电子科技大学信号与系统硬件实验

电子科技大学信号与系统-硬件实验实验一 连续系统的频率响应特性测量1、 实验项目名称：连续系统的幅频特性测量2、 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。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。 图3.3-1信号输入连续LTI系统图3.3-1中，)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。改变可以测出不同频率处的系统幅频特性。四、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）、低通滤波器的幅频特性测量实验步骤：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。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。图3.3-3 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。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）2.070312.070312.031252.035162.070312.074222.050782.050782.050782.06252.042972.011722.066412.07031输出幅度（v）1.894531.878911.847661.839841.835941.796881.718751.601561.476561.328131.113280.9960940.8984380.800781输出/输入幅度比值H0.915090.907550.909620.904030.886790.866290.838100.781050.719990.64390.544930.495140.434780.38679实验一实验内容（二）、带通滤波器的幅频特性测量实验步骤：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。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。频率（kHz）0.10.20.61.01.41.82.22.63.03.43.84.24.65.0输入幅度（v）2.070312.070312.031252.035162.070312.074222.050782.050782.050782.06252.042972.011722.066412.07031输出幅度（v）0429688046875100781208203222266920390618593816718815234413338411054709804690878906078125输出/输入幅度比值H0.207550.226410.496151.023031.073590.983040.906670.815240.742850.646710.541110.487380.425330.37736表3.3-2思考问题：（1） 将表3.3-1、3.3-2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？ 根据表3.3-1数据做出的图 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=0.91509,0.90755,0.90962,0.90403,0.88679,0.86629,0.83810,0.78105,0.71999,0.6439,0.54493,0.49514,0.43478,0.38679; plot(x,y); 根据表3.3-2数据做出的图 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=0.20755,0.22641,0.49615,1.02303,1.07359,0.98304,0.90667,0.81524,0.74 285,0.64671,0.54111,0.48738,0.42533,0.3773; plot(x,y) 系统1的幅度之比随着频率的增大而减小；系统二的幅度之比随着频率的增大有一个从增大到减小的过程，大致是随频率从0.2khz到1.5khz是增大，1.5khz到5khz是减小。（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？ 当满足“高通滤波器的截止频率”低于“低通滤波器的截止频率”时，信号先通过低通滤波器，再接着通过高通滤波器。这样就可以构成一个带通滤波器。五、项目需用仪器设备名称：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 六、所需主要元器件及耗材：连接线、计算机串口连接线实验内容（二）带通滤波器的幅频特性测（注：下面实验步骤中的波形已替换成我做实验时的波形）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： 实际采样和恢复系统如图3.6-1所示。可以证明，奈奎斯特采样定理仍然成立。图3.6-1 实际采样和恢复系统采样脉冲：其中，。采样后的信号：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信号恢复原始信号。四、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）、采样定理验证实验步骤：1、连接接口区的“输入信号1”和“输出信号”，如图3.6-2所示。图3.6-2 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3.6-3 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，如图3.6-3所示。4、按图3.6-4的模块连线示意图连接各模块。图3.6-4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3.6-5所示。图3.6-5 10kHz采样的输出信号6、 用截止频率为3kHz的低通滤波器U1恢复采样后的信号。按图3.6-6的模块连线示意图连接各模块。图3.6-6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3.6-7所示。图3.6-7 用3kHz低通滤波器恢复波形实验内容（二）、采样产生频谱交迭的验证实验步骤：重复实验内容（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3.6-83.6-10所示的波形。图3.6-8 2.6kHz正弦波（原始波形）图3.6-9 5kHz采样的输出信号图3.6-l0 用3kHz低通滤波器恢复波形思考问题： （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？ 各信号频谱在上面，其中Xp(t)为采样后信号，X0(t)是恢复后的信号。实验一之所能够恢复出信号，是因为满足采样定理，采样频率10khz5.5khz。（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？ 不同之处是采样频率由10khz减小到5khz，而5khz不满足采样定理，所以会产生波形交叉，不能恢复出波形。 （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？ 输出波形如下图输出信号的幅度增大，并且波形相对比较清晰。五、项目需用仪器设备名称：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 六、所需主要元器件及耗材：连接线、计算机串口连接线