课题一信号取样与恢复系统设计指导书.docVIP

课题一 信号取样与恢复系统设计 本课题的目的 本课题主要研究信号取样与恢复的软硬件实现方法以及相关滤波器的设计及应用。通过本课题的设计，拟主要达到以下几个目的： 了解模拟信号取样与恢复电路的原理及实现方法。 深入理解信号频谱和信号滤波的概念，掌握模拟低通滤波器的设计与实现方法。 通过对各种条件下的信号取样与恢复仿真及实测波形的深入分析，加深对时域取样定理的理解。 掌握利用Multisim软件进行模拟电路设计及仿真的方法。 了解信号取样与恢复硬件电路系统的设计、制作、调试过程及步骤。 培养学生运用所学知识分析和解决实际问题的能力。 二、课题任务 本课题采用软件仿真与硬件电路设计制作相结合的方式，对信号取样与恢复的原理、实现方法进行深入研究分析，并完成信号取样与恢复电路的制作与调试。主要任务包括以下几个方面： 1. 信号取样与恢复实验电路原理图设计与功能仿真。 2. 信号恢复理想低通滤波器的参数调节及其频率响应的理论与仿真分析。 3. 借助Multisim软件，分别在有混叠和无混叠的条件下，对输入信号、取样脉冲序列、取样信号、恢复信号的时域波形、频谱进行仿真，并结合所学课程相关知识，对所得结果进行深入分析。 4. 研究取样脉冲序列的频率、脉宽对取样及恢复信号的影响。 5. 信号取样与恢复实验电路板的制作、调试和测试，并与仿真结果进行比较分析。 三、主要设备和软件 1．信号与系统实验箱一台，含同步信号源（或信号发生器） 2. PC机一台 3．Multisim软件一套，10.0以上版本 4．Matlab软件一套，7.0以上版本 5．信号取样与恢复电路PCB板及相关元器件，一套 6. 示波器1台 7. 焊接工具1套 8. 万用表1块 四、设计内容、步骤和要求 1. 信号取样与恢复电路设计与验证 （1）根据信号与线性系统课程硬件实验需要，设计信号取样与恢复实验电路的原理图。 （2）采用Multisim软件对所设计电路进行功能验证。 2. 恢复滤波器的设计与仿真 （1）根据所设计的电路原理图，分析恢复滤波器的系统模型，包括时域、频域和复频域模型，模型中的部分参数（电阻、电容等）作为待定参数，列出各种模型的数学表达式。 （2）通过调整恢复滤波器中的待定参数，分别设计出截止频率为1kHz、8kHz的低通滤波器。要求所设计滤波器的通带纹波不大于10%，并且在滤波器阶次一定的条件下，使得过渡带幅频响应曲线的下降尽可能陡。可以通过调整多个不同元件参数来改变滤波器的截止频率等特性，个人独立完成参数分析调整，结果不得与他人雷同。 （3）对于所设计的不同截止频率恢复滤波器，根据其系统函数（频率响应），利用Matlab软件画出其理论频率响应曲线（含幅频响应与相频响应）。 （4）利用Multisim软件，仿真测试所设计的不同截止频率恢复滤波器电路的频率响应曲线（含幅频响应与相频响应），并与上一步得出理论频率响应曲线进行比较分析。 3. 信号取样与恢复电路的仿真测试分析 （1）借助Multisim软件，分别按照表4-1给定的参数与输入信号，对所设计的取样与恢复电路进行仿真测试，记录不同参数和输入条件下的输入信号、取样脉冲序列、取样信号、恢复信号的时域波形和频谱。 表4-1 仿真测试参数设置 恢复滤波器 截止频率 取样脉冲序列 1kHz 8kHz 8kHz矩形脉冲序列 3种输入信号：1kHz正弦波、1kHz三角波（或方波）、7kHz正弦波 32kHz矩形脉冲序列 （2）结合有关信号频谱、信号取样与恢复、信号滤波等方面的理论知识，对上一步所得出的时域、频域结果进行深入比较分析，探讨其理论基础，重点讨论取样与恢复前后信号频谱中各频率分量幅度的变化。主要分析内容包括： ①同一输入信号（分别讨论1kHz正弦波、7kHz正弦波、1kHz三角波/方波），在不同取样频率、不同恢复滤波器截止频率（4种组合）条件下，恢复信号的差异，从频域角度定性分析差异产生的原因； ②相同电路参数（8kHz取样脉冲、1kHz恢复滤波器）条件下，比较1kHz正弦和7kHz正弦输入信号所对应取样信号、恢复信号的异同（包括幅度、相位等具体参数的数值），定性分析其原因，并进行定量计算，与仿真实测的数据进行比较； ③（此步内容为选做）相同电路参数（8kHz取样脉冲、8kHz恢复滤波器）条件下，比较1kHz正弦和7kHz正弦输入信号所对应取样信号、恢复信号的异同，定性分析其原因； ④相同电路参数（8kHz取样脉冲、1kHz恢复滤波器）条件下，比较1kHz正弦和1kHz三角波/方波输入信号所对应取样信号、恢复信号的异同，定性分析其原因； ⑤相同电路参数（32kHz取样脉冲、8kHz恢复滤波器）条件下，比较1kHz正弦和1kHz三角波/方波输入信号所对应取样信号、恢复信号的异同（包括幅度、相位等具体