北航数字信号处理实验报告材料

实验名称幅度调制和解调实验科目数字信号与处理院系名称

专业名称

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学生姓名

年月日

实验三：幅度调制和解调

一、实验目的

了解几种基本的调制解调原理，掌握用数字信号处理的方法实现模拟电路中信号的调制与解调的方法。通过理论推导得出相应结论，再利用Matlab作为编程工具进行计算机验证实现，从而加深理解，建立概念。

二、实验内容

1．利用Matlab实现信号的调制，过调制，欠调制等状态。

2．用高频正弦信号分别实现对（1）低频周期方波信号，（2）低频正弦信号（3）低频周期三角波信号的调制，观察调制后频率分布状态，实现抑制载波的幅度调制。

3．设计实验，实现含有载波的幅度调制。观察调制和解调的结果，与抑制载波的幅度调制有何不同。

4．设计实验，观察待调制波信号幅度变化对调幅系数的影响。

5．模拟峰值检测（包络检波）电路中的二极管的功能。

6．了解峰值检波（包络检波）的原理，并编程实现。

7．了解同步检波的原理，并编程实现。

三、实验原理

1．幅度调制

用一个信号(称为调制信号)去控制另一个信号(称为载波信号)，让后者的某一特征参数如幅值、频率、相位，按前者变化的过程，就叫调制。

调制的作用是把消息置入消息载体，便于传输或处理。调制是各种通信系统的重要基础，也广泛用于广播、电视、雷达、测量仪等电子设备。在通信系统中为了适应不同的信道情况（如数字信道或模拟信道、单路信道或多路信道等），常常要在发信端对原始信号进行调制，得到便于信道传输的信号，然后在收信端完成调制的逆过程──解调，还原出原始信号。

用来传送消息的信号叫作载波或受调信号，代表所欲传送消息的信号叫作调制信号，调制后的信号叫作已调信号。用调制信号控制载波的某些参数，使之随调制信号而变化，就可实现调制。

受调信号可以是正弦波或脉冲波，所欲传送的消息可以是话音、图像或其他物理量，也

可以是数据、电报和编码等信号。前者是模拟信号，后者是数字信号。

调制是一种非线性过程。载波被调制后产生新的频率分量，通常它们分布在载频f C的两边，占有一定的频带，分别叫做上边带和下边带。这些新频率分量与调制信号有关，是携带着消息的有用信号。调制的目的是实现频谱搬移，即把欲传送消息的频谱，变换到载波附近的频带，使消息更便于传输或处理。

调制的种类很多，分类方法也不一致。按调制信号的形式可分为模拟调制和数字调制。用模拟信号调制称为模拟调制；用数据或数字信号调制称为数字调制。按被调信号的种类可分为脉冲调制、正弦波调制和强度调制(如对非相干光调制)等。调制的载波分别是脉冲，正弦波和光波等。正弦波调制有幅度调制、频率调制和相位调制三种基本方式，后两者合称为角度调制。此外还有一些变异的调制，如单边带调幅、残留边带调幅等。脉冲调制也可以按类似的方法分类。此外还有复合调制和多重调制等。不同的调制方式有不同的特点和性能。

幅度调制是一种广泛使用的模拟调制方式。正弦载波幅度随调制信号而变化的调制，叫做正弦波幅度调制，简称调幅(AM)。它是用低频调制电压去控制高频载波信号的幅度，如下图所示。调幅的技术和设备比较简单，频谱较窄，但抗干扰性能差，广泛应用于长中短波广播、小型无线电话、电报等电子设备中。

图3-1 低频信号经高频载波信号调制波形图

既然高频载波的幅度随低频调制波而变，所以已调波同样随时间而变。即有

式中m是调幅波的调制系数(调幅度)。

同时当m＜1时，实现了不失真的调制，而当m＞1时，调制后的波形包络线，将与调制波

不同，即产生了失真，或称超调。

利用三角公式将调制波表达式展开，可得

上式表明，载波信号经单一信号调制后将出现三个频率分量，即载波频率分量fc ，上边频分量fc+F ，下边频分量fc-F 。其频谱图如图所示：

图3-2 载波信号经单一信号调制后的频谱图

由频谱图可见，幅度调制在频域上是将调制信号F 搬移到了载频的两边，其实质是一种频率变换。其带宽为：2()BW F Hz =。 在实际应用中，调制信号不是单一频率，例如：我们的讲话的语音信号，其信号频率为几百至几千赫，经调制后，各个频率产生了各自的上边频和下边频，叠加后形成了上边带和下边带，如图所示：

图3-3 实际调制信号

图中上下边频幅度相等，对称出现，这时调幅波的带宽为：max 2BW F =是调制信号频率的二倍。

由于载波只是一运动载信息的工具，不包含有用信息。所以在发送时为节约功率，可以只发送边带信号，而不发送载波。这种情况称为抑制载波的双边带(DSB)信号发送。

[cos()cos()]m c c v V t t ωω=+Ω+-Ω

它可以看成是调制信号和高频载波信号相乘得到：

1cos cos [cos()cos()]2

c cm m c cm m c c v K v v K V V t t K V V t t ωωωΩΩΩ=??=???Ω?=

??+Ω+-ΩK 为乘法系数。 由于上下边带对称，为节省频带，采用抑制载波的单边带（SSB ）信号发送，其表达式为：cos()m c v V t ω=+Ω或cos()m c v V t ω=-Ω。

2．解调（检波）

将音频信号调制到载波上去就可以达到发送声音的目的，可是我们的最终目的是实现声音的远距离传送，所以还必须在接收一侧将已调制的信号解读出来，这个解调的过程就叫检波，过去的书里有个很形象的比喻：将书信绑在箭上射出去的过程叫调制和发射，找到箭后取下书信就叫接收和检波。

调幅波的解调过程(不失真地还原信息)通常称为检波，实现该功能的电路也称振幅检波器(简称检波器)，它仍然是一种频谱搬移过程。从原理上讲，要将包含调制波信息的已调波中还原出调制波信息，必须要有非线性器件，使之产生新的频率分量，并把高频载波的高频分量滤除，因此，振幅检波器的组成框图如图所示：

