Đang tải... (xem toàn văn)
XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ TƯƠNG TỰ SỐ BẰNG LẬP TRÌNH GUI TRONG MATLAB. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ TƯƠNG TỰ SỐ BẰNG LẬP TRÌNH GUI TRONG MATLAB.
BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM ĐOÀN THỊ LỆ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ TƯƠNG TỰ SỐ BẰNG LẬP TRÌNH GUI TRONG MATLAB NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG; MÃ SỐ: D52027 CHUYÊN NGÀNH : ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Người hướng dẫn: ThS Vũ Đức Hồn HẢI PHỊNG - 2015 LỜI CẢM ƠN Ngành Điện tử - viễn thông ngành sử dụng nhiều để tạo thiết bị tiên tiến đại giúp cho sống người trở nên dễ dàng việc thu phát tín hiệu.Chính lĩnh vực khó, địi hỏi sáng tạo chăm học hỏi Em sinh viên ngành Điện tử viễn thông – Khoa Điện – Điện tử - trường Đại học Hàng Hải Việt Nam, em tự hào ngành theo học Đồng thời em nhận thức vai trò trách nhiệm người kỹ sư điện tử viễn thông tương lai em muốn góp phần cơng sức nhỏ bé vào phát triển đất nước Trong thời gian em theo học trường (2011 – 2016) em nhận giúp đỡ nhiệt tình thầy cô trường, khoa đặc biệt thầy cô ngành Hôm em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tất thầy trường Đại học Hàng Hải Việt Nam nói chung thầy cô giáo khoa, ngành nói riêng tận tình giảng dạy truyền đạt cho em kiến thức hay bổ ích Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo ThS Vũ Đức Hồn tận tình bảo, giúp đỡ trực tiếp hướng dẫn em thời gian qua để em hoàn thành tốt tốt nghiệp Do thời gian trình độ cịn hạn chế nên đề tài tốt nghiệp em không tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận bảo, góp ý thầy giáo bạn sinh viên để thiết kế tốt nghiệp em hoàn thiện , giúp em có kiến thức tổng hợp vững vàng sau trường Cuối em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng, ngày tháng năm 2015 Sinh viên thực Đồn Thị Lệ LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan kết nghiên cứu đưa đồ án dựa kết thu trình tự nghiên cứu học tập riêng Tôi không chép kết nghiên cứu tác giả khác Nội dung đồ án tơi có sử dụng tài liệu tham khảo số thông tin nguồn tài liệu từ nguồn tin, giáo trình, giảng liệt kê danh mục sách tham khảo Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm chấp hành hình thức kỷ luật, xử lý đoàn thể, nhà nước phát làm tơi có dấu hiệu chép hình thức Hải Phịng, ngày tháng năm 2015 Sinh viên thực Đoàn Thị Lệ MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt AM FM PM ASK FSK PSK QAM PLL Nghĩa tiếng anh Amplitude Modulation Frequency Modulation Phase Modulation Amplitude Shift Keying Frequency Shift Keying Phase Shift Keying QuadratureAmplitude Modulation Phase LockLoop Nghĩa tiếng việt Điều chế biên độ Điều chế tần số Điều chế pha Điều chế khóa dịch biên độ Điều chế khóa dịch tần số Điều chế khóa khóa dịch pha Điều chế biên độ vng góc Mạch vịng khóa pha DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Tên bảng Trang Bảng 1.1 Hình dạng chức đối tượng thư viện thiết kế GUI Bảng 1.2 Các thuộc tính figture Bảng 1.3 Các thuộc tính đối tượng uicontrol Bảng 3.1 