Modulation AM

Description

Le but est de découvrir la modulation d'amplitude. Comment la réalisé, de quoi est elle faite, ses applications et pourquoi pas la détourner de son but premier. Typiquement une modulation d'amplitude s'obtient avec deux signaux sinusoïdales:
- un est le signal modulant, c'est le signal qui va former l'enveloppe (ça peut par exemple être une voie ou un son). Il est carractérisé par une fréquence relativement basse.
- Le deuxieme est le signal porteur, moi je l'ai appelé “fréquence” sur mon schéma. Ce deuxieme signal est quand à lui trés supérieur en fréquence.
On multipli alor ces deux signaux pour obtenir cette modulation caractéristique. La modulation peut prendre plusieurs visages:
-si le signal modulant est plus faible en dessous de 50% que la porteuse -si le signal modulant est plus faible de 50% que la porteuse -si le signal modulant reste plus faible mais > à 50% que la porteuse Ce type de signal fut l'un des premiers à être utilisé pour transmetre des comunications par ondes radio. Le signal doit par la suite être démolué car la fréquence porteuse ne sert cas donner un support (comme son nom l'indique…) pour transmetre le signal modulant dans l'air.

Matériaux

  • un arduino
  • deux modules DDS9850
  • divers composants

Tutoriel

J'ai tenté un premier essai avec des composants basics et facilement accessible:

  • 2 résistances de 1K
  • 1 résistance de 10k
  • 1 diode de redressement 1N4007
  • 1 condensateur céramique 100nF (pas d'éléctrolytique)
  • 1 bobine d'environ 1mH

Voici le montage du circuit modulant: Pour mon essai j'utilise un arduino UNO avec deux modules DDS9850 et deux potentiomètres de 100K afin de générer deux signaux sinusoïdales variables en fréquence. Le montage ressemble à ceci:

code arduino
/*---------------( Import needed libraries )---------------*/
#include <Wire.h>                // for LCD to comunicate in i2c
#include <LiquidCrystal_I2C.h>   // LCD in i2c need module PCF8574
 
/*---------------( Declare Constants )---------------*/
 
  // 1st MODULE
#define W_CLK_ONE 10       // Pin 8 - connect to AD9850 module word load clock pin (CLK)
#define FQ_UD_ONE 11       // Pin 9 - connect to freq update pin (FQ)
#define DATA_ONE  12      // Pin 10 - connect to serial data load pin (DATA - D7)
#define RESET_ONE 13      // Pin 11 - connect to reset pin (RST).
 
  // 2st MODULE
#define W_CLK_TWO 0       // Pin 4 - connect to AD9850 module word load clock pin (CLK)
#define FQ_UD_TWO 1       // Pin 5 - connect to freq update pin (FQ)
#define DATA_TWO  2       // Pin 6 - connect to serial data load pin (DATA - D7)
#define RESET_TWO 3       // Pin 7 - connect to reset pin (RST).
 
  // for DDS
#define pulseHigh(pin) {digitalWrite(pin, HIGH); digitalWrite(pin, LOW); }
 
  // potentiometers
#define POT_ONE A1
#define POT_TWO A2
 
 // for mapping the value of potentiometer in hertz
#define MAP 100000 
 
/*---------------( Declare objects )---------------*/
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 2, 1, 0, 4, 5, 6, 7, 3, POSITIVE);  // Set the LCD I2C address
 
 
/*---------------( Declare Variables )---------------*/
long freq_mod_one   = 0;
long freq_mod_two   = 0;
 
long pot_value      = 0;
 
/*---------------( Declare Fonctions )---------------*/
 
// transfers a byte, a bit at a time, LSB first to the 9850 via serial DATA line
void tfr_byte(byte data, int pin_clock, int pin_data)
{
  for (int i=0; i<8; i++, data>>=1) 
    {
      digitalWrite(pin_data, data & 0x01);
      pulseHigh(pin_clock);   //after each bit sent, CLK is pulsed high
    }
}
 
