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1、电电 子子 科科 技技 大大 学学实实 验验 报报 告告实验项目一：连续系统的幅频特性实验项目一：连续系统的幅频特性1、实验室名称：实验室名称：信号与系统实验室2、实验项目名称：实验项目名称：连续系统的幅频特性测量三、实验原理三、实验原理正弦波信号输入连续 LTI 系统，输出仍为正弦波信号。)cos()(0tAtx)(ty图 3.3-1 信号输入连续 LTI 系统图 3.3-1 中，)(cos()()(000jHtjHAty通过测量输入、输出的正弦波信号幅度，计算输入、输出的正弦波)(tx)(ty信号幅度比值，可以得到系统的幅频特性在处的测量值。改变可0)(0jH0以测出不同频率处的系统幅频特
2、性。四、实验目的与任务四、实验目的与任务目的：使学生对系统的频率特性有深入了解。任务：记录不同频率正弦波通过低通、带通滤波器的响应波形，测量其幅度，拟合出频率响应的幅度特性；分析两个滤波器的截止频率。五、实验器材五、实验器材数字信号处理实验箱、信号与系统实验板的低通滤波器模块 U11、高通滤波器模块 U21、PC 机端信号与系统实验软件、5V 电源、连接线、计算机串口连接线)(jH)(tx)(ty六、实验内容六、实验内容打开 PC 机端软件 SSP.EXE，在下拉菜单“实验选择”中选择“实验三”；使用串口电缆连接计算机串口和实验箱串口，打开实验箱电源。实验内容（一）、实验内容（一）、低通滤波器
3、的幅频特性测量实验步骤：实验步骤：1、 信号选择：按实验箱键盘“3”选择“正弦波”，再按“”或“”依次选择表 3.1 中一个频率。2、 连接接口区的“输入信号 1”和“输出信号”，如图 3.3-2 所示。点击SSP 软件界面上的按钮，观察输入正弦波。将正弦波频率值和幅度值(Vpp/2, Vpp 为峰-峰值)记录于表 3.3-1。接 口 区输入信号1 输入信号2输出信号 采样信号 备用备用图 3.3-2 观察输入正弦波的连线示意图3、 按图 3.3-3 的模块连线示意图连接各模块。接 口 区输入信号1 输入信号2输出信号 采样信号 备用备用低通滤波器U11输入 S11输出 S12图 3.3-3
4、实验三实验内容（一）模块连线示意图4、 点击 SSP 软件界面上的按钮，观察输入正弦波通过连续系统的响应波形；适当调整 X、Y 轴的分辨率可得到如图 3.3-4 所示的实验结果。将输出正弦波的幅度值(Vpp/2, Vpp 为峰-峰值)记录于表 3.3-1。图 3.3-4 输入正弦波和响应波形5、 重复步骤 14，依次改变正弦波的频率，记录输入正弦波的幅度值和响应波形的幅度值于表 3.3-1。表 3.3-1频率（kHz）0.10.20.61.01.41.82.22.63.03.43.84.24.65.0输入幅度（v）输出幅度（v）输出/输入幅度比值 H实验内容（二）、实验内容（二）、带通滤波器的
5、幅频特性测量实验步骤：实验步骤：重复实验内容（一）的实验步骤 15。注意在第 3 步按图 3.3-5 的模块连线示意图连接各模块。接 口 区输入信号1 输入信号2输出信号 采样信号 备用备用高通滤波器 U21输入 S31输出 S32低通滤波器 U11输入 S11输出 S12图 3.3-5 实验三实验内容（二）模块连线示意图将输入正弦波频率值、幅度值和响应波形的幅度值记录于表 3.3-2。表 3.3-2频率（kHz）0.10.20.61.01.41.82.22.63.03.43.84.24.65.0输入幅度（v）输出幅度（v）输出/输入幅度比值 H思考问题：思考问题：（1）将表 3.3-1、3.
