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信号与线性系统分析教学指导书信号与线性系统分析教学指导书为了适应高等教育的改革和需要，并结合我校信号与线性系统分析课程建设情况，特制订本教学大纲。
本大纲适用于我校“信号与线性系统分析”课程的教学，也可供其他院校同类专业使用。
第一部分信号与线性系统分析基础第一章信号与线性系统基础知识1、教学目的(1)掌握信号与系统中的一些概念，了解系统模型的意义。
(2)熟悉连续系统时域、变换域分析的基本概念，会用求解系统模型的时域或变换域方法分析系统特性。
(3)了解随机信号分析的基本概念，理解随机信号的概率密度、功率谱密度及其几何意义。
(4)理解系统函数的定义、性质和重要性质。
(5)理解线性时不变系统的频率特性和能控性质；了解非线性时不变系统的相位特性、能观性和能控性质。
2、教学基本要求(1)掌握信号与系统分析的基本概念、基本分析方法。
(2)熟练掌握信号的分解及其几种运算法则。
(3)掌握信号的卷积和傅里叶变换的基本性质，并能利用它们分析系统的时域响应和频域响应。
(4)理解信号通过系统时延变换及信号通过系统的带宽变换。
(5)掌握系统函数及其性质、重要性质和各种典型系统的系统函数。
(6)掌握系统分析的各种基本方法，如信号流图的画法、时域系统分析的步骤、频域系统分析的步骤、系统函数的单值化方法、系统模型的分解和抽象等。
(7)掌握频域响应与系统响应的时域卷积定理及其应用。
(8)理解信号流图、时域卷积、频域卷积和时域系统分析之间的关系。
(9)了解傅里叶变换的定义和逆变换，并会将它们应用到系统分析中去。
3、课程教学内容与学时分配表课程总学时学时课程名称授课对象总学时分配讲授课程2*2*2*2*2第一章信号与线性系统基础1 2信号与系统分析3第二章离散时间信号与系统分析2 2离散时间信号与系统分析6第三章连续时间信号与系统分析2 2连续时间信号与系统分析62、教学内容(1)绪论。
(2)信号与系统分析的基本概念、基本方法。
(3)连续时间信号与系统分析。
《信号与线性系统》实验指导书东华大学信息学院通信与电子信息工程系实验要求及说明一、实验报告内容实验报告包括原理分析、源程序、执行结果分析及实验总结，其中原理分析和实验总结需要手写,其他可打印。
二、实验成绩实验成绩包括出勤（10％）、实验表现（10％）、编程（30％）和实验报告（50％）几部分。
三、其他说明缺席3次及以上取消考试成绩。
目录实验一连续信号的时域分析 1 实验二连续时间系统的时域分析 3 实验三连续信号的频域分析 9 实验四连续系统的频域分析 12 实验五信号采样与重建 15 实验六离散时间信号和系统分析 17 附录 MATLAB主要命令函数表 20实验一连续信号的时域分析一、实验目的1、熟悉MATLAB软件。
2、掌握常用连续信号与离散信号的MA TLAB表示方法。
二、实验设备安装有matlab6.5以上版本的PC机一台。
三、MATLAB使用说明1、在MATLAB可视化绘图中，对于以t为自变量的连续信号，在绘图时统一用plot函数。
例题：绘出t从-10到10的sin(t)的波形。
t=-10:0.05:10;f=sin(t);plot(t,f);title('f(t)=sin(t)');xlabel('t') ;axis([-10,10,-1,1])grid on可得图1所示图形。
图12、此外也可以利用MATLAB的ezplot函数对连续信号画图。
例题：绘出t从-10到10的sin(t)的波形。
clcclear allclose allsyms tf=sin(t)ezplot(f, [-10 10]);xlabel('t');title ('f(t)=sin(t)') ;grid on图2四、实验内容1、用MATLAB表示连续信号：tAeα，cos()A tωϕ+，0sin()A tωϕ+。
