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

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 năm 2015 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TTLL CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA KỸ THUẬT CƠ SỞ Độc lập – Tự – 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: Nắm vững quy định an toàn phòng thí nghiệm Nắm vững lý thuyết đọc kỹ tài liệu hướng dẫn thực nghiệm Làm chuẩn bị trước buổi thí nghiệm Học viên không làm chuẩn bị theo yêu cầu không vào làm thí nghiệm xem vắng buổi thí nghiệm Đến phòng thí nghiệm theo quy định giữ trật tự chung Trễ 15 phút không vào thí nghiệm xem vắng buổi thí nghiệm Tắt điện thoại di động trước vào phòng thí nghiệm (Đối với sinh viên Hệ dân sự) ĐIỀU II VÀO PHÒNG THÍ NGHIỆM HỌC VIÊN PHẢI: Cất cặp, túi xách vào nơi quy định, không mang đồ dùng cá nhân vào phòng thí nghiệm Không mang thức ăn, đồ uống vào phòng thí nghiệm Ngồi quy định nhóm mình, không lại lộn xộn Không hút thuốc lá, không khạc nhổ vứt rác bừa bãi Không thảo luận lớn tiếng nhóm Không tự ý di chuyển thiết bị thí nghiệm ĐIỀU III KHI TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM HOC VIÊN PHẢI: Nghiêm túc tuân theo hướng dẫn Giảng viên phụ trách Ký nhận thiết bị, dụng cụ tài liệu kèm theo để làm thí nghiệm Đọc kỹ nội dung, yêu cầu thí nghiệm trước thao tác Khi máy có cố phải báo cho giảng viên phụ trách, không tự tiện sửa chữa Thận trọng, chu đáo thao tác, có ý thức trách nhiệm giữ gìn tốt thiết bị Học viên (sinh viên) làm hư hỏng máy móc, dụng cụ thí nghiệm phải bồi thường cho Nhà trường bị trừ điểm thí nghiệm Sau hoàn thành thí nghiệm phải tắt máy, cắt điện lau bàn máy, xắp xếp thiết bị trở vị trí ban đầu bàn giao cho giảng viên phụ trách ĐIỀU IV BÁO CÁO THÍ NGHIỆM Mỗi học viên (sinh viên) phải làm báo cáo thí nghiệm số liệu thu thập nộp cho giảng viên hướng dẫn hạn định, chưa nộp báo cáo trước không làm Học viên (sinh viên) vắng 01 buổi thí nghiệm vắng không xin phép bị cấm thi Học viên (sinh viên) chưa hoàn thành môn thí nghiệm phải học lại theo quy định phòng đào tạo Học viên (sinh viên) hoàn thành toàn thí nghiệm theo quy định thi để nhận điểm kết thúc môn học ĐIỀU V TRÁCH NHIỆM Các học viên (sinh viên) có trách nhiệm chấp hành nghiêm chỉnh nội quy Học viên (sinh viên) vi phạm, giảng viên phụ trách thí nghiệm quyền cảnh báo, trừ điểm thi trường hợp vi phạm lặp lại phạm lỗi nghiêm trọng, học viên bị đình làm thí nghiệm 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 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU Phần 1: THỰC HÀNH TRÊN KIT ST2151 I TÍNH NĂNG KỸ THUẬT KIT HUẤN LUYỆN ST2151 II CẤU TRÚC KIT HUẤN LUYỆN ST2151 III CÁC BÀI THỰC HÀNH TRÊN KIT HUẤN LUYỆN ST2151 Bài thực hành số 01: Bài thực hành số 02: Bài thực hành số 03: 10 Bài thực hành số 04: 12 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 phương pháp điều chế