图3-4 振幅检波器的组成框图

在各种幅度调制中，由于波形差异和频谱结构的不同，其调制方法也不同，但最基本的调制方法是两种：包络检波和同步检波。

2.1 包络检波：

由图3-1可以看出，调制后的信号是一个以载波为其频率，振幅与音频信号同步变化的上下对称的波，也即其振幅变化的包络就是我们需要的音频信号，包络检波也得名于此。因为这个包络是上下对称互相抵消，为了得到它就必须将AM 信号削去一半，这个目的可以通过使用具有单向导电特性的半导体二极管等整流元件来得到，只许AM 信号的正半周或

负半周通过，即可得到半个AM信号，再用电容等将细密振动的载波成分旁路吸收，最终得到音频信号，完成整个检波过程，因只使用简单的二极管就能达到目的，所以一般收音机都采用这种检波方式。

如3-5图所示，是最常见的二极管包络检波电路：当输入电压大于电容上电压时，电容充电，输入电压小于电容电压时，电容放电，充电快，放电慢，达到平衡时，电容上的电压将会不失真地跟随已调波的包络线变化，再经隔直就会输出调制波信号。

图3-5 二极管包络检波电路

具体的物理过程如下：在高频信号电压的正半周时，二极管正向导通并对电容器C充电，由于二极管的正向导通电阻很小，所以充电电流很大，使电容器上的电压Vc很快就接近高频电压的峰值。

Vc

t1t2

t3

图3-6 包络检波的过程

这个电压建立后通过信号源电路，又反向地加到二极管D的两端。这时二极管导通与

否，由电容器C上的电压Vc和输入信号电压Vi共同决定。当高频信号的瞬时值小于Vc 时，二极管处于反向偏置，管子截止，电容器就会通过负载电阻R放电。由于放电时间常数RC远大于调频电压的周期，故放电很慢。当电容器上的电压下降不多时，调频信号第二个正半周的电压又超过二极管上的负压，使二极管又导通。上图中的tl至t2的时间为二极管导通的时间，在此时间内又对电容器充电，电容器的电压又迅速接近第二个高频电压的最大值。在上图中的t2至t3时间为二极管截止的时间，在此时间内电容器又通过负载电阻R放电。这样不断地循环反复，就得到图中电压Vc的波形。因此只要充电很快，即充电时间常数Rd·C很小(Rd为二极管导通时的内阻)；而放电时间常数足够慢，即放电时问常数R·C很大，满足Rd·C<

图3-7 检波隔直后的输出波形

不过这种检波方式和下面即将介绍的同步检波相比信号的再现性要低，因为检出的是AM信号振幅变化的包络，因受到干扰振幅变化的波形发生改变时，检波得到的音频信号也是受到干扰而改变的信号。

对于DSB—双边带波和SSB—单边带波，它们的包络线不反映调制信号的变化规律，也就不能用包络线检波器。而是用同步检波器来实现。

2.2 同步检波：

同步检波器用于对载波被抑止的双边带或单边带信号进行解调。它的特点是必须外加一个频率和相位都与被抑止的载波相同的电压，同步检波器的名称由此而来。

关于同步检波的原理见实验步骤7中公式推导部分。

本地载波

图3-8 同步检波原理框图

四、主要实验仪器及材料

微型计算机、Matlab 。

五、实验步骤及内容

1．利用Matlab 实现信号的调制，过调制，欠调制等状态：

要求：在Matlab 中画出以下信号1()f t ，2()f t ，3()m f t 一个周期[0,]S T 内的波形，并观察当m 取值不同时3()m f t 的结果。

1()sin(2/)*sin(2/)S F f t t T t T ππ=

222()sin (2/)*sin (2/)S F f t t T t T ππ=

3()(1cos(2/))*cos(2/)m S F f t m t T t T ππ=+ m 分别取1/2，1，2

实验结果如图一、二所示：

图一 信号波形图 图二 调制图

2．用高频正弦信号分别实现对方波、正弦波等低频信号的调制。

要求：

（1）分别画出1()()x t y t ，2()()x t y t ，3()()x

t

y t 的信号波形

实验结果如图三到七所示：

图三 信号波形图 图四 信号频谱图

图五 调制图 图六 载波图

图七 调制频谱图

（2）调制后频率成分推导：

即经过调制后，信号频谱包括三部分：原调制波频率500Hz 、高频载波与原信号频率之差9500Hz 、高频载波与原信号频率之和10500Hz 。

（3）由频谱图可以看出，高频载波fs=10000Hz 在频谱分析中幅值几乎为零，即被抑制，所以词条制过程为抑制载波的调制方式。

3．画出三种情况下高频信号*低频信号即11()*()x t y t 的波形图及频谱图。

要求：（1）画出波形图及波谱图。

实验结果如图八到十一所示：

图八 波形图 图九 波形频谱图

图十 调制图 图十一 调制频谱图

（2）公式推导11()*()x t y t 的频谱成份：

（3）显然由频谱分析可以看出，载波频率的幅值与上下边频的幅值相当，在频谱中并未被抑制，所以此种调制为含有载波的调制方式。

4． 100()cos 2,5,10000F F y t E f t E V f Hz

π===。信号二为AC 模式，1()cos 2,500,2AC s s AC x t E f t f Hz E V

π===。 要求：（1）画出信号[]11()1()*()s t x t y t α=+的波形及频谱图

实验结果如图十二到十五所示：

图十二 初值波形图及频谱图 图十三 波形图

图十四 调制图 图十五 调制频谱图

⑵ 由图示可以观察出，改变AC E 的值，调制后的波形仅在幅值上有差异，其他均相同。 ⑶ 不可能产生过调状态的原因：

整理得：

假设要产生一个过调制状态，必须有： 结合实际情况，以上情况不可能发生，因为信号发生器中电压最大值一般要与数字系统的电压范围相匹配，常见的有3V 、5V 、12V ，20V 绝对是不可能的。