Các thuộc tính thay đổi Static Text 39 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số hình Tên hình Trang Hình 1.1 Giao diện MATLAB Hình 1.2 Giao diện hộp thoại lựa chọn thiết kế GUI Hình 1.3 Cửa sổ thiết kế GUI Hình 1.4 Cửa sổ thể thuộc tính nút ấn Hình 1.5 Chương trình tạo sau lưu chương trình Hình 1.6 Quà trình gọi hàm viết hàm nút ấn Hình 1.7 Giao diện sử dụng vd1 Hình 2.1 Dạng tin tức,sóng mang tín hiệu điều biên AM Hình 2.2 Tín hiệu điều chế có độ sâu điều chế la 50% 12 Hình 2.3 Tín hiệu điều chế có độ sâu điều chế la 100% 12 Hình 2.4 Tín hiệu điều chế tượng điều chế xảy 12 Hình 2.5 Các dải biên tín hiệu AM 13 Hình 2.6 Mạch tách sóng đường bao dùng diode 14 Hình 2.7 Sơ đồ tách sóng biên độ đồng 14 Hình 2.8 Sơ đồ mạch tạo tín hiệu SSB qua DSB-SC 16 Hình 2.9 Sơ đồ mạch tạo tín hiệu SSB phươngpháp quay pha 16 Hình 2.10 Dạng tín hiệu SSB thu 17 Hình 2.11 Dạng phổ tín hiệu SSB 17 Hình 2.12 Dạng tin tức, sóng mang tín hiệu điều tần FM 18 Hình 2.13 Biểu diễn hàm Bessel loại bậc n=1÷9 20 Hình 2.14 Phổ tín hiệu FM trường hợp 21 Hình 2.15 Sơ đồ mạch điều chế pha PM 22 Số hình Tên hình Trang Hình 2.16 Hình ảnh tin tức, sóng mang tín hiệuđiều pha PM 23 Hình 2.17 Sơ đồ điều chế giải điều chế số 24 Hình 2.18 Dạng sóng ASK 25 Hình 2.19 Mật độ phổ cơng suất tín hiệu ASK 26 Hình 2.20 Dạng tin tức, sóng mang tín hiệu FSK 27 Hình 2.21 Sơ đồ điều chế FSK 28 Hình 2.22 Băng thơng tín hiệu FSK 38 Hình 2.23 Tín hiệu, sóng mang tín hiệu điều chế PSK phối hợp 30 Hình 2.24 Tín hiệu, sóng mang tín hiệu điều chế PSK vi sai 31 Hình 2.25 Băng thơng tín hiệu PSK 31 Hình 2.26 Sơ đồ điều chế giải điều chế QAM 32 Hình 3.1 Lưu đồ quy trình thiết kế GUI 34 Hình 3.2 Giao diện chương trình 35 Hình 3.3 Giao diện tạo để thực điều chế tương tự 35 Hình 3.4 Giao diện tạo để thực điều chế số 36 Hình 3.5 Các thuộc tính thay đổi Static Text 36 Hình 3.6 Cách viết tiếng việt có dấu đối tượng Static text 37 Hình 3.7 Thuộc tính thay đổi trượt 39 Hình 3.8 Các thuộc tính thay đổi Bushbotton 40 Hình 3.9 Thuộc tính thay đổi popupmenu 41 Hình 3.10 Giao diện chương trình đề tài 41 Hình 3.11 Giao diện chương trình điều chế tương tự 42 Số hình Tên hình Trang Hình 3.12 Giao diện chương trình điều chế số 42 Hình 3.13 Thiết kế giao diện GUI code lệnh 43 Hình 3.14 Lưu đồ thuật tốn chương trình điều chế tương tự 44 Hình 3.15 Lưu đồ thuật tốn điều chế tín hiệu số 47 Hình 3.16 Giao diện chương trình 50 Hình 3.17 Giao diện thu âm 51 Hình 3.18 Giao diện chương trình record 52 Hình 3.19 Kết mơ AM với tin tức hình Sin có f m =50Hz 53 vm =50mV, sóng mang có f c =30000Hz vc = 50mV, nhiễu kênh truyền 1dB Kết mơ AM với tin tức hình Sin có Hình 3.20 fm fc =50Hz vm =50mV, sóng mang có 53 =250000Hz vc = 50mV, nhiễu kênh truyền 1dB Kết mô AM với tin tức hình Sin có f m =50Hz Hình 3.21 vm = 50mV, sóng mang có f c =30000Hz vc = 0.05V,và bỏ qua nhiễu kênh truyền 54 Kết mơ AM với tin tức hình Sin có f m =50Hz Hình 3.22 vm = 50mV, sóng mang có f c =250000Hz vc = 0.05V,và bỏ qua nhiễu kênh truyền 54 Kết mơ SSB-AM với tin tức hình Sin có f m =50Hz Hình 3.23 vm = 50mV, sóng