TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH CƠ SỞ KỸ THUẬT THÔNG TIN SỐ

Hình 4: Dạng tín hiệu lấy mẫu và tín hiệu sau khi khôi phục tại fs =8KHz Hình 5: Dạng tín hiệu lấy mẫu, khôi phục với tần số lấy mẫu khác nhau Hình 6: Sơ đồ kết nối với tín hiệu Audio Hì

Trang 1

TRƯỜNG SĨ QUAN THÔNG TIN

KHOA KỸ THUẬT CƠ SỞ

TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH

CƠ SỞ KỸ THUẬT THÔNG TIN SỐ

Khánh Hòa, tháng 9 năm 2015

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TTLL CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA KỸ THUẬT CƠ SỞ Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NỘI QUY PHÒNG THÍ NGHIỆM CƠ SỞ KỸ THUẬT THÔNG TIN SỐ

ĐIỀU I TRƯỚC KHI ĐẾN PHÒNG THÍ NGHIỆM HỌC VIÊN PHẢI:

1 Nắm vững quy định an toàn phòng thí nghiệm

2 Nắm vững lý thuyết và đọc kỹ tài liệu hướng dẫn bài thực nghiệm

3 Làm bài chuẩn bị trước mỗi buổi thí nghiệm Học viên không làm bài chuẩn bị theo đúng yêu cầu sẽ không được vào làm thí nghiệm và xem như vắng buổi thí nghiệm đó

4 Đến phòng thí nghiệm theo đúng giờ quy định và giữ trật tự chung Trễ 15 phút không được vào thí nghiệm và xem như vắng buổi thí nghiệm đó

5 Tắt điện thoại di động trước khi vào phòng thí nghiệm (Đối với sinh viên Hệ dân sự)

ĐIỀU II VÀO PHÒNG THÍ NGHIỆM HỌC VIÊN PHẢI:

1 Cất cặp, túi xách vào nơi quy định, không mang đồ dùng cá nhân vào phòng thí nghiệm

2 Không mang thức ăn, đồ uống vào phòng thí nghiệm

3 Ngồi đúng quy định của nhóm mình, không đi lại lộn xộn

4 Không hút thuốc lá, không khạc nhổ và vứt rác bừa bãi

5 Không thảo luận lớn tiếng trong nhóm

6 Không tự ý di chuyển các thiết bị thí nghiệm

ĐIỀU III KHI TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM HOC VIÊN PHẢI:

1 Nghiêm túc tuân theo sự hướng dẫn của Giảng viên phụ trách

2 Ký nhận thiết bị, dụng cụ và tài liệu kèm theo để làm bài thí nghiệm

3 Đọc kỹ nội dung, yêu cầu của thí nghiệm trước khi thao tác

4 Khi máy có sự cố phải báo ngay cho giảng viên phụ trách, không tự tiện sửa chữa

5 Thận trọng, chu đáo trong mọi thao tác, có ý thức trách nhiệm giữ gìn tốt thiết bị

6 Học viên (sinh viên) làm hư hỏng máy móc, dụng cụ thí nghiệm thì phải bồi thường cho Nhà trường và sẽ bị trừ điểm thí nghiệm

Trang 3

7 Sau khi hoàn thành bài thí nghiệm phải tắt máy, cắt điện và lau sạch bàn máy, xắp xếp thiết bị trở về vị trí ban đầu và bàn giao cho giảng viên phụ trách

ĐIỀU IV BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

1 Mỗi học viên (sinh viên) phải làm báo cáo thí nghiệm bằng chính số liệu của mình thu thập được và nộp cho giảng viên hướng dẫn đúng hạn định, chưa nộp báo cáo bài trước thì không được làm bài kế tiếp

2 Học viên (sinh viên) vắng quá 01 buổi thí nghiệm hoặc vắng không xin phép thì bị cấm thi

3 Học viên (sinh viên) chưa hoàn thành môn thí nghiệm thì phải học lại theo quy định của phòng đào tạo

4 Học viên (sinh viên) hoàn thành toàn bộ các bài thí nghiệm theo quy định

sẽ được thi để nhận điểm kết thúc môn học

ĐIỀU V TRÁCH NHIỆM

1 Các học viên (sinh viên) có trách nhiệm chấp hành nghiêm chỉnh bản nội quy này

2 Học viên (sinh viên) nào vi phạm, giảng viên phụ trách thí nghiệm được quyền cảnh báo, trừ điểm thi trường hợp vi phạm lặp lại hoặc phạm lỗi nghiêm trọng, học viên sẽ bị đình chỉ làm thí nghiệm và sẽ đề nghị xét kỷ luật theo quy định phân cấp