5．模拟峰值检测（包络检波）电路中的二极管的功能。

分析：

110()[1()]()[1(cos 2)]cos 2DC AC s F S t x t y t E E f t E f t ααππ=+=++

若把()S t 写成含有调幅系数m 的式子，即

0()(1)[1cos 2]cos 2DC s F S t E E m f t f t αππ=++

[]110()1()*()[1cos2]cos2AC s F s t x t y t E f t E f t

ααππ=+=+0()[1cos 2]cos 2s F s t E m f t f t

ππ=+AC m

E α

=2AC m E α==2201/10

AC m

E α===

故有，110AC AC DC DC

E E m E E αα==++ （0.1α=） 若5AC E =，2DC E =，则50.5102

m =≈+

Detection diode Scope

图十六

假设二极管是理想的，有如下特性

(0)(0

)u Vth AND i OR i AND u

Vth =≥=≤

u

图十七

结合上面电路图，有s Ri S u s =??=+?，所以，可以推出,0,s S Vth when S Vth s when S Vth

=-≥??=≤?分别令

0(1)DC E E E α=+的值为1，1.2，2，画出s(t)的波形。

结果如下图十八所示：

图十八E取不同值时的波形

6．峰值检测（包络检波）

（1）Matlab库函数中的调制解调函数：

实验结果如图十九和二十所示：

图十九Matlab中幅值调制解调的信号波形图二十Matlab中幅值调制解调的信号频谱（2）通过希尔伯特变换实现包络检波：

如图二十一和二十二所示：

图二十一调制过程图二十二利用希尔伯特变换检波后的波形和频谱（3）Simulink仿真电路1：

用模块定义的传递函数来描述RC电路，框图如下所示：

图二十三 用模块定义的传递函数框图

运行结果，如下图所示，黄线部分为调制后的波形，红线为包络检波后的波形，可以很好地得到调制信号的包络线。

图二十四 包络检波结果

（4）Simulink 仿真电路2：

用实际的电压，二极管，电容和电阻构建电路，动态仿真实现包络检波的原理。 000()[1cos 2]cos 2cos 2[cos 2()cos 2()]2

s F F F s F s s t E m f t f t

mE E f t f f t f f t πππππ=+=+++- 将调制后的信号电压写成三个不同频率电压的和，搭建Simulink 仿真模块框图如下：

图二十五搭建电路的仿真框图

当参数为：：AC1：5 0 100 0.0001

AC2：1 0 102 0.0001

AC3：1 0 98 0.0001 （此时m<1）欠调制

Vf=0.6 R=10000 C=1e-5

时，结果如下：

图二十六欠调制下的包络检波结果

当参数为：：AC 1：5 0 100 0.0001

AC2：5 0 102 0.0001

AC3：5 0 98 0.0001 （此时m=2）过调制

Vf=0.6 R=10000 C=1e-5

时，结果如下：

图二十七调制下包络检波结果

当参数为：：AC 1：5 0 100 0.0001

AC2：2.5 0 102 0.0001

AC3：2.5 0 98 0.0001 （此时m=1）

Vf=0.6 R=10000 C=1e-5

时，结果如下：

图二十八m=1调制下包络检波结果

7．同步检波过程：

S t的频率成分包含原信号低频、附加20000HZ高

⑴频谱分析：由频谱图示可知，()

频两部分。

⑵ 由()S t 得到原信号，即推导同步检波的实现方法，并编程实现：

① 公式推导

其中

则：

② 编程实现：

有公式推导可以得到，()S t 的频谱成分包含零频、原信号频率、载波频率的2

倍、原信号与载波信号频率2倍的和、差。因此设计思路即使用低通滤波器将附

加高频成分滤掉即可。 实验结果如图二十九到三十三所示：

[]211111220()1()*()*()()[1()]

cos 2[1(cos 2)]F DC AC s S t x t y t y t y t x t E f t E E f t αααααπαπ=+=+=++220()(1)cos 2[1cos 2]DC F s S t E E f t m f t ααππ=++1AC

DC E m E α=+220202020()(1)cos 2[1cos 2](1)

(1cos 2(2))[1cos 2]2(1)(1cos 2(2)cos 2cos 2*cos 2(2))2(1)1{1cos 2(2)cos 2**(cos 2(2)22DC F s DC F s DC F s s F DC F s F S t E E f t m f t E E f t m f t E E f t m f t m f t f t E E f t m f t m fs f ααππααππααππππααπππ=+++=

+++=++++=+++-cos 2(2))}F fs f π++

图二十九载波信号

图三十输入信号1 图三十一输入信号2

图三十二输入信号3 图三十三输入信号4

六、实验心得体会

经过这一系列的关于matlab的实验，我对DSP的认识更加深入了一步，毕竟课本上的知识总是呆板而又公式化的，实验的灵活性和形象性对平时的学习有很大程度上的提高；现在仍感到不足的是，特别是当时做实验二时，由于课堂内容没有赶上，当时似懂非懂，滤波器的参数选择不太准确导致滤波效果不是很好，但后来上课后才知道了准确的做法，也算是获益匪浅吧。

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北航计软实验报告一

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计算机软件基础上机实验报告（一) ＸXXXＸX班XXX １.实验目的 掌握线性表在顺序分配下的插入与删除运算；掌握线性表的链式存储结构;掌握插入排序的方法;并掌握一种产生随机数的方法。 2.实验内容 1．产生１000个0至999间的随机整数，并以产生的次序存入一个数据文件中。 2．编制一个程序,依次实现以下功能： （1)?定义一个有序(非递减）线性表,其最大容量为１0０0,初始时为空。 (2)?从由１产生的数据文件中依次取前N个随机整数，陆续插入到此线性表中，并要求在每次插入后保持线性表的有序性。最后将此有序线性表打印输出。 (３)?在由（2）产生的线性表中，依在1中产生的次序逐个将元素删除，直至表空为止。 3. 以N＝１0０及N＝400分别运行2的程序,并比较它们的运行时间。 ４. 编写一个程序，用插入排序依次将1中产生的１000个随机整数链接成有序链表(不改变原随机数在存储空间中的顺序）。 ３.源代码与运行结果 #incｌｕdｅ<ｓｔdｉo.h> #ｉnclude<ｓｔｄliｂ.h＞ ＃include /＊＊ 1_1 产生1000个０至９９９间的随机整数,并以产生的次序存入一个数据文件（1_1．tｘt)中。 **/ main() { ＦILE *fo＝fopｅn（"1_1.txｔ","w＂); int i,j; srand(（ｕnsiｇned）tiｍe（0)）; foｒ（i＝0;ｉ<=99９;i+＋）fprｉntｆ（ｆｏ,＂%d＼n"，rand()%10０0); fclｏｓｅ(fo); ｐriｎｔf("１00０个随机数已输出至目录下1＿1．tｘt文件\n＂);