mang có f c =60000Hz vc = 50mV nhiễu 1dB 55 Kết mô SSB-AM với tin tức hình Sin có f m =50Hz Hình 3.24 vm = 50mV, sóng mang có f c =60000Hz vc = 50mV 55 bỏ qua nhiễu Kết mơ AM với tín hiệu âm WAV sóng Hình 3.25 mang có f c =30000Hz vc = 50mV nhiễu kênh truyền 56 1dB Số hình Tên hình Trang Kết mơ AM với tín hiệu âm WAV sóng Hình 3.26 mang có f c =30kHz vc = 50mV bỏ qua nhiễu kênh 57 truyền Kết mơ SSB-AM với tín hiệu âm WAV Hình 3.27 sóng mang có f c =30kHz vc = 50mV, nhiễu kênh truyền 1dB Kết mơ SSB-AM với tín hiệu âm WAV 58 Hình 3.28 sóng mang có f c =30kHz vc = 50mV , bỏ qua nhiễu kênh truyền 58 Hình 3.29 Giao diện mơ điều chế tần số (FM) 59 Hình 3.30 Giao diện mơ điều chế pha (PM) 59 Hình 3.31 Hình 3.32 Điều chế pha với tín hiệu hình sin có Fm=100Hz, Am = 50mV,và sóng mang có Fc=60000Hz, Vc=50mV Điều chế tần số với tín hiệu hình âm thanh.wav có tên ss sóng mang có Fc=6000Hz, Vc=2V 60 61 Hình 3.33 Giao diện điều chế số 62 Hình 3.34 Data dạng sóng tín hiệu vào 63 Hình 3.35 Điều chế ASK 63 Hình 3.36 Điều chế FSK 64 Hình 3.37 Điều chế FSK 64 Hình 3.38 Điều chế QAM 64 LỜI NÓI ĐẦU MATLAB phần mềm công ty Mathwords thiết kế MATLAB cung cấp môi trường làm việc thông minh hiệu quả, cho phép thực toán từ đơn giản đến phức tạp Ngoài ứng dụng viết Script file chương trình MATLAB cịn thực thông qua GUI SIMULINK MATLAB xây dựng nên để tính tốn cách nhanh chóng phép tốn phức tạp Khơng cịn dùng để thực xử lý đồ họa cách xác nhanh với độ sai số nhỏ.Matlab thường ứng dụng để tính tốn thơng thường, mơ mơ hình thực tế, phân tích khảo sát đồ thị , mạch điện tử, ứng dụng thu phát âm Đề tài em chọn “ Xây dựng chương trình mơ kỹ thuật điều chế giải điều chế tương tự, số lập trình GUI MATLAB” Dưới hướng dẫn thầy giáo Th.S Vũ Đức Hoàn nên em làm xong đề tài với nội dung : Chương I Các đặc điểm lập trình GUIDE matlab Chương II Các phương pháp điều chế giải điều chế Chương III Thiết kế xây dựng chương trình mơ điều chế giải điều chế lập trình GUI Đề tài chắn khơng tránh khỏi sai sót,nên em mong đóng góp ý kiến thầy để đề tài em hồn chỉnh CHƯƠNG I ĐẶC ĐIỂM CỦA LẬP TRÌNH GUIDE TRÊN MATLAB 1.1 Giới thiệu GUI Graphical User Interface (GUI) giao diện người sử dụng đồ họa matlab GUI xây dựng dựa nhiều công cụ người lập trình tạo GUI cho phép người sử dụng thực nhiệm vụ tương tác Người dùng khơng phải tạo tất chương trình giao diện mà việc gõ lệnh vào nơi cần thiết thực lệnh gọi Giao diện sử dụng GUI tương tự phần mềm VB6, C++ Các thành phần giao diện bao gồm menu, slider, push button ,radio, popupmenu, axes công cụ Ngoài ra, giao diện GUI bao gồm đầy đủ chương trình để thực phép tốn thực mô không gian hai chiều ba chiều GUI thực nhiệm vụ thông qua tác động người dùng lên giao diện Người dùng không cần thiết biết cấu trúc chương trình thực chương trình cách xác GUI thực gọi hàm thông qua hàm CALLBACK sau tác động lên đối tượng thuộc giao diện mà người sử dụng tạo Hàm CALLBACK có chức gọi vị trí chương trình mà người dùng phải thực nghĩa sau chạy chương trình việc tác động vào đối tượng viết code tương ứng cho ta kết phù hợp với đoạn code viết 