tín hiệu số 15 II THỰC HÀNH TRÊN PHẦN MỀM SYSTEMVUE 17 Bài số 1: Khảo sát trình lấy mẫu khôi phục tín hiệu tương tự 18 Bài số 2: Khảo sát phương pháp điều chế số 19 KẾT LUẬN 22 PHỤ LỤC KẾT QUẢ THỰC HÀNH 23 HƯỚNG DẪN LÀM BÁO CÁO THỰC HÀNH 31 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Sơ đồ mặt KIT huấn luyện ST2151 Hình 2: Dạng sóng tín hiệu đo điểm đo TP3, TP4, TP5 TP6 Hình 3: Sơ đồ kết nối thực hành số Hình 4: Dạng tín hiệu lấy mẫu tín hiệu sau khôi phục fs =8KHz Hình 5: Dạng tín hiệu lấy mẫu, khôi phục với tần số lấy mẫu khác Hình 6: Sơ đồ kết nối với tín hiệu Audio Hình 7: Giao diện chương trình mô định lý Shanon Hình 8: Giao diện chương trình mô phương pháp điều chế số Hình 9: Cửa sổ mô dạng sóng tín hiệu điều chế số Hình 10: Sơ đồ mô hệ thống điều chế 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 tín hiệu BASK Hình 16: Sơ đồ khối điều chế BFSK (Data Input = 10 kHz, Low frequency = 45 kHz, High frequency = 55 kHz Hình 17: Các tham số tín hiệu điều chế BFSK (Data Input = 10 kHz, Low frequency = 45 kHz, High frequency = 55 kHz Hình 18: Sơ đồ khối điều chế BPSK (Data Input = 10 kHz, Carrier frequency = 50 kHz Hình 19: Các tham số tín hiệu điều chế BPSK (Data Input = 10 kHz, Carrier frequency = 50 kHz Hình 20: Sơ đồ khối điều chế 16QAM Hình 21: Các tham số tín hiệu điều chế 16QAM MỞ ĐẦU Thực hành nội dung quan trọng giúp cho học viên hiểu rõ nội dung lý thuyết đã học Để đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng thực hành môn học “Cơ sở kỹ thuật thông tin số” biên soạn tài liệu Đây nội dung hướng dẫn thực hành nhằm giúp cho học viên củng cố kiến thức đã học thông qua thực hành KIT ST2151, phần mềm Matlab, System View tạo tiền đề quan trọng cho học viên nghiên cứu vấn đề thực tế lĩnh vực thông tin số Nội dung thực hành trình bày cách cụ thể mang tính trực quan cao giúp người học dễ tiếp thu vận dụng Tài liệu hướng dẫn thực hành gồm phần: Phần 1: Thí nghiệm KIT ST2151 Phần 2: Thí nghiệm phần mềm mô Nội dung tài liệu biên soạn vào chương trình môn học đối tượng dụng cụ, thiết bị thực hành trang bị có Tài liệu dùng cho đối tượng đại học, cao đẳng… đồng thời tài liệu tham khảo bổ ích cho đối tượng khác có liên quan Chúng chân thành cảm ơn ý kiến đóng góp đồng chí tiểu ban khoa học khoa Kỹ thuật sở Tài liệu biên soạn lần đầu chắn không tránh khỏi thiếu sót, mong ý kiến đóng góp đồng chí BỘ MÔN CƠ SỞ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG NỘI DUNG Phần 1: THỰC HÀNH TRÊN KIT ST2151 A MỤC TIÊU Kiến thức - Hiểu cấu tạo, biết sử dụng KIT ST2151 để khảo sát dạng tín hiệu lấy mẫu tín hiệu khôi phục, đối chứng với lý thuyết đã học - Phân tích tham số tín hiệu sau khối máy sóng, rút nhận xét, kết luận - Vận dụng kết thu để phân tích tín hiệu hệ thống thông tin số Kỹ - Thành thạo việc đo, kiểm tra, phân tích tín hiệu máy sóng - So sánh, đối chiếu kết thu với lý