2、用MATLAB表示抽样信号(sinc(t))、矩形脉冲信号(rectpuls(t, width))及三角脉冲信号(tripuls(t, width, skew))。
信号与系统实验指导手册沈阳工业大学信息科学与工程学院2005年10月前言“信号与系统”是电子工程、通信工程、信息工程、微电子技术、自动化、计算机等电类相关专业的一门重要的专业基础课，为国内、外各高等院校相关专业的主要课程。
由于本课程的理论性、系统性较强，为使抽象的概念和理论形象化、具体化，使学生能够比较深入的理解《信号与系统》课程的基本理论和分析方法，并提高学生分析问题和解决问题的能力。
为此，开设了基于本课程的实验。
《信号与系统》实验指导手册，将《信号与系统》课程的理论知识与“信号与系统”的实验系统设备结合，从内容上对教材起到了一定的补充作用，为学生具体实验进行了指导。
鉴于时间仓促，可能会存在一些不足与错误之处，欢迎大家批评指正，使之完善。
编者2005年10月目录实验一系统的特性测试 (1)实验二信号的采样与恢复 (8)实验三模拟滤波器分析 (14)实验四模拟滤波器的设计 (26)实验一系统的特性测试一、实验目的1、学会利用运算单元，搭建一些简单的实验系统。
2、学会测试系统的频率响应的方法。
3、了解二阶系统的阶跃响应特性。
4、学会对其零状态响应和零输入响应进行分析。
二、实验内容1、根据要求搭建一阶、二阶实验系统。
2、测试一阶、二阶系统的频响特性和阶跃响应。
三、预备知识学习使用波特图测试系统频响的方法。
四、实验仪器1、信号与系统实验箱一台（主板）。
2、线性系统综合设计性模块一块。
3、20MHz双踪示波器一台。
五、实验原理1、基本运算单元（1）比例放大1）反相数乘器由：2211R U R U -= 则有：1122R U R U = 2）同相数乘器 由：54443R R U R U +=则有：()45434R R R U U += （2） 积分微分器1）积分器：由：21211//1R SC U R U -= 则有：()1212121C SR R R U U +-= 2）微分器 由：14131R USC U -= 则有：S C R U U 1134-= （3） 加法器1）反相加法器有：⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-=211032R U R U R U2）同相加法器由：()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=+-+87576434433111R R U R U U R R R R U R U 令643*////R R R R = 则有：()⎪⎪⎭⎫⎝⎛++=4433787*5R U R U R R R R U 2、N 阶系统()()()()()()()()t e E t e dt dE t e dtd E te dt d E t r C t r dt dC t r dtd C t r dt d C m m m m m m n n n n n n ++∧++=++∧++------1111011110根据零状态响应（起始状态为零） ，则对其进行拉氏变换有：()()()()()()()()S e E S Se E S e S E S e S E S r C S Sr C S r S C S r S C m m m m n n n n ++∧++=++∧++----11101110则其传递函数表达式为：()()()nn n n mm m m C S C S C S C E S E S E S E S e S r S H ++∧++++∧++==----111011103、作为一阶系统，一般表达式为：()1010C S C E S E S H ++=一阶系统是构成复杂系统的基本单元，学习一阶的特点有助于对一般系统特性的了解。