1.2 Các bước thực làm việc với GUI GUI bao gồm Bush button ( nút ấn), popupmenu( hộp liệt kê) slider (thanh trượt), radiobutton(nút chọn), axes (đồ họa) Giao diện đồ họa người dùng tạo môi trường làm việc dễ dàng, tiện dụng chuyên nghiệp Tuy nhiên để tạo môi trường làm việc với GUI khơng đơn giản Bởi GUI địi hỏi người dùng phải có vốn hiểu biết sâu thuộc tính chức đối tượng Việc xử lý hàm GUI đòi hỏi người lập trình phải hiểu sâu có định hướng trước nên đặt chương trình vào vị trí thực với chức 10 Hình 3.26 Kết mơ AM với tín hiệu âm WAV sóng mang có f c =30kHz vc = 50mV bỏ qua nhiễu kênh truyền Nhận xét: Khi tỷ số tín hiệu nhiễu nhỏ ( tức tạp nhiễu kênh truyền tác động tới tín hiệu điều chế lớn) tín hiệu âm thu có chất lượng Nếu với tạp âm nhiễu lớn làm hồn âm thay vào tiếng xèo xèo nhiễu tín hiệu thu khác xa tín hiệu ban đầu Hình 3.27 Kết mơ SSB-AM với tín hiệu âm WAV sóng mang có f c =30kHz vc = 50mV, nhiễu kênh truyền 1dB 70 Hình 3.28 Kết mơ phỏngSSB-AM với tín hiệu âm WAV sóng mang có f c =30kHz vc = 50mV , bỏ qua nhiễu kênh truyền Nhận xét: Tín hiệu âm thu sau giải điều chế sơi khơng ngun tín hiệu âm ban đầu nguyên nhân tác động nhiễu kênh truyền lớn b) Điều chế PM FM Nói điều chế FM PM đâ hai phương pháp có lợi ích nhiều AM có độ phức tạp cao Do chương trình mơ nên giao diện hình thành hai điều chế hồn tồn giống Chỉ khác chương trình code cách đặt tham số Cửa sổ sử dụng chương trình mơ có dạng sau: 71 Hình 3.29 Giao diện mơ điều chế tần số (FM) Hình 3.30 Giao diện mô điều chế pha (PM) Để thực với chương trình mơ phải thực bước sau: Mở chương trình có file.m giao diện sau nhấn nút run cơng cụ Chọn loại tín hiệu điều chế ( dạng tín hiệu sin chuẩn tín hiệu đưới dạng file wav 72 Nếu tín hiệu dạng hình sin chuẩn nhập tần số biên độ sóng mang tin tức Frame signal ( nhập trượt nhập text lúc quan sát tín hiệu phổ tín hiệu axes bên cạnh Nếu tín hiệu dạng file âm wav phải chọn file âm nhập vào text dòng link file WAV giao diện (phải ý file wav mở nằm foder, có độ dài file khơng q lớn) Sau click vào nút signal WAV frame Signal Lúc dạng tín hiệu file phổ thị axes bên cạnh Nhập biên độ tần số sóng mang sóng mang Click vào nút SIMULATION quan sát dạng tín hiệu điều chế, giải điều chế, phổ tín hiệu điều chế, phổ tín hiệu sau điều chế Thực chương trình ta thu kết sau: Hình 3.31.Điều chế pha với tín hiệu hình sin có Fm=100Hz, Am = 50mV, sóng mang có Fc=60000Hz, Vc=50mV 73 Hình 3.32.Điều chế tần số với tín hiệu hình âm thanh.wav có tên ss sóng mang có Fc=6000Hz, Vc=2V Sau điều chế FM có nhận xét sau: Tín hiệu hình sin tín hiệu sau giải điều chế ta tín hiệu gần giống với tín hiệu ban đầu Với tín hiệu âm điều chế xong dạng tín hiệu thu có biên độ cường độ âm giảm 3.2.2 Chương trình mơ điều chế số Tín hiệu số tín hiệu thơng tin ban đầu chuyển đổi thành chuỗi bít trước truyền Tín hiệu số diễn tả số nhị phân Do đầu vào chuỗi bit nên giao diện phần khác giao diện phần điều chế tương tự Ngồi việc nhập thơng số sóng mang ta cịn phải nhập dãy bit theo thứ tự sau kiểm tra xem dãy bít chưa ( Lưu ý dãy bít nhập vào có số 1) Hiện