1、實(shí)驗(yàn)一 常用信號(hào)分類與觀察一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、觀察常用信號(hào)的波形特點(diǎn)及產(chǎn)生方法。2、學(xué)會(huì)使用示波器對常用波形參數(shù)的測量。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、信號(hào)的種類相當(dāng)?shù)亩?，這里列出了幾種典型的信號(hào)，便于觀察。2、這些信號(hào)可以應(yīng)用到后面的“基本運(yùn)算單元”和“無失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)分析”中。三、實(shí)驗(yàn)原理對于一個(gè)系統(tǒng)特性的研究，其中重要的一個(gè)方面是研究它的輸入輸出關(guān)系，即在一特定的輸入信號(hào)下，系統(tǒng)對應(yīng)的輸出響應(yīng)信號(hào)。因而對信號(hào)的研究是對系統(tǒng)研究的出發(fā)點(diǎn)，是對系統(tǒng)特性觀察的基本手段與方法。在本實(shí)驗(yàn)中，將對常用信號(hào)和特性進(jìn)行分析、研究。信號(hào)可以表示為一個(gè)或多個(gè)變量的函數(shù)，在這里僅對一維信號(hào)進(jìn)行研究，自變量為時(shí)間。常用信號(hào)有：指數(shù)信

2、號(hào)、正弦信號(hào)、指數(shù)衰減正弦信號(hào)、抽樣信號(hào)、鐘形信號(hào)、脈沖信號(hào)等。1、正弦信號(hào)：其表達(dá)式為，其信號(hào)的參數(shù)：振幅、角頻率、與初始相位。其波形如下圖所示：圖 1 正弦信號(hào)2、指數(shù)信號(hào)：指數(shù)信號(hào)可表示為。對于不同的取值，其波形表現(xiàn)為不同的形式，如下圖所示：圖 2 指數(shù)信號(hào)3、指數(shù)衰減正弦信號(hào)：其表達(dá)式為 其波形如下圖： 圖3 指數(shù)衰減正弦信號(hào)4、抽樣信號(hào)：其表達(dá)式為： 。是一個(gè)偶函數(shù)， = ±,±2,±n時(shí)，函數(shù)值為零。該函數(shù)在很多應(yīng)用場合具有獨(dú)特的運(yùn)用。其信號(hào)如下圖所示：圖4 抽樣信號(hào)5、鐘形信號(hào)（高斯函數(shù)）：其表達(dá)式為： ， 其信號(hào)如下圖所示： 圖 5 鐘形信號(hào)6、脈

3、沖信號(hào)：其表達(dá)式為，其中為單位階躍函數(shù)。7、方波信號(hào)：信號(hào)周期為，前期間信號(hào)為正電平信號(hào)，后期間信號(hào)為負(fù)電平信號(hào)。四、實(shí)驗(yàn)步驟說明1、利用示波器觀察正弦信號(hào)的波形，并測量分析其對應(yīng)的振幅，角頻率。具體步驟如下：（1）接通電源，并按下此模塊電源開關(guān)S5。（2）按下此模塊中的按鍵“正弦波”，用示波器觀察輸出的正弦信號(hào)，并分析其對應(yīng)的頻率。（3）再按一下“頻率降”或“頻率升”鍵，觀察波形的變化，并分析且測量對應(yīng)頻率的變化，記錄此時(shí)的振幅，角頻率。（注：復(fù)位后輸出的信號(hào)頻率最大，只有當(dāng)按下“頻率降”時(shí)，按“頻率升”鍵波形才會(huì)變化，并每次在改變波形時(shí)，波形的頻率為最大，以下波形的輸出與此類似。）2、用示

4、波器測量指數(shù)信號(hào)波形，并分析其所對應(yīng)的參數(shù)。具體步驟如下：（1）按下此模塊中的按鍵 “指數(shù)信號(hào)”，用示波器觀察輸出的指數(shù)信號(hào),并分析其對應(yīng)的頻率、參數(shù)。（2）再按一下“頻率降”或“頻率升”鍵，觀察波形的變化，分析其對應(yīng)頻率的變化，并分析此時(shí)的參數(shù)的變化。3、指數(shù)衰減正弦信號(hào)觀察（正頻率信號(hào)）。具體步驟如下：（1）按下此模塊中的按鍵 “指數(shù)衰減”，用示波器觀察輸出的指數(shù)衰減正弦信號(hào),并分析其對應(yīng)的頻率。（2）再按一下“頻率降”或“頻率升”鍵，觀察波形的變化，并分析且測量對應(yīng)頻率的變化。4、抽樣信號(hào)的觀察。具體操作如下：（1） 按下此模塊中的按鍵 “Sa信號(hào)”，用示波器觀察輸出的抽樣信號(hào),并分析其