数字信号处理(北航)实验二报告

数字信号处理实验二 信号的分析与处理综合实验 38152111 张艾一、实验目的 综合运用数字信号处理的理论知识进行信号的采样，重构，频谱分析和滤波器的设计，通过理论推导得出相应结论，再利用Matlab作为编程工具进行计算机实现，从而加深对所学知识的理解，建立概念。 二、基本要求 1．掌握数字信号处理的基本概念、基本理论和基本方法； 2．学会MATLAB的使用，掌握MATLAB的程序设计方法； 3．掌握用MATLAB设计简单实验验证采样定理的方法； 4．掌握在Windows环境下语音信号采集的方法； 5．学会用MATLAB对信号进行频谱分析； 6．掌握MATLAB设计FIR和IIR数字滤波器的方法； 三、实验内容 1．利用简单正弦信号设计实验验证采样定理： （1）Matlab产生离散信号的方法，作图的方法，以及基本运算操作 （2）对连续正弦信号以不同的采样频率作采样 （3）对采样前后信号进行傅立叶变换，并画频谱图 （4）分析采样前后频谱的有变化，验证采样定理。

掌握画频谱图的方法，深刻理解采样频率，信号频率，采样点数，频率分辨率等概念2．真实语音信号的采样重构：录制一段自己的语音信号，并对录制的信号进行采样；画出采样前后语音信号的时域波形和频谱图；对降采样后的信号进行插值重构，滤波，恢复原信号。 （1）语音信号的采集 （2）降采样的实现（改变了信号的采样率） （3）以不同采样率采样后，语音信号的频谱分析 （4）采样前后声音的变化 （5）对降采样后的信号进行插值重构，滤波，恢复原信号 3．带噪声语音信号的频谱分析 （1）设计一频率已知的噪声信号，与实验2中原始语音信号相加，构造带噪声信号（2）画出原始语音信号和加噪声后信号，以及它们的频谱图 （3）利用频谱图分析噪声信号和原语音信号的不同特性 4．对带噪声语音信号滤波去噪：给定滤波器性能指标，采样窗函数法或双线性变换设计滤波器，并画出滤波器的频率响应；然后用自己设计的滤波器对采样的语音信号进行滤波，画出滤波后信号的时域波形和频谱，并对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化； 回放语音信号； （1）分析带噪声信号频谱，找出噪声所在的频率段 （2）利用matlab中已有的滤波器滤波 （3）根据语音信号特点，自己设计滤波器滤波 （4）比较各种滤波器性能（至少四种），选择一种合适的滤波器将噪声信号滤除 （5）回放语音信号，比较滤波前后声音的变化

电气工程专业考研专业课初试科目及复试内容汇总

《电气工程专业考研专业课初试科目及复试内容汇总》 自动化专业的考研方向 自动化专业方向很广，考的时候还分双控，模式，电力电机等等方面，你可以参看学校是否在这个方面有无国家重点实验室，是不是国家重点学科来比较。 1. 清华， 2.中科院， 3.上海交大， 4.浙大，5华工，北航，东南，东北大学，西安交大，哈 尔滨工业大学，中国科技大学，华北电力，天津大学，东南大学，华中科技，武汉大学天津大学自动化 一般说来，初试的分数是最重要的，特别是考外校。当然，你的动手能力也是很重要的，还有你的英语口语，考研复试都是要考虑的。例如上海交大的复试，双控353的复试线，有380的被刷下来，就是英语口语已经专业课不是很扎实的。考外校的话依据学校而定是否要找导师 动手能力强，参加电子设计大赛都是作为你考研复试的参考，还是好好的准备初试的考试吧，毕竟它是个门槛。 【电气工程及其自动化】 北京工业大学 421自动控制原理 复试：1、电子技术2、计算机原理 北京航空航天大学 [双控] 432控制理论综合或433控制工程综合 [检测] 433控制工程综合或436检测技术综合 [系统] 431自动控制原理或451材料力学或841概率与数理统计 [模式] （自动化学院）433控制工程综合或436检测技术综合、（宇航学院）423信息类专业综合或431自动控制原理或461计算机专业综合 [导航] （自动化学院）432控制理论综合或433控制工程综合、（宇航学院）431自动控制原理 复试：无笔试。1) 外语口语与听力考核；2) 专业基础理论与知识考核；3) 大学阶段学习成绩、科研活动以及工作业绩考核；4) 综合素质与能力考核 北京化工大学 440电路原理 复试：综合1(含自动控制原理和过程控制系统及工程)、综合2(含自动检测技术装置和传感器原理及应用)、综合3(含信号与系统和数字信号处理) 注：数学可选择301数学一或666数学（单） 北京交通大学 [双控/检测]404控制理论 [模式]405通信系统原理或409数字信号处理 复试： [电子信息工程学院双控]常微分方程 [机械与电子控制工程学院检测]综合复试（单片机、自动控制原理） [计算机与信息技术学院模式] 信号与系统或操作系统

北航自动控制原理实验报告(完整版)

自动控制原理实验报告 一、实验名称：一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 二、实验目的 1、了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系 2、学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法 3、学习阶跃响应的测试方法 三、实验内容 1、建立一阶系统的电子模型，观测并记录在不同时间常数T时的响应曲线，测定过渡过程时间T s 2、建立二阶系统电子模型，观测并记录不同阻尼比的响应曲线，并测定超调量及过渡过程时间T s 四、实验原理及实验数据 一阶系统 系统传递函数： 由电路图可得，取则K=1，T分别取：0.25, 0.5, 1 T 0.25 0.50 1.00 R2 0.25MΩ0.5M Ω1MΩ C 1μ1μ1μ T S 实测0.7930 1.5160 3.1050 T S 理论0.7473 1.4962 2.9927 阶跃响应曲线图1.1 图1.2 图1.3 误差计算与分析 （1）当T=0.25时，误差==6.12%； （2）当T=0.5时，误差==1.32%； （3）当T=1时，误差==3.58% 误差分析：由于T决定响应参数，而,在实验中R、C的取值上可能存在一定误差，另外，导线的连接上也存在一些误差以及干扰，使实验结果与理论值之间存在一定误差。但是本实验误差在较小范围内，响应曲线也反映了预期要求，所以本实验基本得到了预期结果。 实验结果说明 由本实验结果可看出，一阶系统阶跃响应是单调上升的指数曲线，特征有T确定，T越小，过度过程进行得越快，系统的快速性越好。 二阶系统 图1.1 图1.2 图1.3