信号与系统分析实验报告姓名：准考证号：前言信号与系统是一门理论与实践紧密联系的课程，做适当的练习题和上机实验有助于深入理解和巩固验证基本理论知识。
特别是通过上机实验可以锻炼同学们用计算机和MATLAB语言及其工具箱函数的仿真能力。
本实验指导书结合信号与系统的基本理论和基本内容设计了三个上机实验，每个实验对应一个主题内容。
每个实验中，均给出了实验方法和步骤，还有完整的MATLAB程序和运行结果，但应注意，上机实验时，应当尽力独立进行编写程序上机，将结果和本指导书提供的运行结果进行比较分析，如果所得结果不对时，再对照参考程序找出错误，最后运行正确程序，得到正确结果，写出实验报告。
实际上，写实验报告才是最重要的环节，因为只有通过写实验报告，用所学理论来分析解释程序的运行结果，才能进一步验证、理解和巩固学到的理论知识，达到实验的目的。
实验一学习使用MATLAB实验项目名称：学习使用MATLAB实验项目性质：验证性实验实验计划学时：3一. 实验目的(1)学习使用MATLAB，为以后的信号与系统分析实验操作顺利进行打下基础。
二. 实验内容和要求(1)了解MATLAB 的基本程序设计原则，常量和变量的用法(2)掌握MATLAB中对矩阵进行输入、运算和比较的方法(3)了解循环语句的类型，并掌握循环语句的用法(4)熟悉M文件的作用，并掌握二维图形的绘制三. 实验主要仪器设备和材料计算机，MATLAB6.5或以上版本四. 实验方法、步骤及结果测试关于MATLAB它是由美国的Math Works 公司推出的一个科技应用软件，它的名字是由MATRIX(矩阵）和LABORA TORY（实验室）的前三个字母组合而成MATLAB是一种高性能的、用于工程计算的编程软件，它把科学计算、结果的可视化和编程都集中在一个使用方便的环境中优势在于能很容易求解复数数值问题，速度快且容易扩展创建新的命令和函数主要组成部分：（1）编程语言：以矩阵和数组为基本单位的编程语言（2）工作环境：包括一系列的应用工具，提供编程和调试程序的环境（3）图形处理：包括绘制二维、三维图形和创建图形用户界面（GUI）等（4）数学库函数：包含大量数学函数，也包括复杂功能（5）应用程序接口：提供接口程序，可使MATLAB与其他语言程序进行交互典型特点：（1）语言简洁紧凑，运算符十分丰富，使用方便灵活（2）既具有结构化的控制语言，又能面向对象编程（3）语法限制不严格，程序设计自由度大，可移植性好（4）具有强大的图形功能（5）包含功能强劲的工具箱（6）最重要、最受欢迎的特点是它的开放性数值计算和符号计算 建模和动态仿真下面介绍MATLAB 的界面、常用命令和使用方法菜单栏和工具栏：位于窗口顶部，用户可以通过它们来执行某些命令命令窗口：位于右边空白部分，用户的数据输入和结果运算，都在此窗口进行，是 Matlab 极为重要的部分，也是用户使用最频繁的部分工作台和工具箱：位于主窗口左上部分，双击工具箱或前面的”+”号，就能看到工具箱的各项功能工作空间：主窗口的中上部分，可看到 Matlab 的各个工作变量，新打开 Matlab 时，只能看到系统提供的默认输出变量ans历史命令：主窗口的左下部分，主要保存工作过的变量、表达式等，需要时，用户可以直接提取历史命令在命令窗口中使用当前工作目录：主窗口的中下部分，主要保存在当前工作路径下的图形文件和命令文件一、MATLAB 的基本程序设计原则（ 1 ）设置完整的路径，把当前的处理位置设为现在的目录 （ 2 ）参数值集中放在程序的开始部分，便于程序维护（ 3 ）若在每行程序的最后输入分号，则执行后结果不会显示在屏幕上； （ 4 ）符号“%”后面的内容、是程序的注解，不作为命令运行（ 5 ）程序尽量模块化，也就是采用主程序调用子程序的方法，将所用子程序和并在一起来执行全部的操作（ 6 ）注意变量的定义（ 7 ）留意各种命令的书写格式 二、常量和变量MATLAB 中使用的数据有常量和变量作用标量的实数常量，类似于 C 语言中的整形常量和实形常量，图1-1 MATLAB 窗口如：1, 2.5 , 0.0033 , 2 e-7 ，pi , 2+3 i 等变量以其名称在操作语句中第一次合法出现而定义，无需事先定义。
