電子科技大學(xué)信號(hào)與系統(tǒng)硬件實(shí)驗(yàn)

1、電子科技大學(xué)信號(hào)與系統(tǒng)-硬件實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一 連續(xù)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性測(cè)量1、 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：連續(xù)系統(tǒng)的幅頻特性測(cè)量2、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c任務(wù)： 目的：使學(xué)生對(duì)系統(tǒng)的頻率特性有深入了解。任務(wù)：記錄不同頻率正弦波通過低通、帶通濾波器的響應(yīng)波形，測(cè)量其幅度，擬合出頻率響應(yīng)的幅度特性；分析兩個(gè)濾波器的截止頻率。三、實(shí)驗(yàn)原理：正弦波信號(hào)輸入連續(xù)lti系統(tǒng)，輸出仍為正弦波信號(hào)。 圖3.3-1信號(hào)輸入連續(xù)lti系統(tǒng)圖3.3-1中，)通過測(cè)量輸入、輸出的正弦波信號(hào)幅度，計(jì)算輸入、輸出的正弦波信號(hào)幅度比值，可以得到系統(tǒng)的幅頻特性在處的測(cè)量值。改變可以測(cè)出不同頻率處的系統(tǒng)幅頻特性。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容打開pc機(jī)端軟件ssp.exe，

2、在下拉菜單“實(shí)驗(yàn)選擇”中選擇“實(shí)驗(yàn)三”；使用串口電纜連接計(jì)算機(jī)串口和實(shí)驗(yàn)箱串口，打開實(shí)驗(yàn)箱電源。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）、低通濾波器的幅頻特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)步驟：1、 信號(hào)選擇：按實(shí)驗(yàn)箱鍵盤“3”選擇“正弦波”，再按“”或“”依次選擇表3.1中一個(gè)頻率。2、 連接接口區(qū)的“輸入信號(hào)1”和“輸出信號(hào)”，如圖3.3-2所示。點(diǎn)擊ssp軟件界面上的按鈕，觀察輸入正弦波。將正弦波頻率值和幅度值(vpp/2, vpp為峰-峰值)記錄于表3.3-1。圖3.3-2 觀察輸入正弦波的連線示意圖3、 按圖3.3-3的模塊連線示意圖連接各模塊。圖3.3-3 實(shí)驗(yàn)三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）模塊連線示意圖4、 點(diǎn)擊ssp軟件界面上的按鈕，觀察

3、輸入正弦波通過連續(xù)系統(tǒng)的響應(yīng)波形；適當(dāng)調(diào)整x、y軸的分辨率可得到如圖3.3-4所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。將輸出正弦波的幅度值(vpp/2, vpp為峰-峰值)記錄于表3.3-1。5、 重復(fù)步驟14，依次改變正弦波的頻率，記錄輸入正弦波的幅度值和響應(yīng)波形的幅度值于表3.3-1。表3.3-1頻率（khz）0.10.20.61.01.41.82.22.63.03.43.84.24.65.0輸入幅度（v）2.070312.070312.031252.035162.070312.074222.050782.050782.050782.06252.042972.011722.066412.07031輸出幅度（v）1

4、.894531.878911.847661.839841.835941.796881.718751.601561.476561.328131.113280.9960940.8984380.800781輸出/輸入幅度比值h0.915090.907550.909620.904030.886790.866290.838100.781050.719990.64390.544930.495140.434780.38679實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（二）、帶通濾波器的幅頻特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)步驟：重復(fù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）的實(shí)驗(yàn)步驟15。注意在第3步按圖3.3-5的模塊連線示意圖連接各模塊。圖3.3-5 實(shí)驗(yàn)三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（二）模塊連線

5、示意圖將輸入正弦波頻率值、幅度值和響應(yīng)波形的幅度值記錄于表3.3-2。頻率（khz）0.10.20.61.01.41.82.22.63.03.43.84.24.65.0輸入幅度（v）2.070312.070312.031252.035162.070312.074222.050782.050782.050782.06252.042972.011722.066412.07031輸出幅度（v）0429688046875100781208203222266920390618593816718815234413338411054709804690878906078125輸出/輸入幅度比值h0.20755

6、0.226410.496151.023031.073590.983040.906670.815240.742850.646710.541110.487380.425330.37736表3.3-2思考問題：（1） 將表3.3-1、3.3-2的輸出/輸入的幅度比值h數(shù)據(jù)用橫座標(biāo)（頻率）、縱座標(biāo)（幅度比值h）描繪出來，可以擬合出兩條光滑曲線，它們說明兩個(gè)系統(tǒng)的幅頻特性有何不同之處？ 根據(jù)表3.3-1數(shù)據(jù)做出的圖 x=0.1, 0.2, 0.6, 1.0, 1.4, 1.8, 2.2, 2.6, 3.0, 3.4, 3.8, 4.2, 4.6, 5.0; y=0.91509,0.90755,0.909

7、62,0.90403,0.88679,0.86629,0.83810,0.78105,0.71999,0.6439,0.54493,0.49514,0.43478,0.38679; plot(x,y); 根據(jù)表3.3-2數(shù)據(jù)做出的圖 x=0.1, 0.2, 0.6, 1.0, 1.4, 1.8, 2.2, 2.6, 3.0, 3.4, 3.8, 4.2, 4.6, 5.0; y=0.20755,0.22641,0.49615,1.02303,1.07359,0.98304,0.90667,0.81524,0.74 285,0.64671,0.54111,0.48738,0.42533,0.37

