………………………………………………… 5
2.2.1. Messchaltung……………………………………………………. 5
2.2.2. Screenshots……………………………………………………… 6
3. ASK (Amplitude Shift Keying)……………………………………………………….9
3.1. Aufgabenstellung………………………………………………………….. 9
3.2. Übungsdurchführung……………………………………………………… 9
3.2.1. Messschaltung…………………………………………………… 9
3.2.2. Screenshots……………………………………………………… 10
4. FSK (Frequency Shift Keying)……………………………………………………… 12
4.1. Aufgabenstellung………………………………………………………….. 12
4.2. Übungsdurchführung……………………………………………………… 12
4.2.1. Messschaltung…………………………………………………… 12
4.2.2. Screenshots……………………………………………………… 13
5. PSK (Phase Shift Keying)…………………………………………………………... 14
5.1. Aufgabenstellung………………………………………………………….. 14
5.2. Übungsdurchführung……………………………………………………….14
5.2.1. Messschaltung…………………………………………………… 14
5.2.2. Screenshots……………………………………………………………… 15
Messprotokoll…………………………………………………………………………... 17
Inventarliste………………………………………………………………………………20
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1.PCM (Pulse Code Modulation):
1.1. Aufgabenstellung:
Zu Beginn der Übung musste man einen Spannungsteiler dimensionieren,
damit eine Spannung zwischen +5V und -5V abgegriffen werden kann. Das
Netzteil hat eine Versorgungsspannung von +5V und -15V.
Dieser Spannungsteiler wird für den Eingang des PCM-Modulators
verwendet. Der PCM-Modulator soll mit dem PCM-Demodulator auf HPSBauplatten verschalten werden. Dann soll eine Messtabelle mit der
Eingangs- und Ausgangsspannung und den dazugehörigen Binärwert und
Dezimalwert nach dem ADC erstellt werden, der mittels LED´s angezeigt
wird.
1.2. Übungsdurchführung:
1.2.1. Spannungsteiler:
Zuerst nahmen wir ein 10kΩ Potentiometer. Wir berechneten uns den
Widerstand so, dass wenn das Potentiometer auf 10kΩ eingestellt ist, dann
muss auf dem Schleifer eine Spannung von -5V sein. Da -5V genau in der
Mitte von +5V und -15V ist, verwenden wir für den Serienwiderstand
R1=10kΩ.
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1.2.2. Messschaltung:
Messgeräte:
P2:
P3:
Fluke 189: VDC
Fluke 189: VDC
Schaltungsbeschreibung:
Die Gleichspannung wird noch verstärkt und vom Abtast-Halte Glied
(Sample & Hold) abgetastet mittels Schalter und Kondensator, damit der
Wert im ADC (Analog Digital Converter) gespeichert bleibt.
1.2.3. Messtabelle:
Es wird mit dem Potentiometer Rp eine Spannung Ue zwischen -5V und
+5V in 1V-Schritten eingestellt und die Eingangsspannung Ue und
Ausgangsspannung Ua mit dem Voltmeter gemessen und in die Tabelle
eingetragen. Weiters wird der Binärwert und Dezimalwert des ADC´s durch
die LED´s angezeigt und in die Tabelle eingetragen:
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Ue / V
-4,97
-4,03
-3,07
-2,02
-1,09
-0,08
1,02
2,00
3,00
4,00
5,01
Ua / V
-4,92
-4,14
-3,04
-2,1
-1,17
-0,06
1,03
1,97
3,06
4,01
4,95
Binärwert
000000
000110
001100
010110
011000
011110
100110
101010
110011
111001
111111
Digitale Modulation
Dezimalwert
0
6
12
18
24
32
38
44
51
57
63
Erkenntnisse:
In der Messtabelle kann man erkennen, dass eine kleine
Spannungsdifferenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung auftritt,
die aufgrund von Quantisierungsfehlers des ADC (Analog Digital Converter)
und DAC (Digital Analog Converter) entstehen.
2. Multiplexverfahren:
2.1. Aufgabenstellung:
Die Aufgabe ist es die bestehende Schaltung von Punkt 1 um eine
Zeitmultiplexer (HPS-Bauplatte) und Zeitdemultiplexer (HPS Bauplatte) zu
erweitern. Am Eingang 1 soll die Gleichspannung Ue1 = -3V mit dem
Potentiometer eingestellt werden. Am Eingang 2 wird ein
Funktionsgenerator angeschlossen, der einen Sinus mit Upp=8V und
f=1kHz liefert.
Dazu sollen einige Messungen mit dem Oszilloskop durchgeführt werden.
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2.2. Übungsdurchführung:
2.2.1. Messchaltung:
Messgeräte:
P1:
P2:
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Die Eingangssignale Ue1 und Ue2 werden zu zwei verschiedenen
Zeitpunkten Zeiten mit den Signalen Ust1 und Ust2 angesteuert:
Ust1
Ust2
2.2.2. Screenshots:
Danach machten wir noch zusätzliche Messungen mit dem Oszilloskop,
wobei bei den Screenshots 1-4 das Eingangssignal Ue2 auf Kanal 1 ist.
Screenshot 1:
Auf dem Kanal 2 wird das zeitgemultiplexte Signal dargestellt:
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Hier kann man am Kanal 2 erkennen, dass das Sinussignal mit der
Gleichspannung überlagert ist.