5、對應(yīng)的頻率。（2）再按一下“頻率降”或“頻率升”鍵，觀察波形的變化，并分析且測量對應(yīng)頻率的變化。5、鐘形信號(hào)的觀察：（1） 按下此模塊中的按鍵 “鐘形信號(hào)”，用示波器觀察輸出的鐘形信號(hào),并分析其對應(yīng)的頻率。（2）再按一下“頻率降”或“頻率升”鍵，觀察波形的變化，并分析且測量對應(yīng)頻率的變化及相應(yīng)的參數(shù)。6、脈沖信號(hào)的觀察：（1） 按下此模塊中的按鍵 “脈沖信號(hào)”，用示波器觀察輸出的脈沖信號(hào),并分析其對應(yīng)的頻率。（2） 再按一下“頻率降”或“頻率升”鍵，觀察波形的變化和特點(diǎn)，并分析且測量對應(yīng)頻率的變化。7、方波、三角波、鋸齒波信號(hào)的觀察： （1） 按下此模塊中的相應(yīng)信號(hào)的按鍵，用示波器觀察輸出的信

6、號(hào),并分析其對應(yīng)的頻率。（2） 再按一下“頻率降”或“頻率升”鍵，觀察波形的變化和特點(diǎn)，并分析且測量對應(yīng)頻率的變化。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求用坐標(biāo)紙畫出各波形。實(shí)驗(yàn)二 零輸入響應(yīng)零狀態(tài)響應(yīng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、觀察電路的零輸入響應(yīng)，了解系統(tǒng)零輸入響應(yīng)的過程，并與理論計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行比較。2、觀察電路的零狀態(tài)響應(yīng)，了解系統(tǒng)零狀態(tài)響應(yīng)的過程，并與理論計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行比較。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、觀察零輸入響應(yīng)的過程。2、觀察零狀態(tài)響應(yīng)的過程。三、實(shí)驗(yàn)原理1、零輸入響應(yīng)與零狀態(tài)響應(yīng)：零輸入響應(yīng)：沒有外加激勵(lì)的作用，只有起始狀態(tài)（起始時(shí)刻系統(tǒng)儲(chǔ)能）所產(chǎn)生的響應(yīng)。零狀態(tài)響應(yīng)：不考慮起始時(shí)刻系統(tǒng)儲(chǔ)能的作用（起始狀態(tài)等于零）。2、典

7、型電路分析：電路的響應(yīng)一般可分解為零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)。首先考察一個(gè)實(shí)例：在下圖中由RC組成一電路，電容兩端有起始電壓Vc(0-),激勵(lì)源為x(t)。R+ x (t) C Vc(0-) Vc(t)_ 圖1 RC電路則系統(tǒng)響應(yīng)-電容兩端電壓：上式中第一項(xiàng)稱之為零輸入響應(yīng)，與輸入激勵(lì)無關(guān)，零輸入響應(yīng)是以初始電壓值開始，以指數(shù)規(guī)律進(jìn)行衰減。第二項(xiàng)與起始儲(chǔ)能無關(guān)，只與輸入激勵(lì)有關(guān)，被稱為零狀態(tài)響應(yīng)。在不同的輸入信號(hào)下，電路會(huì)表征出不同的響應(yīng)。四、實(shí)驗(yàn)步驟說明1、把系統(tǒng)時(shí)域與頻域分析模塊插在主板上，用導(dǎo)線接通此模塊“電源接入”和主板上的電源（看清標(biāo)識(shí)，防止接錯(cuò)）。2、系統(tǒng)的零輸入響應(yīng)特性觀察(1) 接

8、通主板上的電源，同時(shí)按下本模塊的電源開關(guān)S1，將“函數(shù)信號(hào)發(fā)生器”模塊中的輸出（將“波形選擇”撥到開關(guān)K1201，K1202撥到左邊，即輸出方波， “頻率調(diào)節(jié)”用于在頻段內(nèi)的頻率調(diào)節(jié)，“脈寬調(diào)節(jié)”用于脈沖寬度的調(diào)節(jié)，可改變以上的參數(shù)進(jìn)行相關(guān)的操作），通過導(dǎo)線引入到“零輸入零狀態(tài)響應(yīng)”的輸入端。(2) 用示波器的兩個(gè)探頭，一個(gè)接函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出作同步，一個(gè)用于觀察輸出信號(hào)的波形，即在低電平時(shí)所觀察到的波形即為零輸入響應(yīng)，在高電平所觀察到的波形即為零狀態(tài)響應(yīng)。(3) 改變函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的“頻率調(diào)節(jié)”電位器，觀察到的是不同系統(tǒng)下的零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)。3、系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)特性觀察 （1）觀察的方

