Prácticas de Laboratorio Sistemas de Comunicaciones Análogas y Digitales

Transcripción

1 1 Prácticas de Laboratorio Sistemas de Comunicaciones Análogas y Digitales Práctica 1. Instrumentación: Competencias: Adquirir destreza en el manejo de Instrumentos de Medida tales como: Generador de Señales Se pretende reforzar los conceptos previos de Circuitos Eléctricos, con respecto al buen uso de los equipos de medida disponibles en el Laboratorio y objeto de su utilización en toda practica profesional. Fuentes de Tensión Generador de Señales Preinforme: Entregar por escrito conceptos como: Periodo, frecuencia, Amplitud, Voltaje pico, Voltaje pico a pico, Fase, Voltaje offset, Ciclo de dureza, Definición de Señales Análogas, Incluya Graficas y formas de onda. Formas de Conexión del Multímetro para las lecturas de Voltaje y Corriente. Usted ajustará la frecuencia del generador de señales para visualizar en el osciloscopio una señal senoidal de 2.0KHz, y 1.0 Vp sobre un nivel offset de 3 voltios DC 1. Graficar la forma de onda mostrada en el osciloscopio cuando sus perillas están en: 1.a. 0.5 V/div y 500 us/div 1.b. 0.5 V/div y 50 us/div Cuál gráfica permite determinar más fácilmente la frecuencia de la señal y por qué? Incluir el nivel de referencia en cada grafico, determinar amplitud periodo y frecuencia con el osciloscopio. 2. Sobre la forma de onda anterior [ v(t) = 3 + sen 2π 2KHz t ]. Indicar el voltaje de la señal cuando t = 0, 100, 200, 250, 300 y 400 s. Determinar el valor teórico matemáticamente y compararlo con el valor real medido en el osciloscopio. Incluir la forma de onda con los voltajes respectivos 1

2 2 3. Determinar el voltaje RMS para la señal senoidal, la señal cuadrada y la señal triangular. Usar el Multímetro y comparar con su valor teórico. 4. Conectar el frecuencímetro (contador de frecuencia) directamente a la salida del generador de señales e indicar cuáles son las frecuencias de las señales senoidal, cuadrada y triangular. 5. Generar y graficar una señal cuadrada de 2.0KHz, de 0 a 5 VDC, compatible con TTL. Investigar posibles aplicaciones de este tipo de señal 6. Determinar la longitud de onda para señales senoidales de 2, 20 y 200 KHz. 7. Graficar la forma de onda de un tren de pulsos de 2 KHz si el tiempo activo del pulso es 200 s y su amplitud es de 5 VDC. Determinar su ciclo de dureza. Introducción Objetivos Voltaje pico, Voltaje pico a pico, señal análoga Graficas de Formas de Onda, especificando TIME/DIV. VOLT/DIV, voltajes pico, frecuencias Especificaciones técnicas de los instrumentos de medida utilizados en el laboratorio. Respuestas a Preguntas Planteadas durante la Práctica, Conclusiones y comentarios. Referencias Bibliograficas. Blake, Roy. Sistemas electrónicos de comunicaciones, Ed. Thomson Practica 2.a Gráficas de Ondas utilizando series de Fourier Competencia: Comprobar que toda Señal es una sumatoria de una señal Fundamental y sus armónicos. Graficar, con la ayuda de Excel, formas de onda en el dominio del tiempo y en el dominio de la frecuencia. Determinar las componentes espectrales según el análisis de Fourier de Señales previamente definidas. Ondas periódicas no senoidales ( ondas complejas ) Generador de Señales 2

3 3 Preinforme Investigar acerca de los coeficientes de Fourier para una Señal cuadrada. Ver ejercicio 1.2 del libro de sistemas de comunicaciones de Wayne Tomasi Con la ayuda de Excel, para el tren de ondas cuadradas de la figura: Determinar las amplitudes pico y las frecuencias de las primeras10 armónicas impares Dibujar el espectro en frecuencia Calcular el voltaje instantáneo total para varios tiempos y graficar la forma de onda en el dominio del tiempo a partir de los datos obtenidos. Amplitud = 4 Vp Periodo = 1 ms Introducción, Objetivos, Marco Teórico, Formas de Onda en el dominio del tiempo y frecuencia, Tabla con los datos obtenidos, Respuestas a Preguntas Planteadas durante la Practica, Conclusiones y comentarios. Referencias Bibliográficas: Sistemas de comunicaciones electrónicas, Wayne Tomasi Blake, Roy. Sistemas electrónicos de comunicaciones, Ed. Thomson Practica 2.b Filtro Paso Bajo Competencia: Comprobar que toda Señal es una sumatoria de una señal Fundamental y sus armónicos. 3

