中南大学信号与线性系统实验之采样与混叠报告.docVIP

《信号与系统》实验报告 实验室名称： 实验日期： 2013年 12 月 1日 学 院 信息院 专业、班级 姓 名 实验名称 采样和混叠 指 导 教 师 张金焕 教师评语 教师签名： 年 月 日 实验目的： 你可以直观地观察采样信号的频谱，以及混叠。你可以藉此对最小采样率的采样定理有直观的理解。 实验内容： 在第1部分：对选定的测试样本进行采样操作设置，并在时域中进行观察。然后，研究相反过程，恢复模拟信号，并观察各种采样率的效果。 在第2部分：回顾第1部分的时域研究，在频域中进行观察。这样可以获得相关过程的系统结构，并进行直观的数学解释。有这样的洞见之后，你可以轻松确定相关原则来选择有效的采样率。 实验原理： 1.模拟信号到数字信号的转换有两个阶段：一、 首先，采集“冻结的”样本值； 二、然后，对这些冻结的模拟值进行数字化处理。可以进行其他处理以提高存储效率，即将需要的存储器空间降至最低。 2.在本实验中，我们只关注采样过程。很明显，采样率的选择是最重要的问题：太慢意味着样本间距过大，从而一些细节丢失。但如果采样间距过小，又会导致资源浪费，例如存储器和处理时间。需要适当地平衡这些考虑事项。 3.从一些典型信号的采样开始，然后观察来自不同速率样本序列的连续时间信号的恢复。由此，你可以发现最小采样率与带宽之间的关联。 实验器材： 1.PC机，安装有LabVIEW2009（或更高版本）和Digital Filter Design工具包 2.匹配的NI ELVIS 2或2+和USB电缆 3.EMONA SIGEx信号及系统扩充板 4.分类跳接电缆 5.两根BNC-2mm引线 实验步骤： 1. 关闭NI ELVIS及其模型板开关。 2. 将SIGEx板插入到NI ELVIS中。 （备注：这些可能已经配置完成。） 3. 使用USB电缆将NI ELVIS与PC机相连。 4. 打开PC机（如果尚未打开），并等待PC机完全启动（从而PC机准备好连接外部USB设备）。 5. 打开NI ELVIS，但是不要打开模型板开关。你应该会看到USB灯点亮（ELVIS的右上角）。如果已经打开了音箱，那么PC机可能会发出提示音，提示ELVIS已经检测到。 6. 打开NI ELVIS模型板开关，将SIGEx板通电。确认所有三个电源LED均已点亮。否则，联系老师请求帮助。 7. 启动SIGEx Main VI。 8. 当要求你选择设备编号时，输入所用NI ELVIS的对应编号。 9. 现在，你已经准备好操作NI ELVIS/SIGEx束。 10. 选择SIGEx SFP上的EXPT 12选项卡。 11.设置如下： 函数发生器：选择方波；频率 = 1000Hz；1Vpp，偏移0.50V，占空比 = 50% 示波器：时基20ms；CH0上升沿触发；触发电平 = 0V 模拟输出（DAC-1）：4Vpp正弦波，频率为100Hz 12. 观察CH0的乘法器正弦波输入，以及CH1的乘法器采样信号。确认与预期相符。 13. 显示模拟输入和输出，采样率为1000个样本/秒。尝试一两个其他采样率并改变占空比设置。这些参数通过函数发生器仪器面板进行控制。由于信号之间缺乏同步，所以会发生移位。 14. 利用采样和保持，重复第13步。SIGEx模型参见图4。将结果与第13步进行比较。然后，我们考虑恢复样本序列中的原始模拟波形。我们将使用低通滤波器来平滑通过采样/保持产生的阶跃信号的锯齿状拐角。当样本之间的差异相对较小时，这会是一个的很成功选择。 15. 尝试利用可调低通滤波器，恢复通过采样/保持得到的阶跃样本序列的模拟信号（参见下图）。将Fc调节旋钮设定至顺时针极限位置。设置增益为1（旋钮在中间位置）。从较高的采样率开始，例如1000个样本/秒。显示滤波器输出，并观察降低滤波器带宽的效果。将此输出与原始模拟信号进行比较。 16. 由于通过时钟信号来设置采样率，所以我们也可以将采样率称为时钟速率，并采用单位“Hz”而非“个样本/秒”。 说明： 1. 在本练习中，我们将观察正弦波的采样。采样信号通过函数发生器的方波输出而得，进行特殊设置使乘法器模块就像一个开关。当采样信号为非零，即1V时，输入正弦波通过。然而，当采样信号为零伏时，输入信号不通过，输出为0V。这就像是一个打开/关闭开关。 2.采样过程的阐述能够举一反三，因为能够按照我们的想象来观察样本，在脉冲的整个宽度上，作为幅值与信号值成正比的个别窄脉冲。然而，在大多数应用中，需要进一步进行处理，例如将此采样电平编码为数字表示（即模数转换）。因此，在处理期间，必须保持采样值。SIGEx板的离散时间部分提供了采样-保持设备。 实验过程原始记录（数据、图表、波形