Nha Trang, ngày 25 tháng 11 năm 2014

Chủ nhiệm Khoa KTCS

(Đã ký)

Thượng tá Nguyễn Tôn Huỳnh

Trang 4

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ 4

MỞ ĐẦU 5

Phần 1: THỰC HÀNH TRÊN KIT ST2151 6

I TÍNH NĂNG KỸ THUẬT KIT HUẤN LUYỆN ST2151 6

II CẤU TRÚC KIT HUẤN LUYỆN ST2151 7

III CÁC BÀI THỰC HÀNH TRÊN KIT HUẤN LUYỆN ST2151 8

Bài thực hành số 01: 8

Phần 2: THỰC HÀNH TRÊN PHẦN MỀM MÔ PHỎNG 14

I THỰC HÀNH TRÊN PHẦN MỀM MATLAB 14

Bài số 1: Khảo sát định lý Shanon 14

Bài số 2: Khảo sát các phương pháp điều chế tín hiệu số 15

II THỰC HÀNH TRÊN PHẦN MỀM SYSTEMVUE 17

Bài số 1: Khảo sát quá trình lấy mẫu và khôi phục tín hiệu tương tự 18

Bài số 2: Khảo sát các phương pháp điều chế số 19

KẾT LUẬN 22

PHỤ LỤC KẾT QUẢ THỰC HÀNH 23

HƯỚNG DẪN LÀM BÁO CÁO THỰC HÀNH 31

Trang 5

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1: Sơ đồ mặt KIT huấn luyện ST2151

Hình 2: Dạng sóng tín hiệu đo được tại các điểm đo TP3, TP4, TP5 và TP6 Hình 3: Sơ đồ kết nối bài thực hành số 2

Hình 4: Dạng tín hiệu lấy mẫu và tín hiệu sau khi khôi phục tại fs =8KHz

Hình 5: Dạng tín hiệu lấy mẫu, khôi phục với tần số lấy mẫu khác nhau

Hình 6: Sơ đồ kết nối với tín hiệu Audio

Hình 7: Giao diện chương trình mô phỏng định lý Shanon

Hình 8: Giao diện chương trình mô phỏng các phương pháp điều chế số

Hình 9: Cửa sổ mô phỏng dạng sóng các tín hiệu điều chế số

Hình 10: Sơ đồ mô phỏng hệ thống điều chế và giải điều chế BPSK

Hình 11: Dạng phổ tín hiệu BPSK

Hình 12: Sơ đồ khối lấy mẫu tín hiệu

Hình 13: Dạng tín hiệu sau lấy mẫu

Hình 14: Sơ đồ khối điều chế BASK (Data Input = 10 kHz, Carrier frequency

= 50 kHz)

Hình 15: Đồ thị dạng sóng theo thời gian của tín hiệu BASK

Hình 16: Sơ đồ khối điều chế BFSK (Data Input = 10 kHz, Low frequency =

Hình 20: Sơ đồ khối điều chế 16QAM

Hình 21: Các tham số tín hiệu điều chế 16QAM

Trang 6

MỞ ĐẦU

Thực hành là nội dung rất quan trọng giúp cho học viên hiểu rõ hơn các nội dung lý thuyết đã được học Để đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng thực hành môn học “Cơ sở kỹ thuật thông tin số” chúng tôi biên soạn tài liệu này Đây là nội dung hướng dẫn thực hành nhằm giúp cho học viên củng cố kiến thức đã học thông qua các bài thực hành trên KIT ST2151, phần mềm Matlab, System View tạo tiền đề quan trọng cho học viên nghiên cứu các vấn đề thực tế trong lĩnh vực thông tin số hiện nay

Nội dung các bài thực hành được trình bày một cách cụ thể mang tính trực quan cao giúp người học dễ tiếp thu và vận dụng

Tài liệu hướng dẫn thực hành gồm 2 phần:

Phần 1: Thí nghiệm trên KIT ST2151

Phần 2: Thí nghiệm trên phần mềm mô phỏng

Nội dung tài liệu được biên soạn căn cứ vào chương trình môn học của các đối tượng và các dụng cụ, thiết bị thực hành được trang bị hiện có Tài liệu dùng cho các đối tượng đại học, cao đẳng… đồng thời cũng là tài liệu tham khảo bổ ích cho các đối tượng khác có liên quan

Chúng tôi chân thành cảm ơn những ý kiến đóng góp của các đồng chí trong tiểu ban khoa học của khoa Kỹ thuật cơ sở Tài liệu được biên soạn lần đầu chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong các ý kiến đóng góp của các đồng chí

BỘ MÔN CƠ SỞ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

Trang 7

NỘI DUNG Phần 1: THỰC HÀNH TRÊN KIT ST2151

- Thành thạo trong việc đo, kiểm tra, phân tích tín hiệu trên máy hiện sóng

- So sánh, đối chiếu kết quả thu được với lý thuyết Rút ra nhận xét, kinh nghiệm nếu có sai khác

3 Thái độ

- Cẩn thận, tỉ mỉ trong đo, kiểm tra tín hiệu, bảo đảm an toàn tuyệt đối trong quá trình thực hành

B NỘI DUNG

I TÍNH NĂNG KỸ THUẬT KIT HUẤN LUYỆN ST2151

Kit huấn luyện ST2151 được thiết kế mô tả quá trình truyền tín hiệu với 2 quá trình cơ bản là lấy mẫu và khôi phục tín hiệu tương tự từ các xung lấy mẫu Các bài thực hành xây dựng trên KIT ST2151 bao gồm khảo sát tiêu chuẩn lấy mẫu Nyquist

và khôi phục dữ liệu bằng bộ lọc thông thấp với các bậc khác nhau Một số tính năng

cơ bản của KIT ST2151 như sau:

- Có bộ tạo dao động chuẩn thạch anh onboard

- Biểu diễn quá trình lấy mẫu và khôi phục tín hiệu tương tự

- Tạo tín hiệu analog để thực hành lấy mẫu với tần số 1KHz onboard

- Có khả năng chọn tần số lấy mẫu khác nhau

- Có khả năng chọn chu trình làm việc của tín hiệu lấy mẫu từ 10% đến 90%

- Có khả năng lựa chọn tần số lấy mẫu onboard hoặc đưa tần số lấy mẫu từ bên ngoài vào thông qua chuyển mạch

Trang 8

- Chỉ sử dụng dây nối chuyên dụng đi kèm theo Kit huấn luyện

- Chỉ sử dụng loại cầu chì đi kèm theo Kit hoặc các loại có tính năng tương đương

- Đấu đất cho Kit trước khi khai thác sử dụng

II CẤU TRÚC KIT HUẤN LUYỆN ST2151

Hình 1: Sơ đồ mặt KIT huấn luyện ST2151

Trang 9

Cấu trúc của Kit huấn luyện ST2151 bao gồm các khối cơ bản sau:

1 Khối tạo tần số lấy mẫu bằng dao động thạch anh

2 Khối chọn chu trình làm việc

3 Khối lấy mẫu tín hiệu

4 Khối các bộ lọc bậc 2 và bậc 4

5 Khối đầu vào và đầu ra cho tín hiệu thoại Audio

Để khảo sát quá trình lấy mẫu và khôi phục dữ liệu các khối được kết nối với nhau thông qua hệ thống dây nối chuyên dùng cho Kit huấn luyện và sử dụng máy hiện sóng để quan sát dạng sóng và đo các tham số của tín hiệu sau mỗi khối theo từng bài thực hành cụ thể

III CÁC BÀI THỰC HÀNH TRÊN KIT HUẤN LUYỆN ST2151

Bài thực hành số 01:

KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH TẠO TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ ĐỂ LẤY MẪU

1 Mục đích thực hành:

Khảo sát quá trình tạo tín hiệu tương tự tần số 1 KHz từ xung vuông để thực

hành lấy mẫu tín hiệu

2 Các thiết bị yêu cầu cho thực hành:

- Kit huấn luyện ST2151 và dây nối nguồn

- Máy hiện sóng

- Dây kết nối các khối trên KIT

3 Thủ tục thực hành:

Đảo mạch chọn chu trình làm việc: Đặt ở vị trí 5

Đảo mạch chọn tần số lấy mẫu trong hoặc ngoài: đặt ở vị trí internal (trong)