信号与系统实验指导书“信号与系统实验”是与“信号与系统”课程理论教学相配套而开设的计算机仿真实验课程，其目的在于实现在可视化的交互式实验环境中，以计算机为辅教学手段，以科技应用软件MATLAB 为实验平台，辅助学生完成“信号与系统”课程中的数值分析、可视化建模及仿真调试，同时将“信号与系统”课程教学中难点、重点及部分课后练习，通过计算机来进行可视化的设计、调试和分析，从而将学生从繁杂的手工运算中解脱出来，把更多的时间和精力用于对信号与系统基本分析方法和原理的理解和应用上，培养学生主动获取知识和独立解决问题的能力，为学习后继专业课打下坚实的基础。
实验教学基本要求：1、熟悉MATLAB 的运行环境及基本操作命令，根据实验要求，认真完成基本数值算法的设计、编程、上机调试，分析运行结果，书写实验报告。
2、掌握用MATLAB 对连续与离散信号进行可视化表示的方法，信号的时域运算、变换及MATLAB 实现方法，学会应用MATLAB 对常用信号进行时域特性分析及波形绘制。
3、掌握用MATLAB 对线性系统的时域特性进行分析的基本方法。
4、掌握利用MATLAB 对周期信号进行频谱分析的实现方法，重点掌握周期信号的频谱与信号周期及其时域宽度的变化规律。
5、掌握利用MATLAB 对连续信号进行频域特性分析的基本方法，重点掌握傅里叶变换的符号实现、傅里叶变换的数值近似、傅里叶变换性质以及信号频谱分析的MATLAB 实现方法。
6、掌握应用MATLA 进行连续系统频域分析的基本实现方法，重点掌握系统频率响应、幅频响应、相频响应曲线的绘制，系统的频率特性分析的MATLAB 实现方法。
7、掌握应用MATLAB 对连续系统进行复频域分析的基本方法，重点掌握拉普拉斯变换的三维可视化表现、连续系统的零极点图的绘制及拉普拉斯逆变换的MATLAB 实现方法。
实验一 MATLAB 程序入门和基础应用一、实验名称MATLAB 程序入门和基础应用二、实验目的1.学习Matlab仿真软件的基本使用方法；2.了解Matlab的数值计算，符号运算，可视化功能；3. Matlab程序设计入门三、实验原理MATLAB如今已经被广泛地应用于各个领域中，是当今世界上最优秀的数值计算软件。
信号与系统实验指导书目录第一部分信号与系统实验总体介绍 (1)第二部分实验设备介绍 (2)2.1信号与系统实验板的介绍 (2)2.2PC机端信号与系统实验软件介绍 (5)2.3实验系统快速入门 (6)第三部分信号与系统硬件实验 (8)实验项目一：线性时不变系统的脉冲响应 (8)实验项目二：连续周期信号的分解与合成 (12)实验项目三：连续系统的幅频特性 (17)实验项目四：连续信号的采样和恢复 (21)第四部分信号与系统软件实验 (28)实验项目五：表示信号与系统的MATLAB函数、工具箱 (28)实验项目六：离散系统的冲激响应、卷积和 (34)实验项目七：离散系统的转移函数，零、极点分布 (38)第一部分信号与系统实验总体介绍一、信号与系统实验的任务通过本课程的实验，应加深学生对信号与系统的分析方法的掌握和理解，切实增强学生理论联系实际的能力。
二、信号与系统实验简介本课程实验包含硬件、软件共七个实验项目，教师可以选择开出其中某些实验项目。
单套实验设备包括：硬件：信号系统与DSP实验箱、微型计算机（PC）；软件：PC机端实验软件SSP.exe、基于MATLAB的仿真实验软件。
三、信号与系统课程适用的专业通信、电子信息类等专业。
四、信号与系统实验涉及的核心知识点线性时不变系统的冲激响应、连续信号的分解及频谱、系统的频率响应特性、采样及恢复、表示信号与系统的MATLAB函数、工具箱、离散系统的冲激响应、卷积和、离散系统的转移函数，零、极点分布等。