9、法與上述相同，不過當(dāng)脈沖進(jìn)入高電平階段時(shí)，相當(dāng)于此時(shí)加上激勵(lì)，即此時(shí)零狀態(tài)響應(yīng)應(yīng)在脈沖的高電平進(jìn)行。（2）改變本實(shí)驗(yàn)的開關(guān)K1的位置，觀察到的是不同系統(tǒng)下的零狀態(tài)響應(yīng)，進(jìn)行相應(yīng)的比較。 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1、用兩個(gè)坐標(biāo)軸，分別繪制出零輸入和零狀態(tài)的輸出波形。 2、通過繪制出的波形，和理論計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)三 信號(hào)的頻域分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握用MATLAB軟件繪制信號(hào)頻譜的方法；2、通過使用MATLAB仿真軟件對信號(hào)的頻域進(jìn)行仿真分析，使學(xué)生對信號(hào)的頻域特性等有更深入的理解和掌握二、實(shí)驗(yàn)儀器一臺(tái)安裝MATLAB軟件的計(jì)算機(jī)三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、連續(xù)周期信號(hào)頻譜的MATLAB實(shí)現(xiàn)2、離散周期信號(hào)頻譜

10、的MATLAB實(shí)現(xiàn)四、實(shí)驗(yàn)原理（一）、連續(xù)周期信號(hào)頻譜的MATLAB實(shí)現(xiàn)頻譜Cn一般為復(fù)數(shù)，可分別利用abs和angle函數(shù)獲得其幅度頻譜和相位頻譜。其調(diào)用格式分別為x=abs(Cn) ； y=angle(Cn)周期信號(hào)的頻譜Cn 為離散信號(hào)，可以用stem畫出其頻譜圖。例1 試用MATLAB畫出圖示周期三角波信號(hào)的頻譜。周期信號(hào)的頻譜為畫三角波信號(hào)頻譜的MATLAB程序N=8;n1= -N:-1; %計(jì)算n=-N到-1的Fourier系數(shù)c1= -4*j*sin(n1*pi/2)/pi2./n1.2;c0=0; %計(jì)算n=0時(shí)的Fourier系數(shù)n2=1:N; %計(jì)算n=1到N的Fourie

11、r系數(shù)c2= -4*j*sin(n2*pi/2)/pi2./n2.2;cn=c1 c0 c2;n= -N:N;subplot(2,1,1);stem(n,abs(cn);ylabel('Cn的幅度');subplot(2,1,2);stem(n,angle(cn);ylabel('Cn的相位');xlabel('omega/omega0');（二）、離散周期信號(hào)頻譜的MATLAB的實(shí)現(xiàn)函數(shù)fft可用來計(jì)算離散周期信號(hào)頻譜Xm = fft(x) x是離散周期信號(hào)0N-1一個(gè)周期的序列值Xm是離散周期信號(hào)頻譜在0N-1 的值例2 計(jì)算下圖所示周期矩形

12、序列的頻譜畫離散周期矩形序列頻譜的MATLAB程序%Program 4_4 計(jì)算離散周期矩形序列的頻譜N=32; M=4; %定義周期矩形序列的參數(shù)x=ones(1,M+1) zeros(1,N-2*M-1) ones(1,M); %產(chǎn)生周期矩形序列X=fit(x); %計(jì)算DFS系數(shù)m=0:N-1; stem(m,real(X); %畫出頻譜X的實(shí)部title('Xm的實(shí)部');xlabel('m')figurestem(m,imag(X); %畫出頻譜X的虛部title('Xm的虛部');xlabel('m')五、實(shí)驗(yàn)要求1.

13、預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)原理;2.對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容編寫程序(M文件),上機(jī)運(yùn)行;3.繪出頻譜圖.4.規(guī)范化地書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。 實(shí)驗(yàn)四 信號(hào)分解與合成一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、觀察信號(hào)的分解。2、掌握帶通濾波器的有關(guān)特性測試方法。3、觀測基波和其諧波的合成。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、觀察信號(hào)分解的過程及信號(hào)中所包含的各次諧波。2、觀察由各次諧波合成的信號(hào)。三、預(yù)備知識(shí)1、課前務(wù)必認(rèn)真閱讀教材中周期信號(hào)傅里葉級(jí)數(shù)的分解以及如何將各次諧波進(jìn)行疊加等相關(guān)內(nèi)容。四、實(shí)驗(yàn)儀器 1、信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)（主板）。2、電信號(hào)分解與合成模塊一塊。3、20M雙蹤示波器一臺(tái)。五、實(shí)驗(yàn)原理1、任何信號(hào)都是由各種不同頻率、幅度和初相的正弦波迭加而成的。對周期

14、信號(hào)由它的傅里葉級(jí)數(shù)展開式可知，各次諧波為基波頻率的整數(shù)倍。而非周期信號(hào)包含了從零到無窮大的所有頻率成份，每一頻率成份的幅度均趨向無限小，但其相對大小是不同的。 通過一個(gè)選頻網(wǎng)絡(luò)可以將信號(hào)中所包含的某一頻率成份提取出來。本實(shí)驗(yàn)采用性能較佳的有源帶通濾波器作為選頻網(wǎng)絡(luò)，因此對周期信號(hào)波形分解的實(shí)驗(yàn)方案如圖1所示。將被測方波信號(hào)加到分別調(diào)諧于其基波和各次奇諧波頻率的一系列有源帶通濾波器電路上。從每一有源帶通濾波器的輸出端可以用示波器觀察到相應(yīng)頻率的正弦波。實(shí)驗(yàn)所用的被測信號(hào)是左右的周期信號(hào)，而用作選頻網(wǎng)絡(luò)的五種有源帶通濾波器的輸出頻率分別是，因而能從各有源帶通濾波器的兩端觀察到基波和各次諧波。其中