thuyết Rút nhận xét, kinh nghiệm có sai khác Thái độ - Cẩn thận, tỉ mỉ đo, kiểm tra tín hiệu, bảo đảm an toàn tuyệt đối trình thực hành B NỘI DUNG I TÍNH NĂNG KỸ THUẬT KIT HUẤN LUYỆN ST2151 Kit huấn luyện ST2151 thiết kế mô tả trình truyền tín hiệu với trình lấy mẫu khôi phục tín hiệu tương tự từ xung lấy mẫu Các thực hành xây dựng KIT ST2151 bao gồm khảo sát tiêu chuẩn lấy mẫu Nyquist khôi phục liệu lọc thông thấp với bậc khác Một số tính KIT ST2151 sau: - Có tạo dao động chuẩn thạch anh onboard - Biểu diễn trình lấy mẫu khôi phục tín hiệu tương tự - Tạo tín hiệu analog để thực hành lấy mẫu với tần số 1KHz onboard - Có khả chọn tần số lấy mẫu khác - Có khả chọn chu trình làm việc tín hiệu lấy mẫu từ 10% đến 90% - Có khả lựa chọn tần số lấy mẫu onboard đưa tần số lấy mẫu từ bên vào thông qua chuyển mạch - Tích hợp mạch lọc thông thấp bậc bậc onboard - Có đầu vào đầu cho tín hiệu thoại để khảo sát trình lấy mẫu khôi phục tín hiệu thoại - Bố trí điểm đo để khảo sát tín hiệu sau khối cách sử dụng máy sóng * Một số ý nhằm bảo đảm an toàn trình khai thác sử dụng kit huấn luyện ST2151: - Luôn giữ cho Kit huấn luyện để nơi khô thoáng mát Tuyệt đối không sử dụng thiết bị môi trường ẩm ướt môi trường dễ gây cháy nổ - Chỉ sử dụng dây nối chuyên dụng kèm theo Kit huấn luyện - Chỉ sử dụng loại cầu chì kèm theo Kit loại có tính tương đương - Đấu đất cho Kit trước khai thác sử dụng II CẤU TRÚC KIT HUẤN LUYỆN ST2151 Hình 1: Sơ đồ mặt KIT huấn luyện ST2151 Cấu trúc Kit huấn luyện ST2151 bao gồm khối sau: Khối tạo tần số lấy mẫu dao động thạch anh Khối chọn chu trình làm việc Khối lấy mẫu tín hiệu Khối lọc bậc bậc Khối đầu vào đầu cho tín hiệu thoại Audio Để khảo sát trình lấy mẫu khôi phục liệu khối kết nối với thông qua hệ thống dây nối chuyên dùng cho Kit huấn luyện sử dụng máy sóng để quan sát dạng sóng đo tham số tín hiệu sau khối theo 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 Mục đích thực hành: Khảo sát trình tạo tín hiệu tương tự tần số KHz từ xung vuông để thực hành lấy mẫu tín hiệu Các thiết bị yêu cầu cho thực hành: - Kit huấn luyện ST2151 dây nối nguồn - Máy sóng - Dây kết nối khối KIT Thủ tục thực hành: Đảo mạch chọn chu trình làm việc: Đặt vị trí Đảo mạch chọn tần số lấy mẫu ngoài: đặt vị trí internal (trong) Bước 1: Kết nối dây nguồn vào KIT huấn luyện Chú ý công tắc nguồn đặt vị trí “Off” Nối que đo máy sóng (MHS) Bước 2: Bật công tắc nguồn KIT huấn luyện máy sóng vị trí “ON” Bước 3: Quan sát trình tạo tín hiệu 1KHz cách sử dụng máy sóng đo dạng tín hiệu chân TP3, TP4, TP5 TP6 (dạng tín hiệu hình 2) Hình 2: Dạng sóng tín hiệu đo điểm đo TP3, TP4, TP5 TP6 Bài thực hành số 02: KHẢO SÁT DẠNG TÍN HIỆU LẤY MẪU VÀ TÍN HIỆU SAU KHÔI PHỤC Mục đích thực hành: Nghiên cứu trình lấy mẫu khôi phục tín hiệu tương tự tần số KHz Các thiết bị yêu cầu cho thực hành: - Kit huấn luyện ST2151 dây nối nguồn - Máy sóng - Dây kết nối khối KIT Thủ tục thực hành Đảo mạch chọn chu trình làm việc: Đặt vị trí Đảo mạch chọn tần số lấy mẫu ngoài: đặt vị trí internal (trong) Hình 3: Sơ đồ kết nối thực hành Phần mềm cung cấp môi trường thiết kế cho người dùng để thiết kế phân tích nội dung thông tin số miền thời gian tần số Có thể giao tiếp với thiết bị thật thực ứng dụng như: xử lý tín hiệu thông tin điều khiển hệ thống Bài số 1: Khảo sát trình lấy mẫu khôi phục tín hiệu tương tự Chạy file: Natural Sampling.svu sau thay đổi tham số, quan sát kết rút nhận xét Hình 12: Sơ đồ khối lấy mẫu tín hiệu Hình 13: Dạng tín hiệu sau lấy mẫu 18 Bài số 2: Khảo sát phương pháp điều chế số Chạy file ASK.svu sau thay đổi tham số, quan sát kết dạng sóng thu rút nhận xét 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 (Data Input = 10 kHz, Carrier frequency = 50 kHz) 19 Chạy file BFSK.svu sau thay đổi tham số, quan sát kết dạng sóng thu rút nhận xét Hình 16: Sơ đồ khối điều chế BFSK (Data Input = 10 kHz, Low frequency = 45 kHz, High frequency = 55 kHz) Hình 17: Các tham số tín hiệu điều chế BFSK (Data Input = 10 kHz, Low frequency = 45 kHz, High frequency = 55 kHz) Chạy file BPSK.svu sau thay đổi tham số, quan sát kết dạng sóng thu rút nhận xét 20 Hình 18: Sơ đồ khối điều chế BPSK (Data Input = 10 kHz, Carrier frequency = 50 kHz) Hình 19: Các tham số tín hiệu điều chế BPSK (Data Input = 10 kHz, Carrier frequency = 50 kHz) Chạy file 16QAM.svu sau thay đổi tham số, quan sát kết dạng sóng thu rút nhận xét 21 Hình 20: Sơ đồ khối điều chế 16QAM Hình 21: Các tham số tín hiệu điều chế 16QAM KẾT LUẬN Thông qua thực hành thí nghiệm KIT huấn luyện ST2151 thí nghiệm phần mềm mô học viên hiểu nắm trình số hóa tín hiệu tương tự theo phương pháp PCM, dạng sóng tín hiệu điều chế số ASK, FSK, PSK Từ nắm nội dung lý thuyết đã nghiên cứu vận dụng vào học nội dung 22 PHỤ LỤC KẾT QUẢ THỰC HÀNH TRÊN KIT ST2151 Tần số lấy mẫu fs = 2KHz: + Vẽ dạng tín hiệu sau lấy mẫu: + Vẽ dạng tín hiệu khôi phục Tần số lấy mẫu fs = 8KHz: + Vẽ dạng tín hiệu sau lấy mẫu: + Vẽ dạng tín hiệu khôi phục Tần số lấy mẫu fs = 10KHz: + Vẽ dạng tín hiệu sau lấy mẫu: + Vẽ dạng tín hiệu khôi phục Kết luận:………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 23 KẾT QUẢ THỰC HÀNH TRÊN PHẦN MỀM Bài: Khảo sát phương pháp điều chế số Với chuỗi bit:…………………………………………………………………… Vẽ dạng sóng tín hiệu điều chế: + ASK + FSK + PSK + QAM Kết luận:………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 24 KẾT QUẢ THỰC HÀNH TRÊN PHẦN MỀM Bài: Khảo sát định lý Shannon Chạy file Shannon.exe * Trường hợp 1: f0 > fs Tần số tín hiệu tương tự:… Tần số lấy mẫu:… Tín hiệu ban đầu:… Tín hiệu khôi phục:… * Trường hợp 2: f0 = fs Tần số tín hiệu tương tự:… Tần số lấy mẫu: … Tín hiệu ban đầu:… Tín hiệu khôi phục:… * Trường hợp 3: fs = 2f0 Tần số tín hiệu tương tự:… Tần số lấy mẫu: … Tín hiệu ban