五、信号与系统实验的重点与难点连续信号与系统时域、频域分析，离散系统的冲激响应、卷积和，离散系统的转移函数，零、极点分布等。
六、考核方式实验报告。
七、总学时本实验指导书的实验项目共需要14学时。
可供教师选择开出其中某些实验项目以适应不同的学时数要求。
八、教材名称及教材性质A.V.Oppenheim,A.S.Willsky,S.H.Nawab,Signals&Systems,Prentice-Hall,1999九、参考资料1.蒋绍敏，信号与系统实验，电子科技大学通信学院，2000年7月2.梁虹等，信号与系统分析及MA TLAB实现，电子工业出版社，2002年2月3.S.K.Mitra著，孙洪，于翔宇等译，数字信号处理试验指导书（MA TLAB版），电子工业出版社，2005年1月第二部分实验设备介绍信号与系统硬件实验的设备包括：信号与系统实验板、数字信号处理实验箱、PC机端信号与系统实验软件、＋5V电源和计算机串口连接线。
高等院校实验教材信号与系统实验系统聂伟编实验指导书V2.0 版计算机系统与通信实验中心前言为了适应21世纪教育发展形式，加强基础性教育、增强适应性训练、提高学生实际动手能力和综合素质，北京化工大学信息科学与技术学院推出“信号与系统”实验教学设备，通过该设备可以使学生全面理解和掌握“信号与系统”这门课的理论知识和实际工程实现，提高学生实验能力、分析综合能力和解决各种实际问题的能力，使学生成为“创造型、开发型、应用型”人才。
由于该课程核心的基本概念、基本理论和分析方法都非常重要，而且系统性、理论性很强，为此在学习本课程时，开设必要的实验，对学生加深理解深入掌握基本理论和分析方法，培养学生分析问题和解决问题的能力，以及使抽象的概念和理论形象化、具体化，对增强学习的兴趣有极大的好处，做好本课程的实验，是学好本课程的重要教学辅助环节。
为了全面适应不同层面学生的实践动手能力，我们开发了信号与系统实验箱，在该实验箱中除设置基本的实验外，还增加了实验箱与计算机接口部分，通过该接口可以将各种信号采集并送计算机，通过信号与系统实验软件完成仿真实验。
实验箱还提供CPLD实验模块，通过该模块可以完成离散数字信号处理实验。
目录前言 (2)实验箱整体布局图 (4)实验一低频信号产生实验 (5)实验二幅度与相移网络 (8)实验三信号的分解与合成 (11)实验四信号的抽样与恢复 (16)实验箱整体布局图实验一 低频信号产生实验一、 实验目的1、了解单片多功能集成电路函数信号发生器的功能及特点。
2、熟悉信号与系统实验箱信号产生和测试的方法。
3、学会使用示波器对常用波形参数的测量。
二、 实验设备1、信号与系统实验箱一台。
2、20MHz 示波器一台。
3、频谱仪一台。
4、小螺丝刀与导线若干。
三、 实验原理与说明1、ICL8038函数发生原理IC L8038是单片集成函数信号发生器，其内部框图如图1-1所示。
它由恒流源1I 和2I 、电压比较器A 和B 、触发器、缓冲器和三角波变正弦波电图1-1 ICL8038原理方框图外接电容C 由两个恒流源充电和放电，电压比较器A 、B 的阀值分别为电源电压(指EE cc U U +)的2/3和1/3。
实验一 MATLAB使用练习目的：熟悉MATLAB软件，了解矩阵的创建与运算、二维曲线及三维曲面的绘制方法。
内容：1、MATLAB语言的矩阵运算功能2、MATLAB可视化功能的实现（二维曲线及三维曲面的绘制）一、 矩阵的创建与运算1、矩阵的创建（1）直接输入法创建矩阵在命令窗口中键入：a=[1,2,3,4;5,6,7,8]或a=[1 2 3 4;5 6 7 8]将生成4×2矩阵（2）利用MATLAB的函数创建矩阵MATLAB为用户提供了创建基本矩阵的函数，它们是：¾ones（）函数：用于产生全为1的矩阵，如：ones（n）产生n×n维全1矩阵，ones（n，m）产生n行m列的全1矩阵。
¾zeros（）函数：用于产生全为0的矩阵，如：zeros（n）产生n×n维全0矩阵，zeros（n，m）产生n行m列的全0矩阵。
