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XXX，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_、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.

6.10

1.4.1

8.2

2.2

6.30

3.4.3

8.4

2.4

6.50输入幅度(v)

2.070

3.12070

3.120312

5.20351

6.2070

3.120742

2.20507

8.20507

8.20507

8.2062

5.2042

9.72024

7.220

6.641XXXX7031输出幅度(v)

1.894

5.31878

9.1184

7.66183

9.841835

9.41796

8.8171

8.XXX

6.14765

6.13281

3.XXX.XXX.XXX.800781输出/输入幅度比值H0.915090.907550.9096

20.9040

30.886790.866290.838100.781050.719990.64390.5449

30.495140.434780.38679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.

6.10

1.4.1

8.2

2.2

6.30

3.4.3

8.4

2.4

6.50输入幅度(v)

2.070

3.12070

3.120312

5.20351

6.2070

3.120742

2.20507

8.20507

8.20507

8.2062

5.2042

9.72024

7.220

6.641XXXX7031输出幅度(v)042XXXX46875XXX920XXXX8593816XXX054XXXX4690878XXXX8125输出/输入幅度比值H0.207550.2264

10.4961

5.10230

3.XXX.983040.906670.815240.742850.6467

10.5411

10.487380.4253

30.37736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_=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(_,y);根据表

3.3-2数据做出的图_=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,

1.07359,0.98304,0.90667,0.81524,0.74285,0.64671,0.54111,0.48738,0.42533,0.3773;plot(_,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U1

1、高通滤波器模块U2

1、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XXX，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-

3.26kHz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

3.6-510kHz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-

8.36-10所示的波形。图

3.6-

8.26kHz正弦波(原始波形)图

3.6-95kHz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_p(t)为采样后信号，_0(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10khz

5.5khz。

(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U2

2、采样保持器模块U4

3、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