4 4 Visualizar los efectos del Ancho de Banda impuesto por los medios de Transmisión. Determinar las componentes espectrales según el análisis de Fourier de Señales previamente definidas. Teoría de Filtros Fuentes de Tensión Generador de Señales Resistencias Varias, Amplificadores Operacionales, Condensadores, Trimmers, etc. Preinforme Calculo de los coeficientes de Fourier para la Señal acordada. Montaje previo del Circuito en Board Teoría de Filtros: Paso Bajo Paso Banda Paso Alto Generar una Señal Cuadrada de Frecuencia Determinada por el Docente, para alimentar el Filtro de tal forma que a su salida pueda apreciarse el efecto del ancho de banda sobre la señal. Dibujo, Plano. Introducción, Objetivos, Marco Teórico, Gráficas de Formas de Onda, especificando TIME/DIV. VOLT/DIV, voltajes pico, frecuencias, Respuestas a Preguntas Planteadas durante la Practica, Conclusiones y comentarios. Referencias Bibliográficas: Theodore Bogart. Electrónica y Dispositivos Lineales. National Semiconductor. Linear Data Book. Morris Thischler. Amplifier, Filters oscilators and Generators. Blake, Roy. Sistemas electrónicos de comunicaciones, Ed. Thomson Practica 3 Modulación por desplazamiento en frecuencia. FSK Competencias: Verificar los efectos de una moduladora Digital sobre una Portadora Análoga. 4

5 5 Ancho de Banda, Frecuencia de Marca, Frecuencia de Espacio, Índice de Modulación, Funcion de Bessel Fuentes de Tensión Generador de Señales Resistencias Varias, Condensadores, Trimmers, etc. La practica de FSK se puede implementar a partir de las siguientes tres opciones disponibles en el laboratorio: a- CI s: LM566, LM565. b- CI s: XR2206 y XR2211. c- LAB-VOLT Preinforme: Oscilador Controlado por Voltaje (VCO), Circuito de Fase Cerrada (PLL), Especificaciones del Fabricante para los CI s. Cálculos de los componentes del circuito a implementar. Circuito implementado en ProtoBoard. Para m 3.0, calcular: Frecuencia de Marca (Fm), Frecuencia de Espacio (Fs), Frecuencia de Oscilación (Fo), Desviación en frecuencia ( f). Se debe cumplir que Fm > Fs. Si va a usar el XR2206, seleccione R1 y R2 de acuerdo a las recomendaciones del fabricante de tal manera que f1 > f2 o Fm > Fs. Tenga en cuenta que si R1 > R2, entonces f1 < f2. Divida el grupo de tal manera que algunos estudiantes implementen circuitos Moduladores y otros estudiantes implementen circuitos Demoduladores. Utilizando los circuitos Integrados recomendados se realizará el diseño y montaje en board de un circuito modulador FSK capaz de transmitir a ratas de 300, 600, 1200 o 2400 bps. En el transmisor, el modulador debe recibir un mensaje en forma de un tren de pulsos proveniente del generador de señales y transmitir la señal modulada. En el receptor, el demodulador recibe la señal FSK y debe mostrar a la salida el tren de pulsos original(mensaje). Graficar la forma de onda a la entrada (FSK input) y a la salida del modulador (FSK output) para los siguientes casos: 1. Sin aplicar señal a la entrada del modulador FSK (FSK Input) 2. Aplicar un voltaje DC menor que 1V a la entrada FSK Input. Observa n cambios en la señal modulada? 3. Aplicar un voltaje DC mayor que 2V a la entrada FSK Input. Tome nota de sus observaciones 5

