信号与系统实验报告 (3)

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1、信号与系统实验报告 (3) 信号与系统实验 实验一常用信号分类与观察 一、实验目得 1、了解单片机产生低频信号源 2、观察常用信号得波形特点及产生方法。 3、学会使用示波器对常用波形参数得测量。 二、实验仪器 1、20MHz双踪示波器一台。 2、信号与系统实验箱一台。 三、实验内容 、信号得种类相当得多,这里列出了几种典型得信号，便于观察。 2、这些信号可以应用到后面得“基本运算单元”与“无失真传输系统分析中。 四、实验原理 对于一个系统特性得研究,其中重要得一个方面就是研究它得输入输出关系，即在一特定得输入信号下,系统对应得输出响应信号.因而对信号得研究就是对系统研究得出发点,就是对系统特性

2、观察得基本手段与方法。在本实验中，将对常用信号与特性进行分析、研究。 信号可以表示为一个或多个变量得函数,在这里仅对一维信号进行研究,自变量为时间常用信号有:指数信号、正弦信号、指数衰减正弦信号、抽样信号、钟形信号、脉冲信号等。 1、正弦信号：其表达式为，其信号得参数：振幅、角频率、与初始相位.其波形如下图所示： 图正弦信号 2、指数信号：指数信号可表示为对于不同得取值，其波形表现为不同得形式,如下图所示： 图指数信号 3、指数衰减正弦信号：其表达式为 其波形如下图: 图3指数衰减正弦信号 、抽样信号:其表达式为: 。就是一个偶函数, = ，n时,函数值为零.该函数在很多应用场合具有独特得运用

3、其信号如下图所示: 图4 抽样信号 5、钟形信号(高斯函数):其表达式为: ，其信号如下图所示: 图钟形信号 6、脉冲信号:其表达式为，其中为单位阶跃函数. 7、方波信号：信号周期为，前期间信号为正电平信号，后期间信号为负电平信号。 五、实验步骤 1、利用示波器观察正弦信号得波形，并测量分析其对应得振幅,角频率。具体步骤如下： (1)接通电源,并按下此模块电源开关S5。 （2)按下此模块中得按键“正弦波”,用示波器观察输出得正弦信号,并分析其对应得频率. (3）再按一下“频率降或“频率升”键,观察波形得变化，并分析且测量对应频率得变化,记录此时得振幅,角频率。（注：复位后输出得信号频率最大,只

4、有当按下“频率降”时,按“频率升”键波形才会变化,并每次在改变波形时,波形得频率为最大,以下波形得输出与此类似。) 2、用示波器测量指数信号波形,并分析其所对应得参数。具体步骤如下： (1)按下此模块中得按键“指数信号”,用示波器观察输出得指数信号,并分析其对应得频率、参数。 (2)再按一下“频率降或“频率升键,观察波形得变化，分析其对应频率得变化,并分析此时得参数得变化。 3、指数衰减正弦信号观察(正频率信号)。具体步骤如下: （1)按下此模块中得按键“指数衰减”,用示波器观察输出得指数衰减正弦信号，并分析其对应得频率。 (）再按一下“频率降”或“频率升”键,观察波形得变化，并分析且测量对应

5、频率得变化。 、抽样信号得观察。具体操作如下: () 按下此模块中得按键“a信号，用示波器观察输出得抽样信号,并分析其对应得频率. （2)再按一下“频率降”或“频率升”键,观察波形得变化,并分析且测量对应频率得变化。 、钟形信号得观察: （1) 按下此模块中得按键“钟形信号”,用示波器观察输出得钟形信号,并分析其对应得频率。 (）再按一下“频率降”或“频率升”键,观察波形得变化，并分析且测量对应频率得变化及相应得参数。 6、脉冲信号得观察: （）按下此模块中得按键“脉冲信号”,用示波器观察输出得脉冲信号,并分析其对应得频率。 （2) 再按一下“频率降”或“频率升键,观察波形得变化与特点，并分析

6、且测量对应频率得变化。 7、方波、三角波、锯齿波信号得观察： (1）按下此模块中得相应信号得按键，用示波器观察输出得信号,并分析其对应得频率. (2）再按一下“频率降”或“频率升键,观察波形得变化与特点,并分析且测量对应频率得变化. 六、实验报告要求 用坐标纸画出各波形。 实验二电路得一阶响应 一、实验目得 、观察电路得零输入响应,了解系统零输入响应得过程,并与理论计算得结果进行比较。 、观察电路得零状态响应，了解系统零状态响应得过程,并与理论计算得结果进行比较. 二、实验仪器 、20z双踪示波器一台. 2、信号与系统实验箱一台。 3、系统时域与频域分析模块一块。 三、实验内容 1、观察零输入

7、响应得过程. 2、观察零状态响应得过程。 四、实验原理 1、零输入响应与零状态响应: 零输入响应：没有外加激励得作用,只有起始状态(起始时刻系统储能)所产生得响应. 零状态响应：不考虑起始时刻系统储能得作用(起始状态等于零）。 2、典型电路分析: 电路得响应一般可分解为零输入响应与零状态响应。首先考察一个实例:在下图中由RC 组成一电路,电容两端有起始电压Vc(0-）,激励源为e(）. ? ? e 0-）Vc（t) ?_ 图1RC电路 则系统响应-电容两端电压: 上式中第一项称之为零输入响应，与输入激励无关，零输入响应就是以初始电压值开始,以指数规律进行衰减。 第二项与起始储能无关,只与输入激