15、，在理想情況下，如方波的偶次諧波應(yīng)該無輸出信號(hào)，始終為零電平，而奇次諧波則具有很好的幅度收斂性，理想情況下奇次諧波中一、三、五、七、九次諧波的幅度比應(yīng)為1：（1/3）：（1/5）：（1/7）：（1/9）。但實(shí)際上因輸入方波的占空比較難控制在50%，且方波可能有少量失真以及濾波器本身濾波特性的有限性都會(huì)使得偶次諧波分量不能達(dá)到理想零的情況。六、實(shí)驗(yàn)步驟1、把電信號(hào)分解與合成模塊插在主板上，用導(dǎo)線接通此模塊“電源接入”和主板上的電源（看清標(biāo)識(shí)，防止接錯(cuò)，帶保護(hù)電路），并打開此模塊的電源開關(guān)。 2、調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，使其輸出10KHz左右的方波（要求方波占空比為50%，這個(gè)要求較為嚴(yán)格），峰峰值為

16、6V左右。將其接至該實(shí)驗(yàn)?zāi)K的“輸入”端，用示波器觀察各帶通濾波器的輸出即各次諧波。（注：觀察頻率時(shí)，可打開實(shí)驗(yàn)箱上的頻率計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)K。即按下該模塊電源開關(guān)S2。） 3、信號(hào)的分解實(shí)驗(yàn)提供分立元件模擬方式。模擬方式是采用有源帶通濾波器從原信號(hào)中過濾出各次諧波分量，由于濾波網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性和相頻特性對各次諧波的幅度和相位均有影響，所以需要調(diào)節(jié)各次諧波的相位和幅度。操作比較方便，模擬方式需要打開電源開關(guān)S1。4、信號(hào)分解可以直接觀察分解出的基波、三、五、七次諧波（需打開電源開關(guān)S1、S2），并通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻W01,W02,W03可依次對應(yīng)地改變?nèi)?、五、七次諧波的信號(hào)幅度。通過調(diào)節(jié)W01、W02、W0

17、3可以使基波、三、五、七次諧波的幅度滿足1：1/3：1/5：1/7的比例關(guān)系。BPF-BPF-BPF-BPF-BPF-圖1 信號(hào)分解的過程 5、將方波分解所得基波、三次諧波和五次諧波，用導(dǎo)線與其對應(yīng)的插孔相連，觀測加法器的輸出“合成”波形，并記錄所得的波形。 6、方波波形合成（1）將函數(shù)發(fā)生器輸出的10kHz左右方波信號(hào)送入各帶通濾波器輸入端。（2）逐個(gè)測量各諧波輸出幅度、波形，然后將基波及各高次諧波分別與信號(hào)合成的IN01IN05任意一個(gè)相連，觀察基波與任何一次或各次諧波合成的波形。（3）用示波器觀察并記錄加法器輸出端基波與各奇次諧波的疊加波形，如圖2所示。 圖2 基波與三次和五次諧波疊加后

18、的波形七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)測量所得的數(shù)據(jù)，繪制方波及其基波和各次諧波的波形、頻率和幅度（注意比例關(guān)系）。作圖時(shí)應(yīng)將這些波形繪制在同一坐標(biāo)平面上。以便比較各波形和頻率幅度。2、將基波、三次諧波、五次諧波三者合成的波形一同繪在同一坐標(biāo)平面上。3、總結(jié)實(shí)驗(yàn)和調(diào)試心得意見。八、實(shí)驗(yàn)測試點(diǎn)的說明 1、測試點(diǎn)分別為： “輸入”：模擬信號(hào)的輸入。 “基波”“五次諧波”：測量模擬信號(hào)的諧波信號(hào)。 “合成”：諧波合成后的輸出。 “GND”：與實(shí)驗(yàn)箱的地相連。 2、調(diào)節(jié)點(diǎn)分別為：“S1”“S2”：此模塊的電源開關(guān)?！罢{(diào)幅”“調(diào)相”：用于各次諧波合成時(shí)，滿足幅度和相位條件，認(rèn)識(shí)相位和幅度在信號(hào)中的作用。實(shí)驗(yàn)五