¾rand（）函数：用于产生在[0,1]区间均匀分布的随机阵，如：rand（n）产生n×n维随机阵，rand（n，m）产生n行m列的随机阵。
¾eye（）函数：用于产生单位阵，如：eye（n）产生n×n维单位阵。
2、矩阵的运算（1）利用冒号“：”生成向量，其语句格式有以下两种：a)a=m:n 用于生成步长值为1的均匀等分向量，其中m、n为标量，代表向量的起始值和终止值。
如：a=1:10b)a=m:p:n 用于生成步长值为p的均匀等分向量，其中m、n为标量，代表向量的起始值和终止值，p代表向量元素之间的步长值。
如：a=1:0.5:10(2) 同维数的矩阵加、减、乘、除运算命令如下：A＋B，A－B，A*B，A/B和A\B(3)常用矩阵运算函数¾size（）函数：用于计算矩阵的行数和列数，调用格式为：[m,n]=size(a)，将矩阵a 的行数赋值给m，列数赋值给n。
¾length（）函数：用于计算矩阵的长度（列数），调用格式为：a＝length（b），将矩阵b的列数赋值给变量a¾sum（）函数：用于实现矩阵元素的求和运算。
《信号与线性系统》实验指导书通信基础实验中心和煦杨洁曾耀平刘晓慧孙爱晶上课时间：学年第学期系部：班级：姓名：班内序号：指导教师：实验成绩：目录前言 (1)实验一信号的产生 (2)实验成绩：实验二信号的基本运算和波形变换 (11)实验成绩：实验三连续时间系统时域分析的MATLAB实现 (18)实验成绩：实验四连续时间系统频域分析的MATLAB实现 (22)实验成绩：实验五连续时间信号与系统的复频域分析 (26)实验成绩：实验六离散时间系统的时域分析的MATLAB实现 (34)实验成绩：实验七离散时间信号与系统的Z域分析 (41)实验成绩：实验八系统的状态空间分析 (45)实验成绩：前言“信号与线性系统”是无线电技术、自动控制、通信工程、生物医学电子工程、信号图象处理、空间技术等专业的一门重要的专业基础课，也是国内各院校相应专业的主干课程。
当前，科学技术的发展趋势既高度综合又高度分化，这要求高等院校培养的大学生，既要有坚实的理论基础，又要有严格的工程技术训练，不断提高实验研究能力、分析计算能力、总结归纳能力和解决各种实际问题的能力。
21世纪要求培养“创造型、开发型、应用型”人才，即要求培养智力高、能力强、素质好的人才。
由于该课程核心的基本概念、基本理论和分析方法都非常重要，而且系统性、理论性很强，为此在学习本课程时，开设必要的实验，对学生加深理解深入掌握基本理论和分析方法，培养学生分析问题和解决问题的能力，以及使抽象的概念和理论形象化、具体化，对增强学习的兴趣有极大的好处，做好本课程的实验，是学好本课程的重要教学辅助环节。
实验一信号的产生一、实验目的1.熟悉MATLAB编程环境，掌握基本的绘图函数和M-file的建立。
2.熟悉和掌握常用的用于信号与系统时域仿真分析的MATLAB函数；掌握连续时间和离散时间信号的MATLAB产生；3.牢固掌握系统的单位冲激响应的概念；二、实验设备计算机，MATLAB软件三、MATLAB编程环境1 绘图函数plot(x,y) ，stem(k,y)%plot(x,y)x=0:0.01:2;y=sin(2*pi*x);plot(x,y)% stem(k,y)k=0:50;y=exp(-0.1*k);stem(k,y)2 M file% y(t)=sin(2t) + sin(5t) -2pi ≤t ≤2pit =-2*pi:0.02:2*pi;y=sin(2*t) + sin(5*t);plot(t,y)四、实验原理1 信号的时域表示方法1.1将信号表示成独立时间变量的函数例如：x(t)=sin(ωt) 和x[n]=n(0.5)n u[n]分别表示一个连续时间信号和一个离散时间信号。