8、73; plot(x,y) 系統(tǒng)1的幅度之比隨著頻率的增大而減?。幌到y(tǒng)二的幅度之比隨著頻率的增大有一個(gè)從增大到減小的過程，大致是隨頻率從0.2khz到1.5khz是增大，1.5khz到5khz是減小。（2） 為什么實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（二）中，低通濾波器與高通濾波器串聯(lián)會(huì)得到帶通濾波器？ 當(dāng)滿足“高通濾波器的截止頻率”低于“低通濾波器的截止頻率”時(shí)，信號(hào)先通過低通濾波器，再接著通過高通濾波器。這樣就可以構(gòu)成一個(gè)帶通濾波器。五、項(xiàng)目需用儀器設(shè)備名稱：數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)箱、信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)板的低通濾波器模塊u11、高通濾波器模塊u21、pc機(jī)端信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)軟件、5v電源 六、所需主要元器件及耗材：連接線、計(jì)算機(jī)

9、串口連接線實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（二）帶通濾波器的幅頻特性測(cè)（注：下面實(shí)驗(yàn)步驟中的波形已替換成我做實(shí)驗(yàn)時(shí)的波形）一、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：連續(xù)信號(hào)的采樣和恢復(fù)二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c任務(wù)目的：1、使學(xué)生通過采樣保持電路理解采樣原理。2、 使學(xué)生理解采樣信號(hào)的恢復(fù)。任務(wù)：記錄觀察到的波形與頻譜；從理論上分析實(shí)驗(yàn)中信號(hào)的采樣保持與恢復(fù)的波形與頻譜，并與觀察結(jié)果比較。三、實(shí)驗(yàn)原理： 實(shí)際采樣和恢復(fù)系統(tǒng)如圖3.6-1所示?？梢宰C明，奈奎斯特采樣定理仍然成立。圖3.6-1 實(shí)際采樣和恢復(fù)系統(tǒng)采樣脈沖：其中，。采樣后的信號(hào)：當(dāng)采樣頻率大于信號(hào)最高頻率兩倍，可以用低通濾波器由采樣后的信號(hào)恢復(fù)原始信號(hào)。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容打開pc機(jī)端軟件ssp.e

10、xe，在下拉菜單“實(shí)驗(yàn)選擇”中選擇“實(shí)驗(yàn)六”；使用串口電纜連接計(jì)算機(jī)串口和實(shí)驗(yàn)箱串口，打開實(shí)驗(yàn)箱電源。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）、采樣定理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)步驟：1、連接接口區(qū)的“輸入信號(hào)1”和“輸出信號(hào)”，如圖3.6-2所示。圖3.6-2 觀察原始信號(hào)的連線示意圖2、信號(hào)選擇：按“3”選擇“正弦波”，再按“”或“”設(shè)置正弦波頻率為“2.6khz”。 按“f4”鍵把采樣脈沖設(shè)為10khz。圖3.6-3 2.6khz正弦波（原始波形） 3、點(diǎn)擊ssp軟件界面上的按鈕，觀察原始正弦波，如圖3.6-3所示。4、按圖3.6-4的模塊連線示意圖連接各模塊。圖3.6-4觀察采樣波形的模塊連線示意圖5、點(diǎn)擊ssp軟件界面上的按鈕

11、，觀察采樣后的波形，如圖3.6-5所示。圖3.6-5 10khz采樣的輸出信號(hào)6、 用截止頻率為3khz的低通濾波器u1恢復(fù)采樣后的信號(hào)。按圖3.6-6的模塊連線示意圖連接各模塊。圖3.6-6觀察恢復(fù)波形的模塊連線示意圖7、點(diǎn)擊ssp軟件界面上的按鈕，觀察恢復(fù)后的波形，如圖3.6-7所示。圖3.6-7 用3khz低通濾波器恢復(fù)波形實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（二）、采樣產(chǎn)生頻譜交迭的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)步驟：重復(fù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）的實(shí)驗(yàn)步驟17；注意在第2步中正弦波的頻率仍設(shè)為“2.6khz”后，按“f4”鍵把采樣脈沖頻率設(shè)為“5khz”；在第6步中用3khz的恢復(fù)濾波器（u11）?？梢杂^察到如圖3.6-83.6-10所示的波形。圖3.6-8 2.6khz正弦波（原始波形）圖3.6-9 5khz采樣的輸出信號(hào)圖3.6-l0 用3khz低通濾波器恢復(fù)波形思考問題： （1）畫出實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）的原理方框圖和各信號(hào)頻譜，說明為什么實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）的輸出信號(hào)恢復(fù)了輸入信號(hào)？ 各信號(hào)頻譜在上面，其中xp(t)為采樣后信號(hào)，x0(t)是恢復(fù)后的信號(hào)。實(shí)驗(yàn)一之所能夠恢復(fù)出信號(hào)，是因?yàn)闈M足采樣定理，采樣頻率10khz5.5khz。（2） 畫出實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（二）的方框圖，解釋與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）有何不同之處？ 不同之處是采樣頻率由10khz減小到5khz，而5khz不滿足采樣定理，所以會(huì)產(chǎn)生波形交叉，不能恢復(fù)出波形。 （3）