đầu:… Tín hiệu khôi phục:… * Trường hợp 4: fs = 3f0 Tần số tín hiệu tương tự:… Tần số lấy mẫu: … Tín hiệu ban đầu:… Tín hiệu khôi phục:… Kết luận:………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 25 KẾT QUẢ THỰC HÀNH TRÊN PHẦN MỀM Bài: Khảo sát phương pháp điều chế số Điều chế biên độ số Chạy file simulink ASK.mdl - Vẽ dạng chòm tín hiệu điều chế ASK - Vẽ dạng phổ tín hiệu phát ASK - Vẽ dạng chòm tín hiệu ASK thu - Vẽ dạng phổ tín hiệu thu ASK Kết luận:………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 26 KẾT QUẢ THỰC HÀNH TRÊN PHẦN MỀM Bài: Khảo sát phương pháp điều chế số Điều chế tần số số Chạy file simulink FSK.mdl - Vẽ dạng chòm tín hiệu điều chế FSK - Vẽ dạng phổ tín hiệu phát FSK - Vẽ dạng chòm tín hiệu FSK thu - Vẽ dạng phổ tín hiệu thu FSK Kết luận:………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 27 KẾT QUẢ THỰC HÀNH TRÊN PHẦN MỀM Bài: Khảo sát phương pháp điều chế số Điều chế pha số Chạy file simulink PSK.mdl - Vẽ dạng chòm tín hiệu điều chế PSK - Vẽ dạng phổ tín hiệu phát PSK - Vẽ dạng chòm tín hiệu PSK thu - Vẽ dạng phổ tín hiệu thu PSK Kết luận:………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 28 KẾT QUẢ THỰC HÀNH TRÊN PHẦN MỀM Bài: Khảo sát phương pháp điều chế số Điều chế QAM Chạy file simulink QAM.mdl - Vẽ dạng chòm tín hiệu điều chế QAM - Vẽ dạng phổ tín hiệu phát QAM - Vẽ dạng chòm tín hiệu QAM thu - Vẽ dạng phổ tín hiệu thu QAM Kết luận:………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 29 KẾT QUẢ THỰC HÀNH TRÊN PHẦN MỀM Bài: Khảo sát trình lấy mẫu khôi phục tín hiệu tương tự Chạy file Natural Sampling.svu + Vẽ dạng tín hiệu sau lấy mẫu + Nhận xét:……………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… Chạy file Khoiphuc.svu + Vẽ dạng sóng tín hiệu gốc tín hiệu khôi phục + Thay đổi tần số lấy mẫu: Kết luận:………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 30 HƯỚNG DẪN LÀM BÁO CÁO THỰC HÀNH Trang bìa KHOA KỸ THUẬT CƠ SỞ BỘ MÔN CƠ SỞ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG BÁO CÁO THỰC HÀNH MÔN HỌC CƠ SỞ KỸ THUẬT THÔNG TIN SỐ Giáo viên hướng dẫn: ………………… Học viên:……………………………… Đơn vị:………………………………… Khánh Hòa, tháng…năm 20… 31 NỘI DUNG THỰC HÀNH Phần 1: THỰC HÀNH TRÊN KIT ST2151 Bài thực hành số 01: Mục đích Các trang bị, phương tiện kỹ thuật phục vụ thực hành Cơ sở lý thuyết Thủ tục thực hành Kết thực hành rút nhận xét, kết luận Bài thực hành số 02: Mục đích Các trang bị, phương tiện kỹ thuật phục vụ thực hành Cơ sở lý thuyết Thủ tục thực hành Kết thực hành rút nhận xét, kết luận… Phần 2: THỰC HÀNH TRÊN PHẦN MỀM MÔ PHỎNG Bài thực hành số 01: Mục đích Các trang bị, phương tiện kỹ thuật phục vụ thực hành Cơ sở lý thuyết Thủ tục thực hành Kết thực hành rút nhận xét, kết luận Bài thực hành số 02: Mục đích Các trang bị, phương tiện kỹ thuật phục vụ thực hành Cơ sở lý thuyết Thủ tục thực hành Kết thực hành rút nhận xét, kết luận… 32