6、3-2 的输出/输入的幅度比值 H 数据用横座标（频率）、纵座标（幅度比值 H）描绘出来，可以拟合出两条光滑曲线，它们说明两个系统的幅频特性有何不同之处？（2）为什么实验内容（二）中，低通滤波器与高通滤波器串联会得到带通滤波器？7 7、实验数据及结果分析实验数据及结果分析实验（一）数据表 3.3-1频率（kHz）0.10.20.61.01.41.82.22.63.03.43.84.24.65.0输入幅度（v）2.052.052.102.102.112.202.102.102.102.082.042.072.112.13输出幅度（v）1.571.551.501.491.451.301.201.1
7、30.890.730.560.490.420.30输出/输入幅度比值 H0.770.760.710.710.690.590.570.540.420.350.270.240.200.14实验（二）数据表 3.3-2频率（kHz）0.10.20.61.01.41.82.22.63.03.43.84.24.65.0输入幅度（v）2.052.052.102.072.112.202.102.102.102.082.042.072.112.13输出幅度（v）00.020.901.971.821.401.251.060.940.630.580.520.400.31输出/输入幅度比值 H0.00 0.01 0
8、.43 0.95 0.86 0.64 0.60 0.50 0.45 0.30 0.28 0.25 0.19 0.15 问题（问题（1）实验（一）幅频特性曲线01234560.00_2.00_4.00_6.00_8.00_10.00_12.00_14.00_16.00_输出/输入幅度比值HChart Title实验（二）幅频特性曲线01234560.00_2.00_4.00_6.00_8.00_10.00_12.00_14.00_16.00_输出/输入幅度比值HChart Title二者不同：第一个是当信号处于在低频时，能够通过系统，最高幅值较小；而第二个则是当信号处于中间频率时，才能通过系统，
9、且最高幅值较大。问题（问题（2）低通滤波器滤掉高频信号，高通滤波器滤掉低频信号，当二者串联时，只有处于中间的频率才能通过，从而形成带通滤波器。实验项目二：连续信号的采样和恢复实验项目二：连续信号的采样和恢复一、实验项目名称：一、实验项目名称：连续信号的采样和恢复二、实验目的与任务实验目的与任务目的：1、使学生通过采样保持电路理解采样原理。2、使学生理解采样信号的恢复。任务：记录观察到的波形与频谱；从理论上分析实验中信号的采样保持与恢复的波形与频谱，并与观察结果比较。三、实验原理：三、实验原理：实际采样和恢复系统如图 3.4-1 所示。可以证明，奈奎斯特采样定理仍然成立。( )sx tt( )x
10、 t)(tPT( )Sx tt( )x t0.)(tPTtT1)(jHr)(ty图 3.4-1 实际采样和恢复系统采样脉冲：其中，。Ts22/)2/sin( ss kkk Ta T采样后的信号：ksSF SkjXTjXtx)(1)()(当采样频率大于信号最高频率两倍，可以用低通滤波器由采样后的)(jHr( )()2()F TTks kp tPjak 信号恢复原始信号。)(txS)(tx四、实验器材四、实验器材数字信号处理实验箱、信号与系统实验板的低通滤波器模块 U11 和 U22、采样保持器模块 U43、PC 机端信号与系统实验软件、5V 电源、连接线、计算机串口连接线五、实验内容五、实验内容
