电子科大连续信号的采样和恢复信号与系统实验报告.doc

电 子 科 大 实 验 报 告 学生姓名：*** 学 号：****** 指导教师：**** 一、实验室名称： 信号与系统实验室 实验项目名称： 连续信号的采样和恢复 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、实验目的： 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。 五、实验内容： ①采样定理验证 ②采样产生频谱交迭的验证 六、实验器材（设备、元器件）： 实验仪器名称： 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 元器件及耗材：连接线、计算机串口连接线 七、实验步骤： （1）采样定理验证步骤： 打开PC机端软件SSP.EXE，在“实验选择”中选择“实验六”。 根据实验书的指导，接通实验箱电源，连接接口区的“输入信号1”和“输出信号”。 按实验箱键盘“3”选择好“正弦波”，按“+”将正弦波频率为“2.6kHz”，按“F4”键把采样脉冲设为10kHz。点击SSP软件界面上的按钮。 观察到，波形密集混论无法观察。调节X轴分辨率，将其调到最小，同时将Y轴分辨率调到最大，从而观察到稳定波形。 将图像截屏后，更改实验箱电路连接方式，按照实验指导书上连接方式连接： 点击SSP软件界面上的按钮，观察采样后的波形，同时将Y轴分辨率减小，顺利观察到完整的采样后波形图，截屏保存图像。 立刻点击按键，发现信号混论，没有回复成原始信号状态；多次点击，均不可以实现原始信号还原。 认真对着指导书操作步骤，进行实验操作。发现恢复信号时过急，为连接低通滤波器。 改变电路连接方式，将采样保持器的输出信号通过低通滤波器U11，滤波器输出信号接入接口区的输出信号端口。 点击SSP软件界面上的按钮，观察恢复后的波形，并截屏，得到恢复后信号图像。 （2）采样产生频谱交迭的验证操作： 重复②~⑩的操作，在③操作中，按“F4”键把采样脉冲频率设为“5kHz”，其他操作行为不变。 由②~⑩操作的经验，因此使得接下来的操作很顺利。 实验数据及结果分析： 实验内容（一）、采样定理验证（原始信号2.6kHz，采样信号10kHz） 1.原始波形 2.采样后波形 3.恢复信号截屏 实验内容（二）、采样产生频谱交迭的验证（原始信号2.6KHz，采样信号5kHz） 1.原始波形 2.采样后波形 3.恢复后的信号 分析：两次实验测量的波形图像，均有理论分析图像差不多相似，因此在一定误差范围内，两次实验操作步骤是正确的，得到的实验结果有效。 九、实验结论： 由“采样定理验证”和“采样产生频谱交迭的验证”两个实验得到六张实验图像，可以看出：采样信号的频率应大于等于原始信号频率的2倍，只有满足此条件，经低通滤波器恢复的信号才不会失真。 十、总结及心得体会： 总结：通过两个关于采样定理验证的实验，能够直观且真实感受到，采样信号的频率应大于等于原始信号频率的2倍，这一条件的必要性。 心得体会：实验操作过程，一定要严谨细致，急躁可能会导致实验出很大错误，心态一定放平；少走弯路。 十一、对本实验过程及方法、手段的改进建议： 意见：在取样定理验证操作中，是否可以考虑增加测电压峰峰值的步骤，观察实验信号电压变化关系，同理论值比较更加准确验证取样定理。 十二、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？ 实验原理图： 原因：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。 因为采样信号频率大于原始信号频率的2倍，原始信号经窄脉冲信号提取之后，不会交叉重叠，因此信号不失真。采样后信号在经过低通滤波器后，所以能够不失真输出。 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？ 原理框图： 不同：实验（二）采样信号频率=5kHz小于原始信号频率的二倍5.2kHz，所以采样后