系统传递函数： 令 二阶系统模拟线路 0.25 0.50 1.00 R4 210.5 C2 111 实测45.8% 16.9% 0.6% 理论44.5% 16.3% 0% T S实测13.9860 5.4895 4.8480 T S理论14.0065 5.3066 4.8243 阶跃响应曲线图2.1 图2.2 图2.3 注：T s理论根据matlab命令[os,ts,tr]=stepspecs(time,output,output(end),5)得出，否则误差较大。 误差计算及分析 1）当ξ=0.25时，超调量的相对误差= 调节时间的相对误差= 2）当ξ=0.5时，超调量的相对误差==3.7% 调节时间的相对误差==3.4% 4）当ξ=1时，超调量的绝对误差= 调节时间的相对误差==3.46% 误差分析：由于本试验中，用的参量比较多，有R1,R2,R3,R4;C1,C2;在它们的取值的实际调节中不免出现一些误差，误差再累加，导致最终结果出现了比较大的误差，另外，此实验用的导线要多一点，干扰和导线的传到误差也给实验结果造成了一定误差。但是在观察响应曲线方面，这些误差并不影响，这些曲线仍旧体现了它们本身应具有的特点，通过比较它们完全能够了解阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系，不影响预期的效果。 实验结果说明 由本实验可以看出，当ωn一定时，超调量随着ξ的增加而减小，直到ξ达到某个值时没有了超调；而调节时间随ξ的增大，先减小，直到ξ达到某个值后又增大了。 经理论计算可知，当ξ=0.707时，调节时间最短，而此时的超调量也小于5%，此时的ξ为最佳阻尼比。此实验的ξ分布在0.707两侧，体现了超调量和调节时间随ξ的变化而变化的过程，达到了预期的效果。 图2.2 图2.1 图2.3

北航自动控制原理实验报告- 一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试

成绩 北京航空航天大学 自动控制原理实验报告 学院机械工程及自动化学院 专业方向机械工程及自动化 班级 学号 学生姓名刘帆 自动控制与测试教学实验中心

实验一 一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 实验时间2014年11月15日 实验编号 同组同学 一、实验目的 1、 了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。 2、 学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。 3、 学习阶跃响应的测试方法。 二、实验内容 1、 建立一阶系统的电子模型,观测并记录在不同时间常数T 时的跃响应曲线,并测定其过渡过程时间T s 。 2、 建立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比ζ时的跃响应曲线,并测定其超调量σ%及过渡过程时间T s 。 三、实验原理 1、一阶系统阶跃响应性能指标的测试 系统的传递函数为:()s ()1 C s K R s Ts φ=+（）= 模拟运算电路如下图 : 其中2 1 R K R = ,2T R C =;在实验中，始终保持21,R R =即1K =，通过调节2R 和C 的不同取值，使得T 的值分别为0.2,0.51,1.0。记录实验数据，测量过度过程的性能指标，其中取正负5%误差带，按照经验公式取3s t T =

2、二阶系统阶跃响应性能指标的测试 系 统 传递函数为： 令ωn=1弧度/秒，则系统结构如下图： 二阶系统的 模拟电路图如下： 在实验过程中，取22321,1R C R C ==，则 442312R R C R ζ==，即42 12R C ζ=；在实验当中取123121,1R R R M C C F μ===Ω==，通过调整4R 取不同的值，使得ζ分别为0.25,0.5,0.707,1；记录所测得的实验数据以及其性能指标，取正负5%误差 带，其中当ζ<1时经验公式为2 1 3.5 %100%,s n e t ζσζω- -=?= ，当ζ=1时经验公式 为n 4.75 ts ω= 四、试验设备： 1、HHMN-1型电子模拟机一台。 2、PC 机一台。 3、数字万用表一块。 4、导线若干。

北航数字图象处理实验报告

数字图像处理实验报告 实验二图像变换实验 1．实验目的 学会对图像进行傅立叶等变换，在频谱上对图像进行分析，增进对图像频域上的感性认识，并用图像变换进行压缩。 2．实验内容 对Lena或cameraman图像进行傅立叶、离散余弦、哈达玛变换。在频域，对比他们的变换后系数矩阵的频谱情况，进一步，通过逆变换观察不同变换下的图像重建质量情况。 3. 实验要求 实验采用获取的图像，为灰度图像，该图像每象素由8比特表示。具体要求如下： （1）输入图像采用实验1所获取的图像（Lena、Cameraman）； （2）对图像进行傅立叶变换、获得变换后的系数矩阵； （3）将傅立叶变换后系数矩阵的频谱用图像输出，观察频谱； （4）通过设定门限，将系数矩阵中95%的（小值）系数置为0，对图像进行反变换，获得逆变换后图像； （5）观察逆变换后图像质量，并比较原始图像与逆变后的峰值信噪比（PSNR）。 （6）对输入图像进行离散余弦、哈达玛变换，重复步骤1-5； （7）比较三种变换的频谱情况、以及逆变换后图像的质量（PSNR）。 4. 实验结果 1. DFT的源程序及结果 J=imread('10021033.bmp'); P=fft2(J); for i=0:size(P,1)-1 for j=1:size(P,2) G(i*size(P,2)+j)=P(i+1,j); end end Q=sort(G); for i=1:size(Q,2) if (i=size(Q,2)*0.95) t=Q(i); end end G(abs(G)