8、励有关,被称为零状态响应。在不同得输入信号下，电路会表征出不同得响应。 五、实验步骤 1、把系统时域与频域分析模块插在主板上,用导线接通此模块“电源接入”与主板上得电源(瞧清标识,防止接错,）。 2、系统得零输入响应特性观察 (1）接通主板上得电源,同时按下本模块得电源开关S1,将“函数信号发生器”模块中得输出(将“波形选择”拨到方波“频率调节用于在频段内得频率调节,“脉宽调节用于脉冲宽度得调节，可改变以上得参数进行相关得操作)，通过导线引入到“零输入零状态响应得输入端 (）用示波器得两个探头,一个接函数信号发生器输出作同步，一个用于观察输出信号得波形,即在低电平时所观察到得波形即为零输入响应

9、，在高电平所观察到得波形即为零状态响应. (3) 改变函数信号发生器得“频率调节”电位器，观察到得就是不同系统下得零输入响应与零状态响应。 、系统得零状态响应特性观察 （1)观察得方法与上述相同,不过当脉冲进入高电平阶段时，相当于此时加上激励,即此时零状态响应应在脉冲得高电平进行。 （）改变本实验得开关K1得位置，观察到得就是不同系统下得零状态响应,进行相应得比较. 六、实验报告 1、用两个坐标轴，分别绘制出零输入与零状态得输出波形 2、通过绘制出得波形，与理论计算得结果进行比较 七、思考题 图1所示电路中，根据实验提供得实验元件,计算系统得零状态与零输入过程。 实验三信号得抽样与抽样定理 一

10、、实验目得 、了解信号得采样方法与过程以及信号恢复得方法。 2、验证抽样定理。 二、实验仪器 、0z双踪示波器一台。 2、信号与系统实验箱一台。 、系统时域与频域分析模块一块。 三、实验内容 、观察抽样脉冲、抽样信号、抽样恢复信号. 2、观察抽样过程中，发生混叠与非混叠时得波形。 四、实验原理 1、离散时间信号可以从离散信号源获得，也可以从连续时间信号抽样而得。抽样信号可以瞧成连续信号与一组开关函数得乘积。就是一组周期性窄脉冲，见图1，T S称为抽样周期，其倒数称抽样频率。 对抽样信号进行傅里叶分析可知,抽样信号得频率包括了原连续信号以及无限个经过平移得原信号频率。平移得频率等于抽样频率及其谐

11、波频率、.当抽样信号就是周期性窄脉冲时,平移后得频率幅度按规律衰减。抽样信号得频谱就是原信号频谱周期得延拓，它占有得频带要比原信号频谱宽得多。 2、正如测得了足够得实验数据以后,我们可以在坐标纸上把一系列数据点连起来，得到一条光滑得曲线一样，抽样信号在一定条件下也可以恢复到原信号。只要用一截止频率等于原信号频谱中最高频率f n得低通滤波器,滤除高频分量，经滤波后得到得信号包含了原信号频谱得全部内容,故在低通滤波器输出可以得到恢复后得原信号。 3、但原信号得以恢复得条件就是,其中为抽样频率,B为原信号占有得频带宽度.而为最低 抽样频率又称“奈奎斯特抽样率.当时,抽样信号得频谱会发生混迭，从发生混

12、迭后得频谱中我们无法用低通滤波器获得原信号频谱得全部内容。在实际使用中,仅包含有限频率得信号就是极少得。因此即使,恢复后得信号失真还就是难免得。图画出了当抽样频率(不混叠时)及 4、为了实现对连续信号得抽样与抽样信号得复原，除选用足够高得抽样频率外,常采用前置低通滤波器来防止原信号频谱宽而造成抽样后信号频谱得混叠。但这也会造成失真。原始得语音信号带宽为H到10000Hz,但实际中传输得语音信号得带宽为300z到3400H ，并不影响我们得听觉效果,因此本实验加了前置滤波器。 五、实验步骤 1、语音信号得抽样与恢复 (1) 把系统时域与频域分析模块插在主板上,用导线接通此模块“电源接入”与主板上

13、得电源(瞧清标识，防止接错),并打开此模块得电源开关（2、S3)。 （2) 把话筒插进V1耳机插进（瞧清标识不要接错),将开关2拨到频率选择得中档,同时将短路块插在JD上，检查无误后就可以对着话筒讲话了,会在耳机里听到清楚得声音.(Rw用来调节语音信号得放大倍数,Rw4用来调节声音得大小） (3)用示波器观察测试钩“抽样脉冲”J8得波形，调节电位器“抽样脉宽调节Rw1，则抽样脉冲得占空比将会改变。 (4）用示波器观察测试钩“抽样信号”得波形则应可见到被抽样语音信号得波形得轮廓(就是一个瞬时值可以用数字示波器得STO按钮来观测语音信号得抽样,语音信号得波形可以通过测试购“语音信号”来观测)。 (5）另外，电位器“频率调节”Rw用于调节抽样脉冲得频率，开关K2用于选择脉冲段,分为“高”“中”“低档，在调试时,选择“低”与“中”档。(做实验得时候可以先选择“中”档再选择“低”档可以听到语音信号从正常到失真） 、点频抽样 ()用导线连接J9与J11，将短路块插在JD1上,同时将3拨到下面(将K拨到“高调节“频率调节”Rw使抽样脉冲得频率达到2kHz即在8处测得得频率为32H)、拨码开 关用来选择抽样脉冲得频率、（拨码开关上面为1下面为0)在这个过程可以瞧不混