Bước 1: Kết nối dây nguồn vào KIT huấn luyện Chú ý công tắc nguồn đặt ở vị

trí “Off” Nối que đo máy hiện sóng (MHS)

Bước 2: Bật công tắc nguồn của KIT huấn luyện và máy hiện sóng về vị trí

“ON”

Bước 3: Quan sát quá trình tạo tín hiệu 1KHz bằng cách sử dụng máy hiện

sóng đo dạng tín hiệu tại các chân TP3, TP4, TP5 và TP6 (dạng tín hiệu như trong

hình 2)

Trang 10

Hình 2: Dạng sóng tín hiệu đo được tại các điểm đo TP3, TP4, TP5 và TP6

KHẢO SÁT DẠNG TÍN HIỆU LẤY MẪU VÀ TÍN HIỆU SAU KHÔI PHỤC

Nghiên cứu quá trình lấy mẫu và khôi phục tín hiệu tương tự tần số 1 KHz

2 Các thiết bị yêu cầu cho thực hành:

- Máy hiện sóng

3 Thủ tục thực hành

Hình 3: Sơ đồ kết nối thực hành bài 2

Trang 11

trí “Off” Nối que đo MHS Kết nối tín hiệu tương tự hình sin 1KHz vào đầu vào bộ

lấy mẫu như hình 3 Kết nối đầu ra của mạch lấy mẫu với bộ lọc thông thấp bậc bốn

“ON”

Bước 3: Chọn tần số lấy mẫu là 8KHz bằng cách ấn nút chọn tần số lấy mẫu

cho đến khi đèn led ứng với tín hiệu 80Khz sáng

Bước 4: Quan sát dạng sóng hình sin 1KHz và dạng tín hiệu lấy mẫu (TP39) và

tín hiệu khôi phục (TP44) trên MHS Kết quả hiển thị trên MHS cho thấy mỗi chu kỳ

hình sin ta có 8 mẫu (hình 4)

Hình 4: Dạng tín hiệu lấy mẫu và tín hiệu sau khi khôi phục tại f s =8KHz

4 Kết luận

- Tín hiệu sau bộ lấy mẫu có biên độ giống biên độ tín hiệu gốc

- Bậc của bộ lọc càng cao thì tín hiệu khôi phục càng giống với tín hiệu ban đầu

KHẢO SÁT DẠNG TÍN HIỆU LẤY MẪU VÀ TÍN HIỆU SAU KHÔI PHỤC

VỚI CÁC TẦN SỐ LẤY MẪU KHÁC NHAU

Khảo sát quá trình lấy mẫu và khôi phục tín hiệu tương tự với các tần số lấy mẫu khác nhau

2 Các thiết bị cần thiết cho thực hành:

- Máy hiện sóng

3 Thủ tục thực hành

Trang 12

Hình 5: Dạng tín hiệu lấy mẫu, tín hiệu khôi phục với tần số lấy mẫu khác nhau

trí “Off” Nối que đo MHS Kết nối tín hiệu tương tự hình sin 1KHz vào đầu vào bộ

lấy mẫu như hình 3 Kết nối đầu ra của mạch lấy mẫu với bộ lọc thông thấp bậc bốn

“ON”

Bước 3: Thay đổi tần số lấy mẫu với các giá trị lấy mẫu là 2KHz, 5KHz,

8KHz, 10KHz, 20KHz, 40KHz Quan sát dạng sóng tín hiệu lấy mẫu tại chân đo TP39 và tín hiệu khôi phục tại chân TP44 trong từng trường hợp cụ thể của tần số lấy

mẫu (hình 5) Rút ra kết luận về dạng tín hiệu khôi phục khi thay đổi tần số lấy mẫu

4 Kết luận

- Khi tăng tần số lấy mẫu thì tín hiệu khôi phục càng giống với tín hiệu gốc

- Khi thay đổi độ rộng xung lấy mẫu từ 10 đến 90% thì độ rộng tín hiệu lấy mẫu tăng, méo ở tín hiệu thu cũng tăng