phương pháp điều chế số sử dụng rộng rãi tín hiệu số có độ bảo mật tin tức cao, loại bỏ tạp âm đường ruyền, độ ổn định cao Chính chương trình mơ tín hiệu số xây dựng nên có giao diện sau: 74 Hình 3.33 Giao diện điều chế số Cách sử dụng chương trình: Mở chương trình DIGITAL.m giao diện DIGITAL.fig sau nhấn nút run công cụ Điền chuỗi bit cho trước vào frame DATA Sau nhấn SET RANDOM để kiểm tra độ xác liệu mặt giá trị Nhập biên độ tần số sóng mang sóng mang Riêng với trường hợp điều chế FSK phải sử dụng sóng mang Nên đến điều chế người thực phải thực thêm nhập biên độ sóng mang sóng mang thứ Tất cơng việc thực Frame CARRIER Chọn loại điều chế ASK, PSK, FSK, QAM Mỗi lần chọn loại điều chế tín hiệu axes thay đổi theo loại điều chế Khi muốn thay đổi chuỗi liệu cách ngẫu nhiên nút RANDOM giúp người sử dụng thực điều Khi nhấn RAMDOM tín hiệu dât thay đổi theo tín hiệu điều chế loại diều chế sử dụng thay đổi theo Nếu phải thay đổi thành chuỗi định ta nhập vào ô liệu thực yêu cầu thi phải sử dụng nút SET Sau thực ví dụ: 75 Cho chuỗi bít 0101101110 Sóng mang có biên độ 0.5V tần số 10Hz Mô loại điều chế Với chuỗi bit đầu vào ta nhập vào data theo thứ tự chuỗi bit Hình 3.34 Data dạng sóng tín hiệu vào Thực điều chế ASK tín hiệu thu là: Hình 3.35 Điều chế ASK 76 Thực điều chế FSK Hình 3.36 Điều chế FSK Thực điều chế PSK Hình 3.37 Điều chế FSK Thực điều chế QAM Hình 3.38 Điều chế QAM 77 NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN Kết đề tài mang lại nhìn trực quan sinh động phương pháp điều chế Chương trình giúp sinh viên nhớ kiến thức nhanh Ngồi việc điều chế tín hiệu hình sin chuỗi bit lý thuyết viết cho người dùng biết thêm điều chế âm thanh, lấy dạng tín hiệu phân tích phổ tín hiệu Có chức ưu việt mơ đóng gói thành file *exe để dễ dàng cài đặt máy tính PC laptop sinh viên để giúp việc thực hành thêm nhà trở nên dễ dàng hết Ngoài ưu điểm nêu có số nhược điểm.Chương trình điều chế tín hiệu tương tự chưa xử lý với tín hiệu điều chế có tần số sóng mang q 500kHz chương trình tín hiệu số chưa có tác động nhiễu đồng thời chưa có tín hiệu âm làm tín hiệu vào điều chế số mơ mang tính chất tương đối GUI phần Matlab nên muốn viết chương trình bắt buộc sinh viên phải tự tìm hiểu nghiên cứu Ngồi với phần mơ trực tiếp tín hiệu âm thực tế có dải động bị hạn chế độ dài đoạn âm giới hạn tần số sóng mang TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm Minh Hà , “ Kỹ thuật mạch điện tử ”, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội , 2002 PROAKIS J.G & SALENI M, người dịch TS Nguyễn Quốc Bình, “Các hệ thống thơng tin trình bày thơng qua Matlab”, Hà Nội, 2003 FUQUIN XIONG, “ Digital modulation techniques”, Artech House, 2000 TS Nguyễn Quốc Bình ,“ Kỹ thuật truyền dẫn số” , NXB Quân đội nhân dân, 2001 78 ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN Đánh giá chất lượng Đồ án tốt nghiệp mặt: thu thập phân tích số liệu ban đầu, sở lý thuyết, vận dụng vào điều kiện cụ thể, chất lượng thuyết minh vẽ, mơ hình (nếu có) …: Chấm điểm người phản biện (Điểm ghi số chữ) Hải Phòng, ngày tháng năm 20 Người phản biện