信号与系统实验指导书试验箱+matlab版教案分析.doc

信号与系统试验指导书 衡水学院物理系 2013年4月 目 录 前 言 1 实验一 信号的产生 3 实验二 零输入零状态响应 10 实验三 信号的抽样与恢复 14 实验四 连续信号在MATLAB中的表示 17 实验五 时域离散信号的产生 21 实验六 周期信号的合成与分解 27 实验一 信号产生 实验目的 了解单片多功能集成电路函数信号发生器的功能及特点 熟悉信号与系统实验箱信号产生和测试的方法 学会使用示波器对常用波形参数的测量。 实验设备 信号与系统实验箱一台 20MHz示波器一台实验原理与说明 1、 图-1 MAX038的引脚定义 REF:芯片内部2.5V参考电压输出; GND:模拟地; A0,A1:输出波形选择,TTL/CMOS 兼容; COSC:内部振荡器外接电容; DADJ,FADJ:输出频率、占空比调节; IIN:振荡频率控制器电流输入; PDI,PDO:内部鉴相器输入输出; SYNC:同步信号输出, 允许内部振荡器与外信号同步; DGND,DV+:内部数字电路电源; V+,V-:MAX038供电电源端(+5V,-5V); OUT:波形输出。 其内部框图及基本工作电路如图1-所示。 图-2 MAX038的内部结构及基本工作电路 主要包括主振器，主振控制器，2.50V基准电压源，正弦波形成器，方波形器，比较器，多路选择器，输出级和相位检测器。图中，振荡器输出的三角波经正弦波形成器变换成等幅，低失真的正弦波。多路模拟开关则从输入的正弦波，三角波和矩形波中选择一种，作为输出。波形种类由地址A0，A1的逻辑电平来设定。与此同时，三角波还经过比较器从SYNC端输出，可作为外部振荡器的同步信号。 芯片内部的振荡器、比较器和波形变换电路产生正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波,通过选择控制端A0,A1的电平选择一种波形(A0,A1的控制电平与输出波形的关系见表1) ,经内部缓冲器缓冲后输出。 （2）、基于MAX038的函数源设计 输出频率与外接振荡器COSC、参考电流IIN及频率调节电压VFADJ有关。当VFADJ=0V时，输出振荡频率F0=IIN÷CF 式中：IIN为当前输入到IIN的电流（ 2uA≤IIN≤750uA)，IIN可由电流源或电压源VIN与电阻RIN串联来驱动（接在REF和IIN之间的电阻就可产生IIN）。使用电压源与电阻串联的振荡器振荡频率按F0=V/[RIN×CF]计算。推荐的参考电流IIN范围：10uA到400uA。CF外接振荡电容器COSC的容量(20pf≤≤100uf)。 一旦由IIN设置F0后，输出频率还可以由VFADJ调节，FADJ上的电压变化范围从-2.4V到+2.4V，由FADJ调节的频率输出范围是FADJ=0时的0.3倍到1.7倍。如果超出了2.4v会导致输出频率的不稳定 。当已知VFADJ时, 频率为 (1-0.12915×VFADJ ) , 而输出信号周期为=To/(1-0.12915×VFADJ ) , 其中,为FADJ= 0V 时的输出信号周期。接在REF (+2.5V ) 和FADJ之间的可变电阻RF可调整频率。F阻值按F= (VREF- VFADJ )/250 (uA ) 计算。、实验将对常用信号和特性进行分析、研究。常用信号有：正弦波、方波、三角波、、指数信号等。 1、正弦信号：其表达式为f（t）=Ksin（ωt＋θ），其信号的参数：振幅K、角频率ω、与初始相位θ。 2、方波信号：信号为周期为T，前T/2期间信号为正电平信号，后T/2期间信号为负电平信号。 3、三角波信号： （周期为） 、锯齿脉冲：、指数信号：指数信号可表示为f(t)=Keat。对于不同的a取值，其波形表现为不同的形式。 、脉冲信号：其表达式为f(t)=u(t)-u(t-T)，其中u(t)为单位阶跃函数。 图-1 DDS的基本原理框图 频率控制字Fword：决定输出信号的频率； 系统时钟Fc：工作时钟； 相位累加器Acc：形成波形存储器的地址。 其工作原理是：相位累加器Acc设置一初值，每一个系统时钟到来时把频率控制字Fword累加到Acc中形成新的Acc，取Acc的部分或全部值作为波形存储器的地址，将对应的点打入D/A输出。当系统时钟确定时，频率控制字Fword的大小就决定了输出信号频率的大小。 2) 单片机结合DDS输出各种信号的原理 将各种信号一个周期的离散值存储到一个存储区域，即波表，每隔一段确定的时间从波表中打出一个点到D/A转换器中，这样重复循环输出便可以得到所要的波形。普通的波表输出原理图如图2-2所示： 图-2 单片机普通输出波表流程图 结合DDS的思想可以使输出频率更容易控制，只需要改变DDS中的频率控制字Fword就可以改变输出信号的频率。