Trang 13

KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH LẤY MẪU VÀ KHÔI PHỤC TÍN HIỆU THOẠI

1 Mục đích:

Khảo sát quá trình lấy mẫu và khôi phục tín hiệu audio tương tự

2 Các thiết bị cần thiết cho thực hành:

- Máy hiện sóng

- Micro

3 Thủ tục thực hành:

trí “Off” Nối que đo MHS Kết nối khối vào và ra audio như hình 6

Bước 2: Bật công tắc nguồn của KIT huấn luyện, công tắc Speaker và máy hiện

sóng Nối que đo máy hiện sóng (MHS)

Bước 3: Chọn tần số lấy mẫu bằng 8KHz Nói vào Micro, nghe âm thanh thể

hiện tín hiệu khôi phục bằng loa trên KIT Quan sát tín hiệu trên các chân TP8, TP42, TP44, TP39, TP48, TP50

Bước 4: Nối đầu ra khối lấy và giữ mẫu tới đầu vào bộ lọc bậc 4, so sánh kết

quả (tín hiệu thoại khôi phục nghe trong hơn)

Bước 5: Thay đổi tần số lấy mẫu với các giá trị lấy mẫu là 2KHZ, 5KHZ,

10KHZ, 20KHZ, 40KHZ, thay đổi độ rộng xung lấy mẫu Nhận xét về chất lượng

âm thanh khôi phục

Trang 14

Hình 6: Sơ đồ kết nối với tín hiệu Audio

Trang 15

- Biết cách khai thác, sử dụng phần mềm Matlab, SystemVue

- Nắm chắc sơ đồ, nguyên lý các mạch số hóa, điều chế tín hiệu đã học

- Thành thạo trong phân tích các tham số của tín hiệu mô phỏng

MATLAB là phần mềm cung cấp môi trường tính toán số và lập trình, do công

ty MathWorks thiết kế MATLAB cho phép tính toán số với ma trận, vẽ đồ thị hàm

số hay biểu đồ thông tin, thực hiện thuật toán, tạo các giao diện người dùng và liên kết với những chương trình máy tính viết trên nhiều ngôn ngữ lập trình khác Với ưu điểm trực quan, kết quả có thể đo đạc tính toán được nên phần mềm MATLAB đang được sử dụng rất hiệu quả giúp học viên lĩnh hội tốt hơn các kiến thức của môn học

Cơ sở kỹ thuật thông tin số

Bài số 1: Khảo sát định lý Shanon

Giao diện chính của chương trình gồm các cửa sổ hiển thị dạng sóng và dạng phổ tín hiệu vào, ra, tín hiệu rời rạc Học viên có thể thay đổi tần số tín hiệu vào (f0), thay đổi tần số lấy mẫu (fs) bằng thanh trượt hoặc nhập giá trị trực tiếp từ bàn phím, quan sát các thay đổi của các tín hiệu tương ứng

Trang 16

Hình 7: Giao diện chương trình mô phỏng định lý Shanon

Ví dụ: với tần số tín hiệu vào f0 = 8 Hz, tần số tín hiệu lấy mẫu là fs = 20 Hz thỏa mãn điều kiện của đinh lý Shanon fs ≥ 2.f0 thì tín hiệu khôi phục hoàn toàn giống với tín hiệu vào Giữ nguyên tần số tín hiệu vào, giảm tần số tín hiệu lấy mẫu nếu tần

số tín hiệu lấy mẫu không thỏa mãn định lý Shanon thì tín hiệu khôi phục sẽ sai khác (méo) so với tín hiệu ban đầu Sự sai khác càng lớn khi độ chênh lệch giữa tần số lấy mẫu và tần số tín hiệu vào càng lớn

Bài số 2: Khảo sát các phương pháp điều chế tín hiệu số

Hình 8: Giao diện chương trình mô phỏng các phương pháp điều chế số

Giao diện chính của chương trình mô phỏng gồm các tùy chọn: MATLAB và SIMULINK và Help

Học viên có thể chọn để nghiên cứu dạng sóng tín hiệu các phương pháp điều chế số bằng cách chọn vào tùy chọn MATLAB sau đó chọn Signal Modulation

Định dạng
Số trang	33
Dung lượng	2,14 MB