《信号与线性系统》实验报告实验名称：信号与线性系统实验目的：1.了解信号与线性系统的基本概念和特性；2.掌握各种信号的分类与表示方法；3.学习使用线性系统对信号进行处理和分析。
实验仪器和材料：1.个人计算机；2.MATLAB软件。
实验步骤：1.了解信号与线性系统的基本概念和特性，包括信号的定义、分类与表示方法，线性系统的定义和特性等。
2.利用MATLAB软件，生成常见的信号，如单位阶跃信号、单位冲激信号、正弦信号、方波信号等，通过绘制波形图和频谱图来观察和分析信号的特点。
3.利用MATLAB软件，对生成的信号进行线性系统处理，如信号的平移、尺度变换、基带传输等，通过绘制处理后的信号波形图和频谱图，以及分析其特点和对信号的影响。
4.进一步学习线性系统的时域和频域分析方法，如脉冲响应、冲激响应、幅频特性等，并利用MATLAB软件进行实际操作和分析。
5.对各种信号和线性系统的特性进行总结和归纳，根据实际应用场景，分析信号处理过程中的优缺点和适用性。
实验结果与分析：1.通过绘制波形图和频谱图，观察了不同信号的特点和频谱分布；2.通过对信号进行线性系统处理，观察了信号经过处理后的变化；3.通过对线性系统的时域和频域分析，进一步了解了系统的特性和对信号的影响；4.根据实际应用场景，综合比较了不同信号与线性系统的适用性和优缺点。
实验结论：通过本次实验，我们深入了解了信号与线性系统的基本概念和特性，掌握了各种信号的分类与表示方法，学习了使用线性系统对信号进行处理和分析的方法和技巧。
实验结果表明，信号的特点和频谱分布决定了信号在系统中的处理效果，而线性系统的特性和响应方式会对信号产生明显的影响。
在实际应用中，我们需要综合考虑信号和线性系统的特性，选择合适的信号表示方法和处理方式，以达到预期的信号处理效果。
实验中的问题与改进：在实验过程中，由于时间和资源有限，我们只能选择了部分常见的信号和线性系统进行实验和分析，无法涵盖所有情况。
信号与线性系统实验指导书《信号与线性系统》课程组2006年9月修订《信号与系统》实验箱简介信号与系统实验箱有TKSS－A型、TKSS－B型和TKSS－C型三种。
其中B型和C型实验箱除实验项目外，还带有与实验配套的仪器仪表。
TKSS－A型实验箱提供的实验模块有：用同时分析方法观测方波信号的频谱、方波的分解、各类无源和有源滤波器（包括LPF、HPF、BPF、BEF）、二阶网络状态轨迹的显示、抽样定理和二阶网络函数的模拟等。
TKSS－B型实验箱提供的实验模块与“TKSS－A型”基本一样，增加了函数信号发生器（可选择正弦波、方波、三角波输出，输出频率范围为20Hz～100KHz）、频率计（测频范围0～500KHz）、数字式交流电压表（测量范围10mV～20mV，10Hz～200KHz）等仪器。
TKSS－C型实验箱的实验功能和配备与“TKSS－B型”基本一样，增加了扫频电源（采用可编程逻辑器件ispLSI1032E和单片机AT89C51设计而成），它可在15Hz～50KHz的全程范围内进行扫频输出，亦可选定在某一频段（分9段）范围内的扫频输出，提供11档扫速，亦可选用手动点频输出，此外还有频标指示，亦可作频率计使用。
实验一无源和有源滤波器一、实验目的1、了解RC无源和有源滤波器的种类、基本结构及其特性。
2、对比研究无源和有源滤波器的滤波特性。
3、学会列写无源和有源滤波器网络函数的方法。
二、原理说明1、滤波器是对输入信号的频率具有选择性的一个二端口网络，它允许某些频率（通常是某个频带范围）的信号通过，而其他频率的信号受到衰减或抑制，这些网络可以是由RLC元件或RC元件构成的无源滤波器，也可以是由RC元件和有源器件构成的有源滤波器。
2、根据幅频特性所表示的通过或阻止信号频率范围的不同，滤波器可分为低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）和带阻滤波器（BEF）四种。
我们把能够通过的信号频率范围定义为通带，把阻止通过或衰减的信号频率范围定义为阻带。