Screenshot 2:
Auf dem Kanal 2 wird das PCM-Signal dargestellt:
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Screenshot 3:
Auf dem Kanal 2 wird das wieder zeitdemultiplexte Eingangssignal Ue2
dargestellt:
Screenshot 4:
Auf dem Kanal 2 wird das zeitdemultiplexte Eingangssignal Ue2 dargestellt,
das durch den Tiefpass geglättet wird:
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Hier kann man erkennen, dass das Sinus-Ausgangssignal eine kleine
Phasenverschiebung aufweist, die auf den Tiefpass zurückzuführen ist.
3. ASK (Amplitude Shift Keying):
3.1. Aufgabenstellung:
Nachdem die Gruppen die Arbeitsplätze getauscht haben, mussten wir die
ASK-Schaltung mit HPS-Bauplatten aufgebaut werden und sollten bei
verschiedenen Messpunkten mit dem Oszilloskop Messungen durchführen.
Bei dieser Art von Modulation wird die Amplitude verändert.
3.2. Übungsdurchführung:
3.2.1. Messschaltung:
Messgerät: P1:
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Beim Modulator wird zunächst die Frequenz halbiert (f=2,4kHz), dann in ein
Dreiecksignal und in ein Sinussignal umgewandelt und mit 150Hz
„abgetastet“.
Der Demodulator besteht aus einem Brückengleichrichter (wandelt negative
Halbwellen in positive um), Tiefpass (entfernt hohe Frequenzen) und einen
Schmitt-Trigger (Flankenverbesserung).
Messgeräte:
P1:
Tektronix TDS 2014
3.2.2. Screenshots:
Screenshot 5:
Zuerst stellten wir das Trägersignal (Carrier 2,4 kHz) auf Kanal 1-4 dar, das
auch bei der PSK verwendet wird:
Kanal 1:
Kanal 2:
Kanal 3:
Kanal 4:
4,8 kHz Rechtecksignal
2,4 kHz Rechtecksignal
2,4 kHz Dreieckssignal
2,4 kHz Sinussignal (Trägersignal)
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Screenshot 6:
Kanal 1:
Kanal 2:
Kanal 3:
Kanal 4:
moduliertes Signal
gleichgerichtetes Signal nach Brückengleichrichter
geglättetes Signal nach Tiefpass
Signal mit verbesserter Flankensteilheit nach Schmitt-Trigger
Das modulierte Signal von Kanal 1 wird dann demoduliert, das auf Kanal 24 zu sehen ist.
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4. FSK (Frequency Shift Keying):
4.1. Aufgabenstellung:
Die FSK-Schaltung soll auf den HPS-Bauplatten aufgebaut werden und die
einzelnen Signale mit dem Oszilloskop gemessen werden.
Bei dieser Modulationsart wird die Frequenz verändert.
4.2. Übungsdurchführung:
4.2.1. Messschaltung:
Messgerät: P1:
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Die Modulation des Rechtecksignals erfolgt über einen VCO (Voltage
Controlled Oscillator) und einem Signalwandler (RechteckSinus).
Die Demodulation erfolgt mittels einer PLL (Phase Locked Loop –
Phasenregelschleife).
4.2.2. Screenshots:
Screenshot 7:
Kanal 1:
Kanal 2:
Kanal 3:
Kanal 4:
zu modulierendes Rechtecksignal
moduliertes Signal
verstärktes moduliertes Signal
demoduliertes Signal
Hier kann man erkennen, dass zwischen dem modulierten und
demodulierten Signal eine Zeitverzögerung auftritt.
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5. PSK (Phase Shift Keying):
5.1. Aufgabenstellung:
Die PSK-Schaltung soll auf den HPS-Bauplatten aufgebaut werden und die
einzelnen Signale mit dem Oszilloskop gemessen werden. Hier soll die
selbe Trägerfrequenz wie bei ASK verwendet werden (f=2,4kHz).
Bei dieser Modulationsart ändert sich die Phase des Signals.
5.2. Übungsdurchführung:
5.2.1. Messschaltung:
Messgerät: P1:
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Zunächst wird die Frequenz halbiert (f=2,4kHz), dann in ein Dreiecksignal
und in ein Sinussignal umgewandelt.
Bei der Modulation wird der Träger mit ±1 multipliziert, das einen
Phasensprung von 180° zur Folge hat.
Der Brückengleichrichter, Schmitt-Trigger und Frequenzteiler sorgen für die
Trägerrückgewinnung.
Der Multiplizierer bewirkt wiederum einen 180° Phasensprung. Der Tiefpass
und Schmitt-Trigger glättet das Signal und verbessern die Flanken.
5.2.2. Screenshots:
Screenshot 8:
Kanal 1:
Kanal 2:
Kanal 3:
Kanal 4:
gleichgerichtetes moduliertes Signal nach Brückengleichrichter
in Rechteck umgewandeltes Signal nach Schmitt-Trigger
frequenzhalbiertes Signal
Ausgangsprodukt des Mischers
Auf den Kanälen 1-3 kann man die Trägerrückgewinnung erkennen.
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Screenshot 9:
Kanal 1:
Kanal 2:
das durch den Tiefpass geglättete Signal
das demodulierte Signal
Kommentar:
Bei der Datenübertragung dieses Screenshots ist ein Fehler aufgetreten,
deswegen ist ein Teil vom Bild abgeschnitten.
Am Kanal 1 wird das Ausgangsprodukt des Mischers angezeigt und am
Kanal 2 ist das demodulierte Signal mit der Frequenz f=150Hz, das dem
Eingangssignal entspricht.
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