 // frequency calc from datasheet page 8 = <sys clock> * <frequency tuning word>/2^32
void sendFrequency(double frequency, int pin_clock, int pin_fq, int pin_data)
{
  int32_t freq = frequency * 4294967295/125000000;  // note 125 MHz clock on 9850
  for (int b=0; b<4; b++, freq>>=8) 
    {
      tfr_byte(freq & 0xFF, pin_clock, pin_data);
    }
  tfr_byte(0x000, pin_clock, pin_data);   // Final control byte, all 0 for 9850 chip
  pulseHigh(pin_fq);  // Done!  Should see output
}
 
 
/*---------------( SETUP: RUNS ONCE )---------------*/
void setup()   
{
  lcd.begin(16,2);         // initialize the lcd for 16 chars 2 lines and turn on backlight
 
// Configure arduino data pins for output
  pinMode(FQ_UD_ONE, OUTPUT);
  pinMode(W_CLK_ONE, OUTPUT);
  pinMode(DATA_ONE,  OUTPUT);
  pinMode(RESET_ONE, OUTPUT);
 
  pulseHigh(RESET_ONE);
  pulseHigh(W_CLK_ONE);
  pulseHigh(FQ_UD_ONE);  // this pulse enables serial mode 
 
  pinMode(FQ_UD_TWO, OUTPUT);
  pinMode(W_CLK_TWO, OUTPUT);
  pinMode(DATA_TWO,  OUTPUT);
  pinMode(RESET_TWO, OUTPUT);
 
  pulseHigh(RESET_TWO);
  pulseHigh(W_CLK_TWO);
  pulseHigh(FQ_UD_TWO);  // this pulse enables serial mode 
 
// Quick 3 blinks of backlight "hello world"
  for(int i = 0; i< 3; i++)
  {
    lcd.backlight();
    delay(100);
    lcd.noBacklight();
    delay(100);
  }
  lcd.backlight(); // finish with backlight on  
 
// Write characters on the display 
  lcd.setCursor(1,0);
  lcd.print("Test: DDS");
  delay(2000);   
  lcd.clear();
 
}/*--(end setup )---*/
 
 
/*---------------( LOOP: RUNS CONSTANTLY )---------------*/
void loop()   
{
   lcd.setCursor(0,0);             // formating text
   lcd.print("Freq 1:");           //
   lcd.print(freq_mod_one);        //
   lcd.print("Hz   ");             //
   lcd.setCursor(0,1);             //
   lcd.print("Freq 2:");           //
   lcd.print(freq_mod_two);        //
   lcd.print("Hz   ");             //
 
   pot_value = analogRead(POT_ONE);                              // 
   freq_mod_one = map(pot_value, 0, 1023, 0, MAP);               // map the value of potentiometer
   sendFrequency(freq_mod_one, W_CLK_ONE, FQ_UD_ONE, DATA_ONE);  //transfer value of pot 1 to first AD9850 
 
   pot_value = analogRead(POT_TWO);                              // 
   freq_mod_two = map(pot_value, 0, 1023, 0, MAP);               // 
   sendFrequency(freq_mod_two, W_CLK_TWO, FQ_UD_TWO, DATA_TWO);  //transfer value of pot 2 to second AD9850 
 
}
 
/* ( THE END ) */

Dans la capture d'écran ci-dessous les deux DDS délivres un signal égal en tension. Pour obtenir cette modulation marquée j'ai cherché la fréquence de résonnance du circuit “LC” (composé par la bobine et le condensateur) avec les deux fréquences.
Cette erreur :) ma permis d'observer un phénomène plutôt sympa qui à pour effet de tripler la tension.

Pour avoir une modulation normale il faut que “le signal porteur” (haute fréquence) rentre en résonnance avec le circuit “LC” vous pouvez choisir une fréquence de l'ordre de 100Kz pour un signal modulant en dessou de 20kHz. Pour cela sélectionner vos composants en fonction.
Exemple avec une obine de 150uH et un condensateur de 47nF on obtient une fréquence de résonnance d'environ 70Khz. Ne vous focalisez pas sur les valeurs du shéma pour le condensateur et la bobine
Une fois que la haute fréquence est accordée vous pouvez jouer avec la fréquence modulante et observer votre signal modulé.

Voici ce que l'on obtient si on accorde les deux fréquences:

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