数字信号处理实验及参考程序

数字信号处理实验实验一离散时间信号与系统及MA TLAB实现 1.单位冲激信号： n = -5:5; x = (n==0); subplot(122); stem(n, x); 2.单位阶跃信号： x=zeros(1,11); n0=0; n1=-5; n2=5; n = n1:n2; x(:,n+6) = ((n-n0)>=0); stem(n,x); 3.正弦序列： n = 0:1/3200:1/100; x=3*sin(200*pi*n+1.2); stem(n,x); 4.指数序列 n = 0:1/2:10; x1= 3*(0.7.^n); x2=3*exp((0.7+j*314)*n); subplot(221); stem(n,x1); subplot(222); stem(n,x2); 5.信号延迟 n=0:20; Y1=sin(100*n); Y2=sin(100*(n-3)); subplot(221); stem(n,Y1); subplot(222); stem(n,Y2);

6.信号相加 X1=[2 0.5 0.9 1 0 0 0 0]; X2=[0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7]; X=X1+X2; stem(X); 7.信号翻转 X1=[2 0.5 0.9 1]; n=1:4; X2=X1(5-n); subplot(221); stem(n,X1); subplot(222); stem(n,X2); 8.用MATLAB计算序列{-2 0 1 –1 3}和序列{1 2 0 -1}的离散卷积。a=[-2 0 1 -1 3]; b=[1 2 0 -1]; c=conv(a,b); M=length(c)-1; n=0:1:M; stem(n,c); xlabel('n'); ylabel('幅度'); 9．用MA TLAB计算差分方程 当输入序列为时的输出结果。 N=41; a=[0.8 -0.44 0.36 0.22]; b=[1 0.7 -0.45 -0.6]; x=[1 zeros(1,N-1)]; k=0:1:N-1; y=filter(a,b,x); stem(k,y) xlabel('n'); ylabel('幅度') 10.冲激响应impz N=64; a=[0.8 -0.44 0.36 0.22];

FPGA实验报告北航电气技术实验

FPGA电气技术实践 实验报告 院（系）名称宇航学院 专业名称飞行器设计与工程（航天）学生学号XXXXXXXX 学生姓名XXXXXX 指导教师XXXX 2017年11月XX日

实验一四位二进制加法计数器与一位半加器的设计实验时间：2017.11.08（周三）晚实验编号20 一、实验目的 1、熟悉QuartusII的VHDL的文本编程及图形编程流程全过程。 2、掌握简单逻辑电路的设计方法与功能仿真技巧。 3、学习并掌握VHDL语言、语法规则。 4、参照指导书实例实现四位二进制加法计数器及一位半加器的设计。 二、实验原理 .略 三、实验设备 1可编程逻辑实验箱EP3C55F484C8 一台（包含若干LED指示灯，拨码开关等）2计算机及开发软件QuartusII 一台套 四、调试步骤 1四位二进制加法计数器 (1)参照指导书实例1进行工程建立与命名。 (2)VHDL源文件编辑 由于实验箱上LED指示灯的显示性质为“高电平灭，低电平亮”，为实现预期显示效果应将原参考程序改写为减法器，且”q1<= q1+1”对应改为”q1<= q1-1”，以实现每输入一个脉冲“亮为1，灭为0”。 由于参考程序中的rst清零输入作用并未实现，所以应将程序主体部分的最外部嵌套关于rst输入是否为1的判断，且当rst为1时，给四位指示灯置数”1111”实现全灭，当rst为0时，运行原计数部分。 (3)参照指导书进行波形仿真与管脚绑定等操作，链接实验箱并生成下载文件 (4)将文件下载至实验箱运行，观察计数器工作现象，调试拨动开关查看是否清零。 可以通过改变与PIN_P20（工程中绑定为clk输入的I/O接口）相连导线的另一端所选择的实验箱频率时钟的输出口位置，改变LED灯显示变化频率。 并且对照指导书上对实验箱自带时钟频率的介绍，可以通过改变导线接口转换输入快慢，排查由于clk输入管脚损坏而可能引起的故障。

北航电涡流传感器实验报告

电涡流传感器实验报告 38030414蔡达 一、实验目的 1.了解电涡流传感器原理; 2.了解不同被测材料对电涡流传感器的影响。 二、实验仪器 电涡流传感器实验模块，示波器:DS5062CE，微机电源:WD990型，士12V，万用表:VC9804A型，电源连接电缆，螺旋测微仪 三、实验原理 电涡流传感器由平面线圈和金属涡流片组成，当线圈中通以高频交变电流后，在与其平行的金属片上会感应产生电涡流，电涡流的大小影响线圈的阻抗Z，而涡流的大小与金属涡流片的电阻率、导磁率、厚度、温度以及与线圈的距离X有关，当平面线圈、被测体(涡流片)、激励源确定，并保持环境温度不变，阻抗Z只与距离X有关，将阻抗变化转为电压信号V输出，则输出电压是距离X的单值函数。

四． 实验数据及处理 1.铁片 0.5 1 1.52 2.5 3 3.5 电涡流传感器电压位移曲线—铁片 电压/V 位移/mm

0.5 1 1.5 2 2.53 3.5 电涡流传感器电压位移拟合曲线—铁片 电压/V 位移/mm 其线性工作区为0.6——3.4，对该段利用polyfit 进行函数拟合，可得V=-1.0488X-1.2465 2.铜片

电涡流传感器电压位移曲线—铜片 电压/V 位移/mm 2.2 2.4 2.6 2.83 3.2 3.4 3.6 -6-5.95-5.9-5.85 -5.8-5.75-5.7 -5.65-5.6-5.55-5.5电涡流传感器电压位移拟合曲线—铜片 电压/V 位移/mm 其线性工作区为2.4——3.4，对该段利用polyfit 进行函数拟合，可得V= -0.4500X -4.4667

自动控制原理实验报告

自动控制原理 实验报告

实验一一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 实验目的 1.了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。 2.学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。 3.学习阶跃响应的测试方法。 二、实验内容 1.立一阶系统的电子模型,观测并记录在不同时间常数T时的跃响应曲线, 并测定其过渡过程时间TS。 2.立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比ζ时的跃响应曲线, 并测定其超调量σ%及过渡过程时间TS。 三、实验原理 1．一阶系统： 系统传递函数为：错误！未找到引用源。 模拟运算电路如图1-1所示： 图1-1 由图得： 在实验当中始终取错误！未找到引用源。, 则错误！未找到引用源。, 错误！未找到引用源。 取不同的时间常数T分别为： 0.25、 0.5、1。 记录不同时间常数下阶跃响应曲线，测量纪录其过渡过程时 ts。（取错误！ 未找到引用源。误差带） 2．二阶系统: 其传递函数为： 错误！未找到引用源。 令错误！未找到引用源。，则系统结构如图1-２所示：

