测试技术与信号处理实验实验指导书..doc

实验一 周期信号波形的叠加 本实验是用计算机仿真的方法来观察周期信号叠加的原理及过程。 一、实验目的 通过运行、观察各次谐波合成三种非正弦周期信号（方波、锯齿波、三角波）的过程，以及改变某次谐波的幅值或相位角值对合成波所产生的影响，以加深对周期信号频谱结构和叠加原理的认识。 二、实验前预习内容（P6-P8页预习报告） 三、实验原理 根据傅里叶级数的理论，凡满足狄里赫利条件的周期信号x（t）都可以展开为 这说明周期信号是由一个或几个，乃至无穷多个不同频率、不同幅值和不同相位的谐波叠加而成的，因此可以用谐波信号叠加合成出复杂的周期信号。 四、实验设备 计算机及本实验仿真软件。 五、软件启动及说明： 启动计算机并找到本实验仿真软件的子目录，点击执行文件“测试技术实验.exe”则出现一个封面，点击“进入”后，进入本实验界面。 进入界面后，点击工具栏上的“实验一”，即可进入实验，接着请在出现的对话框上选择波形和填写“改阶次”、“振幅比”、“相位差”、“直接显阶”参数，输入数据的时候请从主键盘输入，小键盘已经被锁定；本软件预设置的是方波、改阶＝0、振幅比＝1、相位差＝0、直接显阶＝1。 参数说明： TYPE —— 波形代号（1—方波；2—锯齿波；3—三角波） 改阶—— 要改变某谐波的幅值或初相角的阶次，不改则输入零。 振幅比—— 由改阶次所确定的那阶谐波改变后的振幅与其原理论振幅之比。本实验的理论方波、锯齿波、三角波的幅值均设计为1。 相位差——由改阶次确定的那阶谐波改变后的相位角与其原来相位角之差。 直接显阶 ——不依次运行，而直接显示合成至某阶的合成波形图。 n —— 当前谐波的阶次（运行某波形所达到的阶次） A —— 振幅 ? —— 相位角 点击“继续”键后则自动显示出相关图形，屏幕上方显示当前波的参数，下方显示输入的各参数。如果要看下一阶的图形，则只需点击工具条上的“向前”按钮（F5）；若要返回上一阶图形，则只需点击“返回”（F6）;如果要退出图形显示重新开始或改做实验二，则只需点击“向上一级”按钮(F7)； 点击工具条的“改阶谐波”按钮，可以调出改阶的谐波波形与其理论波形。 如果要存储图形只要点击“文件” 菜单中的“另存为（A）…” 即可；当要退出本实验程序时，直接点击“文件”菜单的“退出（X）”即可。 六、示例 例1：选择合成方波，不改变任何阶次谐波的幅值与相位角，从基波开始显示（即：波形＝方波，改阶=0，振幅比=1，相位差=0，直接显阶=1）。 按照软件启动步骤，当点击“继续”键后可以得出基波图形（黑色线），见图（a），同时屏幕下方显示你刚输入的各参数（现例恰是本软件预置好的参数），上方则出现n=1，?=0，A=1.2732；再按“向前”按钮，便在基波图形的画面上叠现3次谐波图形（红色线），见图（b）。再按“向前”，则基波、3次谐波、以及它们的合成波形（蓝色）便同时展现在屏幕上，见图（c），请你仔细观察这三个波形，并弄清它们的先后顺序和叠加关系；再按“向前”按钮，只保留合成波，屏幕上方仅显示n=3，它表明该合成波已合成到第3阶，见图(d)。以次类推，只要你再按“向前”按钮，各次谐波和它们的合成波将不断产生、不断叠加，直至逼近理论方波。图（e）为n＝25的合成波。 说明：红色线为刚输入的当前波，蓝色线为当前新合成波，黑色线为基波和保留合成波，绿色线为与改阶相同阶次的理论波。 (a)基波 (b)基波与3次谐波 (c )基波、3次谐波与它们的合成波 (d)基波与3次谐波的合成波 （e） n=25的合成波 例2：仍选择方波，但令改阶=5，振幅比=3，相位差=0，直接显阶=1，则表示我们要改变5次谐波的幅值，新的幅值是理论幅值的3倍。锁定并观察改变幅值后的第5次谐波（红色线）与其理论谐波（绿色线）存在哪些不同？见图（1），请记录下该改阶谐波的幅值，并与原理论谐波幅值进行相比，（n＝5，实际幅值/理论幅值＝ / = ）。当合成到n=25时的情形又是如何？见图（2）。并与例1 (e)图进行比较, 看有存在哪些不同？为什么？请重新开始，试自行改变相位角，或同时改变相位角和幅值，认真观察改阶谐波与其理论波存在的差异，并找出造成这种差异的原因；同时观察当n＝25时合成波的情况。 图1