19、信號(hào)的采樣與恢復(fù)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解信號(hào)的采樣方法與過程以及信號(hào)恢復(fù)的方法。2、驗(yàn)證抽樣定理。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、觀察抽樣脈沖、抽樣信號(hào)、抽樣恢復(fù)信號(hào)。2、觀察抽樣過程中，發(fā)生混疊和非混疊時(shí)的波形。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)（主板）。2、系統(tǒng)時(shí)域與頻域分析模塊一塊。3、20M雙蹤示波器一臺(tái)。四、實(shí)驗(yàn)原理1、離散時(shí)間信號(hào)可以從離散信號(hào)源獲得，也可以從連續(xù)時(shí)間信號(hào)抽樣而得。抽樣信號(hào)可以看成連續(xù)信號(hào)和一組開關(guān)函數(shù)的乘積。是一組周期性窄脈沖，見圖1，TS稱為抽樣周期，其倒數(shù)稱抽樣頻率。 圖 1矩形抽樣脈沖對抽樣信號(hào)進(jìn)行傅里葉分析可知，抽樣信號(hào)的頻率包括了原連續(xù)信號(hào)以及無限個(gè)經(jīng)過平移的原信號(hào)頻率。

20、平移的頻率等于抽樣頻率及其諧波頻率、。當(dāng)抽樣信號(hào)是周期性窄脈沖時(shí)，平移后的頻率幅度按規(guī)律衰減。抽樣信號(hào)的頻譜是原信號(hào)頻譜周期的延拓，它占有的頻帶要比原信號(hào)頻譜寬得多。2、正如測得了足夠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以后，我們可以在坐標(biāo)紙上把一系列數(shù)據(jù)點(diǎn)連起來，得到一條光滑的曲線一樣，抽樣信號(hào)在一定條件下也可以恢復(fù)到原信號(hào)。只要用一截止頻率等于原信號(hào)頻譜中最高頻率fn的低通濾波器，濾除高頻分量，經(jīng)濾波后得到的信號(hào)包含了原信號(hào)頻譜的全部內(nèi)容，故在低通濾波器輸出可以得到恢復(fù)后的原信號(hào)。3、但原信號(hào)得以恢復(fù)的條件是，其中為抽樣頻率，B為原信號(hào)占有的頻帶寬度。而為最低抽樣頻率又稱“奈奎斯特抽樣率”。當(dāng)時(shí)，抽樣信號(hào)的頻譜會(huì)發(fā)

21、生混迭，從發(fā)生混迭后的頻譜中我們無法用低通濾波器獲得原信號(hào)頻譜的全部內(nèi)容。在實(shí)際使用中，僅包含有限頻率的信號(hào)是極少的。因此即使，恢復(fù)后的信號(hào)失真還是難免的。圖2畫出了當(dāng)抽樣頻率（不混疊時(shí)）及當(dāng)抽樣頻率（混疊時(shí)）兩種情況下沖激抽樣信號(hào)的頻譜。 10 0 (a) 連續(xù)信號(hào)的頻譜 10 0 （b） 高抽樣頻率時(shí)的抽樣信號(hào)及頻譜（不混疊） 10 0 （c） 低抽樣頻率時(shí)的抽樣信號(hào)及頻譜（混疊）圖2 抽樣過程中出現(xiàn)的兩種情況4、點(diǎn)頻抽樣還原實(shí)驗(yàn)采用分立方式，對2kHz正弦波進(jìn)行抽樣和還原，首先2kHz的方波經(jīng)過截止頻率為2.56kHz低通濾波器得到2kHz的正弦波，然后用可調(diào)窄脈沖對正弦波進(jìn)行抽樣得到抽

22、樣信號(hào)，抽樣信號(hào)經(jīng)低通濾波器后還原出正弦波?？紤]下面的正弦信號(hào)： 假定以兩倍于該正弦信號(hào)的頻率對它進(jìn)行脈沖串采樣，若這個(gè)已采樣的沖激信號(hào)作為輸入加到一個(gè)截止頻率為的理想低通濾波器上，其所產(chǎn)生的輸出是：由此可見，當(dāng)0或是的整數(shù)倍時(shí)，如右圖，x(t)可以完全恢復(fù)。 當(dāng)時(shí)，該信號(hào)在采樣周期整數(shù)倍點(diǎn)上的值都是零；因此在這個(gè)采樣頻率下所產(chǎn)生的信號(hào)全是零。當(dāng)這個(gè)零輸入加到理想低通濾波器上時(shí)，所得輸出當(dāng)然也都是零。五、實(shí)驗(yàn)步驟1、點(diǎn)頻抽樣（1）用示波器測試H07“CLKR”的波形，為256kHz的方波，用導(dǎo)線將H07“CLKR”和H12連接起來。（2）用示波器測試H01“2kHz”的輸出波形，為2kHz的方

23、波，用導(dǎo)線連接H01“2kHz”和H02“輸入”。（3）輸入的方波經(jīng)過截止頻率為2kHz的低通濾波器后得到2kHz的正弦波，可以通過測試鉤T01觀察此正弦波。抽樣電路將對此正弦波進(jìn)行抽樣，然后經(jīng)過還原電路還原出此正弦波。（4）用示波器觀察測試鉤T08“抽樣脈沖序列”的波形。通過按鍵“頻率粗調(diào)”和按鍵“頻率細(xì)調(diào)”可以改變抽樣脈沖序列的頻率。抽樣脈沖序列的頻率的最小值為500Hz，最大值為11.5kHz。同樣通過“占空比粗調(diào)”按鍵和“占空比細(xì)調(diào)”按鍵可以調(diào)節(jié)抽樣脈沖序列的占空比?！皬?fù)位”按鍵可以使抽樣脈沖序列的頻率復(fù)位為500Hz且占空比最小。通過調(diào)節(jié)抽樣脈沖的頻率可以實(shí)現(xiàn)欠采樣、臨界采樣、過采樣