图1-2 根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-３所示： 图1-3 取错误！未找到引用源。，错误！未找到引用源。，则错误！未找到引用源。及错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。取不同的值错误！未找到引用源。 , 错误！未找到引用源。, ,观察并记录阶跃响应曲线，测量超调量σ%（取错误！未找到引用源。误差带）,计算过渡过程时间Ts。 四、实验设备 1.HHMN-1型电子模拟机一台。 2.PC 机一台。 3.数字式万用表一块。 4.导线若干。 五、实验步骤 1.熟悉HHMN-1型电子模拟机的使用方法，将各运算放大器接成比例器，通电调零。 2.断开电源，按照实验说明书上的条件和要求，计算电阻和电容的取值，按照模拟线路图搭接线路，不用的运算放大器接成比例器。 3.将D/A1与系统输入端Ui连接，将A/D1与系统输出端UO连接（此处连接必须谨慎，不可接错）。线路接好后，经教师检查后再通电。 4.在Windows XP桌面用鼠标双击MATLAB图标后进入，在命令行处键入autolab 进入实验软件系统。 5.在系统菜单中选择实验项目，选择实验一，在窗口左侧选择实验模型，其它步骤察看概述3.2节内容。 6.观测实验结果，记录实验数据，绘制实验结果图形，填写实验数据表格，完成实验报告。 7.研究性实验方法。实验者可自行确定典型环节传递函数，并建立系统的SIMULINK模型，验证自动控制理论相关的理论知识。实现步骤可察看概述3.3节内容。

北航17系光电子实验报告实验5讲解

光电子技术实验报告

实验五光电池特性实验 一．实验目的： 1．学习掌握硅光电池的工作原理。 2．学习掌握硅光电池的基本特性。 3．掌握硅光电池基本特性测试方法。 二．实验原理： 光电池是一种不需要加偏置电压就能把光能直接转换成电能的ＰＮ结光电器件，按光电池的功用可将其分为两大类：即太阳能光电池和测量光电池，本仪器用的是测量用的硅光电池，其主要功能是作为光电探测，即在不加偏置的情况下将光信号转换成电信号。 图（20）图（21）如图（20）所示为2DR型硅光电池的结构，它是以P型硅为衬底（即在本征型硅材料中掺入三价元素硼或镓等），然后在衬底上扩散磷而形成N型层并将其作为受光面。如图（21）所示当光作用于PN结时，耗尽区内的光生电子与空穴在内建电场力的作用下分别向N区和P区运动，在闭合电路中将产生输出电流IL,且负载电阻RL上产生电压降为U。显然，PN结获得的偏置电压U与光电池输出电流IL与负载电阻RL有关，即U=IL?RL，当以输出电流的IL为电流和电压的正方向时，可以得到如图（22）所示的伏安特性曲线。

图（22）图（23）光电池在不同的光强照射下可以产生不同的光电流和光生电动势，硅光电池的光照特性曲线如图（23）所示，短路电流在很大范围内与光强成线性关系，开路电压随光强变化是非线性的，并且当照度在2000lx时就趋于饱和，因此，把光电池作为测量元件时，应把它当作电流源来使用，不宜用作电压源。 硒光电池和硅光电池的光谱特性曲线如图（25）所示，不同的光电池其光谱峰值的位置不同，硅光电池的在800nm附近，硒光电池的在540nm附近，硅光电池的光谱范围很广，在450～1100nm之间，硒光电池的光谱范围为340～750nm。 图（24）图（25）光电池的温度特性主要描述光电池的开路电压和短路电流随温度变化的情况，由于它关系到应用光电池设备的温度漂移，影响到测量精度或控制精度等主要指标，光电池的温度特性如图（24）所示。开路电压随温度升高而下降的速度较快，而短路电流随温度升高而缓慢增加，因此，当使用光电池作为测量元件时，在系统设计中应考虑到温度的漂移，并采取相应的措施进行补偿。 三．实验所需部件： 两种光电池、各类光源、实验选配单元、数字电压表(4 1/2位)自备、微安表（毫安表）、激光器、照度计（用户选配）。

北航verilog实验报告(全)

目录 实验一 (2) 实验二 (8) 实验三 (14) 实验四 (27)

实验一 实验目的：熟悉硬件开发流程，掌握Modelsim设计与仿真环境，学会简单组合逻辑电路、简单时序逻辑电路设计，不要求掌握综合和综合后仿真。 实验内容：必做实验：练习一、简单的组合逻辑设计 练习二、简单分频时序逻辑电路的设计 选做实验：选做一、练习一的练习题 选做二、7段数码管译码电路 练习一、简单的组合逻辑设计 描述一个可综合的数据比较器，比较数据a 、b的大小，若相同，则给出结果1，否则给出结果0。 实验代码： 模块源代码： module compare(equal,a,b); input a,b; output equal; assign equal=(a==b)?1:0; endmodule 测试模块源代码： `timescale 1ns/1ns `include "./compare.v" module t; reg a,b; wire equal; initial begin a=0; b=0; #100 a=0;b=1; #100 a=1;b=1; #100 a=1;b=0; #100 a=0;b=0; #100 $stop; end compare m(.equal(equal),.a(a),.b(b)); endmodule 实验波形

练习二、简单分频时序逻辑电路的设计 用always块和@(posedge clk)或@(negedge clk)的结构表述一个1/2分频器的可综合模型，观察时序仿真结果。 实验代码： 模块源代码： module halfclk(reset,clkin,clkout); input clkin,reset; output clkout; reg clkout; always@(posedge clkin) begin if(!reset) clkout=0; else clkout=~clkout; end endmodule 测试模块源代码： `timescale 1ns/100ps `define clkcycle 50 module tt; reg clkin,reset; wire clkout; always#`clkcycle clkin=~clkin; initial begin clkin=0; reset=1; #10 reset=0; #110 reset=1; #100000 $stop; end halfclk m0(.reset(reset),.clkin(clkin),.clkout(clkout)); endmodule