6 6 4. Aplicar un tren de pulsos de 0.0 a 5.0VDC con una frecuencia de 1 Hz(1 bps). Graficar el tren de pulsos 5. Variar lentamente la frecuencia del tren de pulsos, señal modulante, desde 0 Hz (0 bps) hasta 1 KHz(1 Kbps). Que le sucede a la señal modulada?. Tome nota de sus observaciones e Interpretar los resultados obtenidos. Mostrar ambas señales : Modulante y modulada. 6. Repita el paso anterior y observe la salida del modulador en el analizador de espectro. Tome atenta nota de sus observaciones. 7. Mostrar en un mismo gráfico las frecuencias de marca, frecuencia de oscilación, frecuencia de espacio y desviación en frecuencia. 8. Determinar el ancho de banda teórico y el ancho de banda real(practico) visualizado en el analizador de espectro, así: a. Cuando la rata de entrada es bps b. Cuando la rata de entrada sea 14.4 Kbps Introducción, Objetivos, Marco Teórico, Diagrama del Circuito real definitivo implementado durante la practica, Gráficas de Formas de Onda y espectro en frecuencia, especificando frecuencia y amplitud de cada señal, voltajes pico, periodo y ancho de banda. Especifique la amplitud pico y frecuancia de las formas de onda. Compare los calculos teóricos con los resultados obtenidos en el laboratorio y justificar sus diferencias. Respuestas a Preguntas planteadas durante la practica, Conclusiones y comentarios. Referencias Bibliograficas: Theodore Bogart. Electrónica y Dispositivos Lineales. National Semiconductor. Linear Data Book. Wayne Tomasi. Sistemas de Comunicaciones Electrónicas. Blake, Roy. Sistemas electrónicos de comunicaciones, Ed. Thomson 6

7 7 Práctica 4 Modulación PSK Competencias: Introducir los alumnos en el campo de la radio digital al comprobar, mediante la practica, el cambio de fase que sufre la portadora. Es necesario tener claridad en los conceptos teóricos de modulación BPSK Modos de señalización NRZ, NRZI, Manchester 7

8 8 Circuitos detectores de portadora Detección Coherente(sincrónica) y detección no coherente. Fuentes de Tensión Multimetro Generador de Señales(cantidad = 2) 2 transformadores 4 diodos Cables, caimanes Preinforme: Detección Coherente o sincrónica y no coherente Modulador Balanceado, Modulador de Producto Circuito implementado en ProtoBoad. Grupos acordados con el docente implementaran el modulador BPSK. El estudiante seleccionará los parámetros de frecuencia y amplitud para una portadora de acuerdo a las características de los elementos usados durante la practica. Aplicar un voltaje Positivo en la entrada de bits, Observar en el osciloscopio la señal BPSK y compararla con la señal de la portadora. Aplicar un voltaje Negativo en la entrada de bits, Observar en el osciloscopio la señal BPSK y compararla con la señal de la portadora. Aplicar un tren de pulsos con ratas de bits variables desde 1 Hz hasta 100 Hz., Observar en el osciloscopio la señal BPSK y compararla con la señal de la portadora. Nota: Durante la practica, el estudiante debe contar con dos generadores de señal para aplicar la señal senoidal de portadora y la señal cuadrada del tren de bits. 8

9 9 Introducción, Objetivos, Marco Teórico, Diagrama del Circuito definitivo Implementado, Gráficas de Formas de Onda, especificando TIME/DIV. VOLT/DIV, voltajes pico, frecuencias, Respuestas a Preguntas Planteadas durante la Practica, Conclusiones y comentarios. Referencias Bibliograficas: Blake, Roy. Sistemas electrónicos de comunicaciones, Ed. Thomson National Semiconductor. Linear Data Book. Boylestad, Nashelsky. Teoría de Circuitos Wayne Tomasi. Sistemas de Comunicaciones Electrónicas. Couch, Digital and analog communication systems Practica 5 Modulación por Codificación de pulsos, PCM Competencias: Las redes de datos actuales se apoyan en la transmisión digital y en la multicanalización. El CODEC como dispositivo fundamental de las redes publicas. Utilizando el tablero de Comunicaciones Digitales 1 de LAB VOLT, esta practica pretende: Mostrar los elementos que intervienen en la modulación PCM. Dar claridad sobre los conceptos de Multiplexión por división en el tiempo(tdm) Reforzar los conceptos de Conversión Análoga / Digital(ADC), conversión Digital / Análoga(DAC) 9