24、。（5）用示波器觀察T02“抽樣信號(hào)”的波形。（6）觀察抽樣信號(hào)經(jīng)低通濾波器還原后的波形T03。（7）改變抽樣頻率為fs<2B和fs2B，觀察抽樣信號(hào)（T02)和復(fù)原后的信號(hào)（T03)，比較其失真程度。 （當(dāng)抽樣頻率為2B時(shí)，能否還原取決于抽樣點(diǎn)處的相位，若抽樣點(diǎn)處的相位是0、，即抽樣值全為0時(shí)就不能還原處原信號(hào)。抽樣脈沖序列在調(diào)頻的過程中其相位會(huì)發(fā)生變化，故每次實(shí)驗(yàn)時(shí)抽樣點(diǎn)處的相位不完全一樣，反復(fù)實(shí)驗(yàn)就能發(fā)現(xiàn)有時(shí)不能還原出原信號(hào)。）六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、整理并繪出原信號(hào)、抽樣信號(hào)以及復(fù)原信號(hào)的波形，你能得出什么結(jié)論？2、整理在三種不同抽樣頻率情況下，波形，比較后得出結(jié)論。3、實(shí)驗(yàn)調(diào)試中的體會(huì)

25、。七、實(shí)驗(yàn)測試點(diǎn)的說明 “抽樣信號(hào)”抽樣信號(hào)的測試。 “H01”2kHz方波輸出。 “H02” 2kHz方波輸入。 “T01” 2kHz正弦波輸出。 “T02”正弦波經(jīng)抽樣后的信號(hào)，即“抽樣信號(hào)”。 “T03”被還原出的正弦波信號(hào)。實(shí)驗(yàn)六 無失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解無失真?zhèn)鬏數(shù)母拍睢?2、了解無失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、觀察信號(hào)在失真系統(tǒng)中的波形。2、觀察信號(hào)在無失真系統(tǒng)中的波形。三、實(shí)驗(yàn)原理1、一般情況下，系統(tǒng)的響應(yīng)波形和激勵(lì)波形不相同，信號(hào)在傳輸過程中將產(chǎn)生失真。線性系統(tǒng)引起的信號(hào)失真有兩方面因素造成，一是系統(tǒng)對信號(hào)中各頻率分量幅度產(chǎn)生不同程度的衰減，使響應(yīng)各頻率分量的相對幅

26、度產(chǎn)生變化，引起幅度失真。另一是系統(tǒng)對各頻率分量產(chǎn)生的相移不與頻率成正比，使響應(yīng)的各頻率分量在時(shí)間軸上的相對位置產(chǎn)生變化，引起相位失真。 線性系統(tǒng)的幅度失真與相位失真都不產(chǎn)生新的頻率分量。而對于非線性系統(tǒng)則由于其非線性特性對于所傳輸信號(hào)產(chǎn)生非線性失真，非線性失真可能產(chǎn)生新的頻率分量。 所謂無失真是指響應(yīng)信號(hào)與激勵(lì)信號(hào)相比，只是大小與出現(xiàn)的時(shí)間不同，而無波形上的變化。設(shè)激勵(lì)信號(hào)為，響應(yīng)信號(hào)為，無失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件是 （1）式中是一常數(shù)，為滯后時(shí)間。滿足此條件時(shí)，波形是波形經(jīng)時(shí)間的滯后，雖然，幅度方面有系數(shù)倍的變化，但波形形狀不變。2、對實(shí)現(xiàn)無失真?zhèn)鬏?，對系統(tǒng)函數(shù)應(yīng)提出怎樣的要求？ 設(shè)與的傅立葉變換式

27、分別為。借助傅立葉變換的延時(shí)定理，從式5-1可以寫出 （2）此外還有 （3）所以，為滿足無失真?zhèn)鬏攽?yīng)有 （4）（5-4）就是對于系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性提出的無失真?zhèn)鬏敆l件。欲使信號(hào)在通過線性系統(tǒng)時(shí)不產(chǎn)生任何失真，必須在信號(hào)的全部頻帶內(nèi)，要求系統(tǒng)頻率響應(yīng)的幅度特性是一常數(shù)，相位特性是一通過原點(diǎn)的直線。 K OO圖1 無失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)的幅度和相位特性3、本實(shí)驗(yàn)箱設(shè)計(jì)的電路圖：（采用示波器的衰減電路）圖2 示波器衰減電路 （5） 如果 則 是常數(shù)， （6） 式（5-6）滿足無失真?zhèn)鬏敆l件。四、實(shí)驗(yàn)步驟說明1、把系統(tǒng)復(fù)域與頻域分析模塊插在主板上，用導(dǎo)線接通此模塊“電源接入”和主板上的電源（看清標(biāo)識(shí)，防止接錯(cuò)