11、打开 PC 机端软件 SSP.EXE，在下拉菜单“实验选择”中选择“实验六”；使用串口电缆连接计算机串口和实验箱串口，打开实验箱电源。实验内容（一）、实验内容（一）、采样定理验证实验步骤：实验步骤：1、连接接口区的“输入信号 1”和“输出信号”，如图 3.4-2 所示。接 口 区输入信号1 输入信号2输出信号 采样信号 备用备用图 3.4-2 观察原始信号的连线示意图2、信号选择：按“3”选择“正弦波”，再按“”或“”设置正弦波 频率为“2.6kHz”。 按“F4”键把采样脉冲设为 10kHz。图 3.4-3 2.6kHz 正弦波（原始波形）3、点击 SSP 软件界面上的按钮，观察原始正弦波，
12、如图 3.4-3所示。4、按图 3.4-4 的模块连线示意图连接各模块。接 口 区输入信号1 输入信号2输出信号 采样信号 备用备用采样保持器U43 输 入S111输 出 S112采样脉冲 S113图 3.4-4 观察采样波形的模块连线示意图5、点击 SSP 软件界面上的按钮，观察采样后的波形，如图 3.4-5所示。图 3.4-5 10kHz 采样的输出信号6、用截止频率为 3kHz 的低通滤波器 U11 恢复采样后的信号。按图 3.4-6的模块连线示意图连接各模块。接 口 区输入信号1 输入信号2输出信号 采样信号 备用备用采样保持器U43输 入S111输 出 S112采样脉冲 S113低通
13、滤波器U11输 入S11输 出 S12图 3.4-6 观察恢复波形的模块连线示意图7、点击 SSP 软件界面上的按钮，观察恢复后的波形，如图 3.4-7 所示。图 3.4-7 用 3kHz 低通滤波器恢复波形实验内容（二）、实验内容（二）、采样产生频谱交迭的验证实验步骤：实验步骤：重复实验内容（一）实验内容（一）的实验步骤 17；注意在第 2 步中正弦波的频率仍设为“2.6kHz”后，按“F4”键把采样脉冲频率设为“5kHz”；在第 6 步中用3kHz 的恢复滤波器（U11）。可以观察到如图 3.4-83.4-10 所示的波形。图 3.4-8 2.6kHz 正弦波（原始波形）图 3.4-9 5
14、kHz 采样的输出信号图 3.4-l0 用 3kHz 低通滤波器恢复波形思考问题：思考问题：（1）画出实验内容（一）的原理方框图和各信号频谱，说明为什么实验内容（一）的输出信号恢复了输入信号？（2）画出实验内容（二）的方框图，解释与实验内容（一）有何不同之处？ （3）如果改变实验内容（二）的 3kHz 恢复低通滤波器为截止频率为 5kHz 的低通滤波器（U22），系统的输出信号有何变化？六、实验结果及分析六、实验结果及分析（1）原理方框图及各信号频谱图见下。采样定理要求采样频率约为输入信号的两倍以上时，才可以将输出信号恢复成输入信号，而实验一中，采样频率约为输入信号频率的四倍，满足采样定理的要
15、求，所以能将输出信号恢复成输入信号。原始波形截图采样后波形恢复波形(2)原理方框图及信号频谱图如下。实验二的采样频率小于输入信号频率的两倍， 不满足采样定理的要求，所以无法将输出信号恢复成输入信号。原始波形截图如实验一输入信号 2.6kHz5kHz 采样U11 恢复 信号采样后波形截图恢复波形截图（3）无法恢复成输入信号。因为用于恢复的低通滤波器的截止频率低于采样频率与输入频率的差值，而 5kHz 大于这个差值。七、实验总结七、实验总结1、该实验通过两个采样和两个恢复验证了采样定理，即只有采样频率大于输入信号频率的两倍以上时，采样的信号才能完整地保留原始信号的信息。2、通过两组不同频率的采样实验对比，可以较直观地了解采样定理的的要求。八、心得八、心得硬件实验相对比较简单，严格按照实验指导书的步骤进行，一般不会出现问题，但不排除如图像失真等问题出现的可能，如确实出现此类问题，应当先检查电路是否正确、操作是否恰当，若均无问题，再考虑更换仪器。9、改进意见改进意见为了锻炼我们的应用能力，建议增加故障排除的练习增加选作内容，让学有余力的同学学到更多的知识 报告评分：报告评分：指导教师签字：指导教师签字：
