[理学]信号与系统实验指导书201210.doc

信号与系统 实验指导书 合肥师范学院电子信息工程学院 2012年9月 目 录 第一章 信号与系统综合实验概述 2 第一节 信号与系统模块组成介绍 2 第二节 各实验模块介绍 4 第三节 信号源 8 第二章 教学实验一（实验箱） 10 实验1 阶跃响应与冲激响应 10 实验2 连续时间系统的模拟 14 实验3 有源无源滤波器 19 实验4 抽样定理与信号恢复 28 实验5 信号卷积实验 36 实验6 矩形脉冲信号的分解 41 实验7 矩形脉冲信号的合成 46 实验8 虚拟仪表 49 第三章 教学实验二（matlab） 52 实验9 熟悉MATLAB软件 52 实验10 连续系统的频域分析 58 实验11 连续时间系统的复频域分析 66 信号与系统综合实验概述 信号与系统模块组成介绍 “ 信号与系统实验箱”是在多年开设信号与系统实验的基础上，经过不断改进研制成功的。是专门为《信号与系统》课程而设计的，提供了信号的频域、时域分析的实验手段。利用该实验箱可进行阶跃响应与冲激响应的时域分析；借助于ＤＳＰ技术实现信号卷积、信号频谱的分析与研究、信号的分解与合成的分析与实验；抽样定理与信号恢复的分析与研究；连续时间系统的模拟；一阶、二阶电路的暂态响应；二阶网络状态轨迹显示、各种滤波器设计与实现等内容的学习与实验。 实验箱采用了DSP数字信号处理新技术，将模拟电路难以实现或实验结果不理想的“信号分解与合成”、“信号卷积”等实验得以准确地演示，并能生动地验证理论结果；系统地了解并比较无源、有源、数字滤波器的性能及特性，并可学会数字滤波器设计与实现。 实验箱配有DSP标准的JTAG插口及DSP同主机PC机的通信接口，可方便学生在我们提供的软件的基础上进行二次开发（可用仿真器或不用仿真器），完成一些数字信号处理、ＤＳＰ应用方面的实验。如：各种数字滤波器设计、频谱分析、卷积、Ａ／Ｄ转换、Ｄ／Ａ转换、ＤＳＰ定时器的使用、ＤＳＰ基本Ｉ／Ｏ口使用等。该实验箱的系统分布图如图1-1所示。 图1-1 实验系统分布示意图 它由以下模块组成： 电源输入模块 信号源模块 数字滤波器模块 主机接口与二次开发区 数字信号处理器模块 CPLD编程开放模块 信号分解与合成模块 信号卷积实验模块 一阶电路暂态响应模块 二阶电路传输特性模块 二阶网络状态轨迹模块 阶跃响应与冲激响应模块 抽样定理模块 模拟滤波器模块 基本运算单元与连续系统的模拟模块 频率表与毫伏表 各模块的的具体作用将在第二节中介绍。 各实验模块介绍 在本节中，将分别介绍实验平台上的各个模块单元。在第一节的系统介绍中，已介绍了本实验系统由16个模块组成。 电源输入模块 此模块位于实验平台的右上角部分，分别提供 +12v、+5v、-12 v、-5 v的电源输出。４组电源对应４个发光二极管，电源输出正常时对应的发光二极管亮。 信号源模块 提供的波形种类有：正弦波、三角波、方波、半波、全波 信号的频率范围：100Hz—200KHz，可分别通过按钮调节信号的频率、占空比，通过电位器旋钮信号的幅度。 有两个测量点： TP702 输出的信号波形（正弦波、三角波、方波、扫频信号，全波，半波）； TP701 点频信号输出（用于做抽样实验） 信号插孔： P702：信号源信号输出插孔，P701：点频信号输出插孔。 数字滤波器模块 完成模拟信号的模数转换（A/D）、运算单元DSP、滤波输出的数模（D/A）转换 有两个测量点： TP101 A/D前的模拟信号波形； 信号插孔： P101：模拟信号输入插孔。 主机接口与二次开发区 此模块由USB接口、CPLD、DSP的JTAG插座等组成。ＤＳＰ程序可以来自固化在U107中的例题程序或来自ＰＣ机的学生开发程序。U107中的例题程序可由SW101来选择,按下SW102按钮选择不同的程序号，在数码管SMG101上将显示程序号。 SW101：复位键开关。 数字信号处理器模块 由TMS320C5402和AD、DA等模块组成，完成数字信号处理的各种运算。 有两个测量点： XF：指示ＤＳＰ通用I/O口ＸＦ的电平 TOUT： 指示DSP定时器定时输出信号TOUT 　　　　 三个指示灯：分别指示ＤＳＰ是否在运行；ＸＦ状态；ＴＯＵＴ状态 通过按钮和数码管指示进行程序选择，可选择九个运行程序，默认显示为零。 程序号为1－9。 CPLD可编程模块 完成信号电平转换、主机接口中各控制信号产生、Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ片选信号和控制信号产生等功能。 信号分解与合成模块 此模块位于实验平台的中部，主要完成信号的分解与合成，模块的右上半部分为信号的分解，下半部分为信号的合成。信号的分解部分提供了8个波形输出测量点