电子科大信号与系统硬件实验Word格式文档下载.docx

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，

为基波频率，

为周期。

傅立叶级数的系数

称为频谱。

称为幅度频谱。

傅立叶级数表示连续周期信号分解为直流与基波、第2~5次谐波成分等相加。

四、实验目的：

目的：

让学生感受和理解连续信号的分解、合成和谱分析。

任务：

1、记录实验中观察到的波形和频谱。

2、分析观察结果，并与理论结果作比较。

五、实验内容：

实验内容

（一）、占空比为12.5%周期方波信号的分解与合成

实验内容

（二）、占空比为50%周期方波信号的分解与合成

六、实验器材（设备、元器件）：

数字信号处理实验箱、信号与系统实验板的加法指示模块U32、PC机端信号与系统实验软件、＋5V电源

七、实验步骤：

1、信号选择：

按实验箱键盘“2”选择“方波”，再按“＋、－”设置方波频率为“600Hz”；

按F2键把占空比设为：

12.5%。

2、点击SSP软件界面上的

按钮，可以观察到如图3.2-2所示波形。

记录并描绘观察到的波形和频谱（线性尺度）。

读出并记录直流和前5次谐波谱幅度值。

3、信号与系统实验板的加法指示模块U32的按钮1~5分别代表直流与基波、第2~5次谐波成分等相加；

按下第n个按钮，就可观察到直流与第n次谐波相加的时间波形及频谱；

同时按下多个按钮，就可观察到直流与各按钮所代表的谐波相加的时间波形及频谱。

按下相应按钮后，点击SSP软件界面上的

按钮，再点击

按钮，就可以观察到如图3.2-3～3.2-7所示合成波形。

1、信号选择：

按实验箱键盘“2”选择“方波”，再按“＋、－”设置方波频率为“1kHz”；

50%。

2、点击SSP软件界面上的

按钮，记录并描绘观察到的波形和频谱（线性尺度）。

3、重复实验内容

（一）的实验步骤3，记录并描绘观察到的波形和频谱（线性尺度）。

八、实验数据及结果分析：

记录并描绘观察到的波形和频谱。

求出周期方波信号的幅度谱表达式，当占空比为12.5%、50%时，将观测得到的波形和频谱与理论上波形和频谱对比。

各自频谱有何异同之处？

若将周期方波信号的周期增大（频率减小，如200Hz），频谱有何变化？

答：

第一，

第二，相同之处：

都含有基波与高次谐波分量；

不同之处：

方波的奇次谐波的含量高；

矩形波的偶次谐波含量高，且占空比越偏离0.5偶次谐波含量越高

第三，周期变大，谱线变密

（1）占空比为12.5%情况：

（一次谐波分量）

（五次谐波分量）

（直流分量与前三次谐波合成后的输出波形）

（直流分量与前五次谐波合成后的输出波形）

（2）占空比为50%情况：

（一次谐波分量）

（二次谐波分量）

（三次谐波分量）

（四次谐波分量）

（五次谐波分量）

（合成波形）

九、实验结论：

，根据傅里叶级数我们可以对连续周期信号进行分解和合成，如分解为直流与基波、第2~5次谐波成分等

十、总结及心得体会：

通过本次试验更形象的感受和理解了利用傅里叶级数连续信号的分解、合成和谱分析的过程和方法。

十一、对本实验过程及方法、手段的改进建议：

报告评分：

指导教师签字：

信号与系统实验室

连续系统的幅频特性测量

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。

使学生对系统的频率特性有深入了解。

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。

实验内容

（一）、低通滤波器的幅频特性测量

实验内容

（二）、带通滤波器的幅频特性测量

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

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1~4，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。

重复实验内容

（一）的实验步骤1~5。

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。

表3.3-1

低通滤波器

频率（kHz）

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

输入幅度（v）

2.0508

输出幅度（v）

1.5137

1.4648

1.4063

1.3086

1.2598

1.1328

0.9277

0.8496

0.6934

0.5664

0.4192

0.3809

0.3418

输出/输入

幅度比值H

73.8%

71.4%

68.6%

63.8%

61.4%

55.2%

45.2%

41.4%

33.8%

27.6%

20.4%

18.6%

16.7%

表3.3-2

带通滤波器

0.0196

0.0598

0.9278

1.9239

1.7383

1.4844

1.2402

1.0352

0.9082

0.7618

0.5957

0.4786

0.3510

0.0095

0.0292

0.4524

0.9381

0.8476

0.7238

0.6047

0.5048

0.4429

0.3714

0.2905

0.2334

0.1857

0.1714

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？

分析为什么实验内容

（二）中，低通滤波器与高通滤波器串联会得到带通滤波器？

第一，表3.3-1、3.3-2的输出/输入的幅度比值H和频率图见于表格后。

第二，表3.3-1对应低通滤波器，当输入的频率低时，幅度比值H大，而随着输入的频率增大，H变小，最后接近于0，表现出低通特性；

表3.3-2对应带通滤波器，当输入的频率低时，幅度比值H大，而随着输入的频率增大，H变小，当频率增大到一定值后，H又逐渐变大，最后接近1，表现出带通特性。

第三，低通滤波器与高通滤波器串联表现为两种效果的叠加，在信号上表现为传递函数H的相乘，这样中间频率对应的信号可以通过，而低频和高频信号不能，就会得到带通滤波器。

由实验可知，高通滤波器和低通滤波器串联得到带通滤波器，理由是两个系统串联相当于两个系统的单位冲激响应相卷，则其频率响应相乘，所以，只有当低通和高通同时能通过的频率处才会有输出值。

通过本次实验熟悉了数字信号实验箱的基本操作，了解了带通滤波器与低通、高通滤波器的关系，并通过实验证明了低通、带通滤波器的特性。