10 10 El CODEC y el sistema telefónico actual Transmisión digital, Multiplexión por división en el tiempo, Multiplexión por división en frecuencia(fdm) y Multicanalización. Fuentes de Tensión Generador de Señales(cantidad = 2) Kit de accesorios de LAB VOLT Preinforme: Multiplexión por división en el Tiempo. TDM Multiplexión por división en Frecuencia(FDM) En parejas o en grupos de tres estudiantes se puede ver como un CODEC es capaz de generar y demodular señales PCM. Ejercicio 1. Generación y demodulación PCM Ejercicio 2. Multiplexación por división en el tiempo. Introducción, Objetivos, Marco Teórico, Gráficas de Formas de Onda, especificando TIME/DIV. VOLT/DIV, voltajes pico, frecuencias, Respuestas a Preguntas Planteadas durante la Practica, Conclusiones y comentarios. Referencias Bibliograficas: Wayne Tomasi. Sistemas de Comunicaciones Electrónicas. Couch, Digital and analog communication systems. Practica 6 Conversor Análogo / Digital(ADC) y conversor Digital / Análogo(DAC) Competencia: Manejar las señales codificadas en binario. Reforzar conceptos de Cuantización, Rango dinámico y Resolución Manejar las señales análogas y digitales Conversión A/D y conversión D/A Transmisión digital, Multiplexión por división en el tiempo Fuentes de Tensión Generador de Señales(cantidad = 2) 10

11 11 Preinforme: Conversión A/D y D/A. Cálculos teóricos. Multiplexión por división en el Tiempo, TDM Características fundamentales del conversor(dac, ADC), según las especificaciones del fabricante(voltaje de polarización, Numero de bits, resolución, etc.) Circuito implementado en protoboard. Ejercicio 1. Conversión Análoga-Digital, ADC0808 Se implementara un circuito capaz de recibir una señal análoga(nivel de voltaje) y que transmita un valor digital a la computadora a través del puerto serial o paralelo Ejercicio 2. Conversión Digital / Análoga, DAC0808 Desde el PC, a través del puerto serial o paralelo, se genera un código de 8 bits, el cual deberá servir de entrada a un conversor D/A. Este a su vez, mostrará el voltaje, de 0.0V a 5.0V, correspondiente al código binario recibido. Se requiere un programa(software) que permita enviar bits al puerto de la computadora. Implementar la aplicación típica recomendada por el fabricante del IC DAC0808 y usar los siguientes parámetros para el circuito: Vcc = Vref = 5V, Vee = -12V. El Amplificador Operacional LF351 puede ser reemplazado por un IC similar al LM741, el cual debe ser polarizado con +V = +12V y V = -12V Introducción, Objetivos, Marco Teórico, Gráficas de Formas de Onda, especificando TIME/DIV. VOLT/DIV, voltajes pico, frecuencias, Respuestas a Preguntas Planteadas durante la Práctica, Conclusiones y comentarios. Determinar: Resolución, Rango dinámico, Error de Cuantización y Eficiencia. Incluir una tabla con los códigos binarios y sus valores de voltaje correspondientes. Elaborar una tabla con los voltajes teóricos y reales(obtenidos en el laboratorio) correspondientes a los códigos 255, 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2, 1, 0. Para calcular el voltaje teórico utilice la formula: A1 A2 A3 A8 Vo Confrontar los cálculos teóricos con los resultados reales obtenidos en el laboratorio y justificar las diferencias. Elaborar un plano completo del circuito real implementado. 11

12 12 Nota: Ambos ejercicios requieren: - Un programa(software) que permita a la computadora enviar o recibir bits - Un cable de datos para transmitir datos de la computadora al conversor - Conocer la distribución de pines del conector DB25-F del puerto de la computadora Circuito Referencias Bibliograficas: Theodore Bogart. Electrónica y Dispositivos Lineales. National Semiconductor. Linear Data Book. Wayne Tomasi. Sistemas de Comunicaciones Electrónicas. Couch, Digital and analog communication systems. Blake, Roy. Sistemas electrónicos de comunicaciones, Ed. Thomson 12