28、，帶保護(hù)電路）。 2、打開函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的電源開關(guān)，使其輸出一方波信號(hào)，頻率為1，峰峰值為，將其接入到此實(shí)驗(yàn)?zāi)K的輸入端，用示波器的兩個(gè)探頭觀察，一個(gè)接入到輸入端，一個(gè)接入到輸出端，以輸入信號(hào)作輸出同步進(jìn)行觀察。 3、觀察輸出信號(hào)是否失真，即信號(hào)的形狀是否發(fā)生了變化，如果發(fā)生了變化，可以調(diào)節(jié)電位器“失真調(diào)節(jié)”，使輸出與輸入信號(hào)的形狀一致，只是信號(hào)的幅度發(fā)生了變化（一般變?yōu)樵瓉淼?/2）。4、改變信號(hào)源，采用的信號(hào)源可以從函數(shù)信號(hào)發(fā)生器引入，也可以從常用信號(hào)分類與觀察引入各種信號(hào)，重復(fù)上述的操作，觀察信號(hào)的失真和非失真的情況。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、繪制各種輸入信號(hào)失真條件下的輸入輸出信號(hào)（至少三種）。

29、 2、繪制各種輸入信號(hào)無失真條件下的輸入輸出信號(hào)（至少三種）。實(shí)驗(yàn)七 信號(hào)的幅度調(diào)制及MATLAB實(shí)現(xiàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜な褂肕ATLAB軟件來分析信號(hào)的調(diào)制問題并可視化相關(guān)結(jié)果，同時(shí)分析和對比有關(guān)結(jié)果。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容試用MATLAB實(shí)現(xiàn)調(diào)幅信號(hào)，并觀察的輸入信號(hào)的頻譜和輸出信號(hào)的頻譜，以及兩者在頻域上的關(guān)系。三、實(shí)驗(yàn)儀器一臺(tái)裝有MATLAB軟件的計(jì)算機(jī)四、實(shí)驗(yàn)原理設(shè)信號(hào)x(t)的頻譜為X(jw)，現(xiàn)將x(t)乘以載波信號(hào)cos(w0t)，得到高頻的已調(diào)信號(hào)y(t)，即：y(t)= x(t)cos(w0t)其中，x(t)稱為調(diào)制信號(hào)。實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制的原理圖如圖所示圖1 幅度調(diào)制原理圖從頻域上看，已調(diào)制

30、信號(hào)y(t)的頻譜為原調(diào)制信號(hào)x(t)的頻譜搬移到±w0處，幅度降為原X(jw)/2，即x(t)cos(w0t)«1/2 Xj(w+w0)+ Xj(w-w0) （1）上式即為調(diào)制原理，也是傅立葉變換性質(zhì)中“頻移特性”的一種特別情形。這里采用的調(diào)制方法為抑制載波方式，即y(t)的頻譜中不含有cos(w0t)的頻率分量。MATLAB提供了專門的函數(shù)modulate()用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)制。調(diào)用格式為y=modulate(x,Fc,Fs,method) （2）y,t=modulate(x,Fc,Fs) （3）其中，x為被調(diào)信號(hào)，F(xiàn)c為載波頻率，F(xiàn)s為信號(hào)x的采樣頻率，method為

31、所采用的調(diào)制方式，若采用幅度調(diào)制、雙邊帶調(diào)制、抑制載波調(diào)制，則method為am或amdsd-sc。其執(zhí)行算法為： y=x*cos(2*pi*Fc*t) （3）其中，y為已調(diào)信號(hào)，t為函數(shù)計(jì)算時(shí)間間隔向量。 在MATLAB的實(shí)現(xiàn)程序中，為了觀察x(t)及y(t)的頻譜，可使用“信號(hào)處理工具箱函數(shù)”中估計(jì)信號(hào)的功率譜密度函數(shù)psd()，其格式是： Px,f=psd(x,Nfft,Fs,window,noverlap,dflag) （3）其中，x是被調(diào)信號(hào)（即本例中的x(t)），Nfft指定快速付式變換FFT的長度，F(xiàn)s為對信號(hào)的采樣頻率。后面三個(gè)參數(shù)的意義將涉及信號(hào)處理的更深的知識(shí)，在此暫不介紹

32、。 例1：1設(shè)信號(hào)x(t)=sin(100t)，載波頻率為400Hz的余弦信號(hào)。試用MATLAB實(shí)現(xiàn)調(diào)幅信號(hào)y(t)，并觀察的x(t)頻譜和y(t)的頻譜，以及兩者在頻域上的關(guān)系。 用MATLAB實(shí)現(xiàn)本例的參考程序如下： Fs=1000;Fc=400;N=1000;n=0:N;t=n/Fs;x=sin(2*pi*50*t);subplot(3,2,1)plot(t,x);xlabel('t(s)');ylabel('x');title('被調(diào)信號(hào)');axis(0 0.1 -1 1)f1=n*Fs/N-Fs/2;%0:N-1/(N*dt)-Fs/