北航自动控制原理实验报告1-4合集

自动控制原理 实验报告 实验一二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试实验二频率响应测试 实验三控制系统串联校正 实验四控制系统数字仿真 姓名： 学号：单位：仪器科学与光电工程学院 日期：2013年12月27日

实验一二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 一、实验目的 1. 了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。 2. 学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。 3. 学习阶跃响应的测试方法。 二、实验内容 1. 建立一阶系统的电子模型,观测并记录在不同时间常数T时的跃响应曲线,并测定其过渡过程时间TS。 2. 建立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比ζ时的跃响应曲线,并测定其超调量σ%及过渡过程时间TS。 三、实验原理 1．一阶系统：系统传递函数为： 模拟运算电路如图1- 1所示： 图 1- 1 由图 1-1得 在实验当中始终取R2= R1，则K=1，T= R2C取不同的时间常数T分别为：、、1 2．二阶系统: 其传递函数为： 令=1弧度/秒，则系统结构如图1-2所示： 图1-2 根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-3所示：

图1-3 取R2C1=1 ，R3C2 =1，则及 ζ取不同的值ζ= , ζ= , ζ=1 四、实验步骤 1. 确定已断开电子模拟机的电源，按照实验说明书的条件和要求，根据计算的电阻电容值，搭接模拟线路； 2. 将系统输入端与D/A1相连，将系统输出端与A/D1相； 3. 检查线路正确后，模拟机可通电； 4. 双击桌面的“自控原理实验”图标后进入实验软件系统。 5. 在系统菜单中选择“项目”——“典型环节实验”；在弹出的对话框中阶跃信号幅值选1伏，单击按钮“硬件参数设置”，弹出“典型环节参数设置”对话框，采用默认值即可。 6. 单击“确定”，进行实验。完成后检查实验结果，填表记录实验数据，抓图记录实验曲线。 五、实验设备 HHMN-1电子模拟机一台、PC机一台、数字式万用表一块 六、实验数据 T1 R2250K500K1M C1μF1μF1μF Ts理论 Ts实测 Ts误差%%% 响应图形图1图2图3

北航eda实验报告

2014-2015-2-G02A3050-1 电子电路设计训练（数字EDA部分） 实验报告 （2015年5月19日） 教学班学号姓名组长签名成绩120311王天然* 120311马璇 120312唐玥 自动化科学与电气工程学院

目录 （ 2015年5月19日）.........................................错误!未定义书签。目录 .........................................................错误!未定义书签。实验一、简单组合逻辑和简单时序逻辑............................错误!未定义书签。 简单的组合逻辑设计..................................错误!未定义书签。 实验目的和内容：..................................错误!未定义书签。 实验源代码：......................................错误!未定义书签。 测试模块源代码：..................................错误!未定义书签。 简单分频时序逻辑电路的设计...........................错误!未定义书签。 实验目的和内容：..................................错误!未定义书签。 实验源代码：......................................错误!未定义书签。 实验测试源代码：..................................错误!未定义书签。 （选作）设计一个字节（8位）比较器....................错误!未定义书签。 实验内容：........................................错误!未定义书签。 实验代码：........................................错误!未定义书签。 实验测试源代码：..................................错误!未定义书签。 实验小结.............................................错误!未定义书签。实验二、条件语句和always过程块...............................错误!未定义书签。 实验任务1——利用条件语句实现计数分频时序电路.......错误!未定义书签。 实验要求.........................................错误!未定义书签。 模块的核心逻辑设计...............................错误!未定义书签。 测试程序的核心逻辑设计...........................错误!未定义书签。 仿真实验关键结果及其解释.........................错误!未定义书签。 实验任务2——用always块实现较复杂的组合逻辑电路....错误!未定义书签。

北航惯性导航综合实验一实验报告

实 验一 陀螺仪关键参数测试与分析实验 加速度计关键参数测试与分析实验 二零一三年五月十二日 实验一陀螺仪关键参数测试与分析实验 一、实验目得 通过在速率转台上得测试实验,增强动手能力与对惯性测试设备得感性认识；通过对陀螺仪测试数据得分析,对陀螺漂移等参数得物理意义有清晰得认识,同时为在实际工程中应用陀螺仪与对陀螺仪进行误差建模与补偿奠定基础。 二、实验内容 利用单轴速率转台,进行陀螺仪标度因数测试、零偏测试、零偏重复性测试、零漂测试实验与陀螺仪标度因数与零偏建模、误差补偿实验。 三、实验系统组成 单轴速率转台、MEMS 陀螺仪(或光纤陀螺仪)、稳压电源、数据采集系统与分析系统。

四、实验原理 1.陀螺仪原理 陀螺仪就是角速率传感器,用来测量载体相对惯性空间得角速度，通常输出与角速率对应得电压信号。也有得陀螺输出频率信号(如激光陀螺）与数字信号（把模拟电压数字化)。以电压表示得陀螺输出信号可表示为: (1-1）式中就是与比力有关得陀螺输出误差项，反映了陀螺输出受比力得影响,本实验不考虑此项误差。因此，式（１－１）简化为 (１-2）由（１－2）式得陀螺输出值所对应得角速度测量值: (1－3) 对于数字输出得陀螺仪,传感器内部已经利用标度因数对陀螺仪模拟输出进行了量化,直接输出角速度值,即： （１－4）就是就是陀螺仪得零偏，物理意义就是输入角速度为零时，陀螺仪输出值所对应得角速度。且 (１-5) 精度受陀螺仪标度因数、随机漂移、陀螺输出信号得检测精度与得影响。通常与表现为有规律性,可通过建模与补偿方法消除,表现为随机特性,可通过信号滤波方法抵制。因此，准确标定与就是实现角速度准确测量得基础。 五、陀螺仪测试实验步骤 1)标度因数与零偏测试实验 ａ、接通电源，预热一定时间; b、陀螺工作稳定后，测量静止情况下陀螺输出并保存数据;