33、2;dt=1/FS,X=fft(x);subplot(3,2,2);plot(f1,fftshift(abs(X);Nfft=512;window=hamming(512);noverlap=0;dflag='none'Pxx,f=psd(x,Nfft,Fs,window,noverlap,dflag);subplot(3,2,3)plot(f,Pxx);xlabel('頻率(Hz)');ylabel('功率譜(X)');title('被調(diào)信號(hào)的功率譜')gridy=modulate(x,Fc,Fs,'am');s

34、ubplot(3,2,4)plot(t,y)xlabel('t(s)');ylabel('y');axis(0 0.1 -1 1)title('已調(diào)信號(hào)')f2=n*Fs/N-Fs/2;%0:N-1/(N*dt)-Fs/2;dt=1/FS,Y=fft(y);subplot(3,2,5);plot(f2,fftshift(abs(Y);Pxx,f=psd(y,1024,Fs,window,noverlap,dflag);subplot(3,2,6)plot(f,Pxx)xlabel('頻率(Hz)');ylabel('功率譜

35、(Y)');title('已調(diào)信號(hào)的功率譜');grid程序運(yùn)行結(jié)果為2設(shè)x(t)=u(t+1)-u(t-1), x1(t)=x(t)cos(10t)。試用MATLAB實(shí)現(xiàn)調(diào)幅信號(hào)x(t，x1(t)的時(shí)域波形及其頻譜，并觀察傅立葉變換的頻移特性。 用MATLAB實(shí)現(xiàn)本例的參考程序如下： R=0.004;t=-2:R:2;T=1;f=rectpuls(t,T);f1=f.*cos(10*pi*t); subplot(4,1,1) plot(t,f) xlabel('t'); ylabel('f(t)'); subplot(4,1,2); p

36、lot(t,f1); xlabel('t'); ylabel('f1(t)=f(t)*cos(10*pi*t)'); W1=40; N=1000; k=-N:N; W=k*W1/N; F=f*exp(-j*t'*W)*R; F=real(F); F1=f1*exp(-j*t'*W)*R; F1=real(F1); subplot(4,1,3); plot(W,F); xlabel('w'); ylabel('F(jw)'); subplot(4,1,4); plot(W,F1); xlabel('w'

37、;); ylabel('F1(jw)');程序運(yùn)行結(jié)果為五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容編寫程序(M文件),上機(jī)運(yùn)行;2.、繪制觀察到的波形3、規(guī)范化地書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。 實(shí)驗(yàn)八 線性連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的S域分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握用matlab分析系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)的方法2. 掌握用matlab分析系統(tǒng)頻率響應(yīng)的方法3. 掌握系統(tǒng)零、極點(diǎn)分布與系統(tǒng)穩(wěn)定性關(guān)系二、實(shí)驗(yàn)原理1. 系統(tǒng)函數(shù)H(s)系統(tǒng)函數(shù):系統(tǒng)零狀態(tài)響應(yīng)的拉氏變換與激勵(lì)的拉氏變換之比. H(s)=R(s)/E(s)在matlab中可采用多種方法描述系統(tǒng),本文采用傳遞函數(shù)(系統(tǒng)函數(shù))描述法. 在matlab中, 傳遞函數(shù)描述法是通過傳遞

38、函數(shù)分子和分母關(guān)于s降冪排列的多項(xiàng)式系數(shù)來表示的.例如,某系統(tǒng)傳遞函數(shù)如下則可用如下二個(gè)向量num和den來表示:num=1,1den=1,1.3,0.82. 用matlab分析系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)1)脈沖響應(yīng) y=impulse(num,den,T)T:為等間隔的時(shí)間向量,指明要計(jì)算響應(yīng)的時(shí)間點(diǎn).2)階躍響應(yīng)y=setp(num,den,T)T同上.3)對任意輸入的響應(yīng)y=lsim(num,den,U,T)U:任意輸入信號(hào). T同上.3.用matlab分析系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性頻響特性: 系統(tǒng)在正弦激勵(lì)下穩(wěn)態(tài)響應(yīng)隨信號(hào)頻率變化的特性.|H(jw)|:幅頻響應(yīng)特性.j(w):相頻響應(yīng)特性(或相移特性).Matlab求系統(tǒng)頻響特性函數(shù)freqs的調(diào)用格式:h=freqs(num,den,w)w:為等間隔的角頻率向量,指明要計(jì)算響應(yīng)的頻率點(diǎn).4.系統(tǒng)零、極點(diǎn)分布與系統(tǒng)穩(wěn)定性關(guān)系系統(tǒng)函數(shù)H(s)集中表現(xiàn)了系統(tǒng)的性能,研究H(s)在S平面中極點(diǎn)分布的位置,可很方面地判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性.1) 穩(wěn)定系統(tǒng): H(s)全部極點(diǎn)落于S左半平面(不包括虛軸)