而通带与阻带的分界点的频率f c称为截止频率或称转折频率。
图1－1中的A up为通带的电压放大倍数，f0为中心频率，f cL和f cH分别为低端和高端截止频率。
图1－1 各种滤波器的理想幅频特性四种滤波器的实验线路如图1－2所示：（a）无源低通滤波器（b）有源低通滤波器（c）无源高通滤波器（d）有源高通滤波器（e ）无源带通滤波器 （f ）有源带通滤波器（g ）无源带阻滤波器 （h ）有源带阻滤波器图1－2 各种滤波器的实验线路图3、 滤波器（如图1－3所示）的网络函数H （j ω），又称为传递函数，）（）（）（ωθωω∠==A U U j H 12它全面反映了滤波器的幅频和相频特性。
可以通过实验方法来测量滤波器的上述幅频特性A （ω）。
图1－3 滤波器三、预习练习1、 为使实验能顺利进行，课前对教材和实验原理、内容、步骤、方法要作充分预习（并预期实验的结果）。
2、 推导各类无源和有源滤波器的网络函数，进一步掌握含有运算放大器电路的分析。
3、 预期在方波激励下，各类滤波器的响应情况。
四、实验内容及步骤1、用扫频电源和示波器（或交流数字电压）表，从总体上先观察各类滤波器的滤波特性。
步骤：滤波器的输入口接扫频电源的输出，滤波器的输出口接示波器或交流数字电压表（扫频电源的使用说明见附录）。
2、测试无源和有源低通滤波器的幅频特性。
例1：测试RC无源低通滤波器的幅频特性。
实验线路如图1-4所示。
图1-4 RC无源滤波低通滤波器实验时，必须再保持正弦波信号输出电压（U1）不变的情况下，逐渐改变其输出频率，用实验箱提供的交流数字电压表（f<200KHz）,测量RC滤波器输出端的电压U2。
当改变信号源频率时，都必须观测一下U1是否保持稳定，数据如有改变应及时调整，将测量数据记入下表。
例2：测试RC有源低通滤波器的幅频特性实验线路如图1-5所示。
图1-5 RC有源低通滤波器取R=1K，C0.01uF、放大系数K=1。
将实验数据记入如上表的自拟表格中。
上述电路及电阻、电容再实验箱上均已装好，只要接入信号源和交流数字电压表即可进行实验。
另外，在B型实验箱中，还可以用各分立元件进行接线组成各种滤波器电路，接线时要注意运算放大器输入端的极性，且反馈电阻Rf 只能接在反相输入端。
3、分别测试无源、有源HPF、BPF、BEF的幅频特性。
实验步骤、数据记录表格及实验内容，自行拟定。
4、研究各滤波器对方波信号或其它非正弦信号输入的响应（选做，实验步骤自拟）。
五、注意事项1、在实验测量过程中，必须始终保持正弦波信号的输出（即滤波器的输入）电压U1不变，且输入信号幅度不宜过大。
对于有源滤波器实验一般不要超过5V。
2、在进行有源滤波器实验时，输出端不可短路，以免损坏运算放大器。
六、仪器设备1、信号与系统实验箱TKSS-A型或TKSS-B型或TKSS-C型。
2、双踪示波器。
七、实验报告1、绘制在预习练习1中观察到的各种滤波器的滤波特性。
2、回答预习练习题2（可例行一种无源和有源滤波器）。
3、根据实验测量所得数据，绘制各类滤波器得幅频特性曲线。
注意应将同类型得无源和有源滤波器幅频特性绘制在同一坐标平面上。
以便比较并计算出特征频率、截止频率和通频带。
4、比较分析各类无源和有源滤波器得滤波特性。
5、分析在方波激励下，滤波器得响应情况（选做）。
6、其他心得体会及意见。
『注』：本次实验内容较多，根据情况可分两次进行。
实验二方波信号的分解一、实验目的观察方波信号的分解。
二、原理说明任何电信号都是由各种不同频率、幅度和初相的正弦波迭加而成的。
对周期信号由它的傅里叶级数展开式可知，各次谐波为基波频率的整数倍。
而非周期信号包含了从零到无穷大的所有频率成份，每一频率成份的幅度均趋向无限小，但其相对大小是不同的。
通过一个选频网络可以将电信号中所包含的某一频率成份提取出来。
本实验采用最简单的选频网络，是一个LC谐振回路。
因此对周期信号波形分解的实验方案如图2-1所示。
将被测方波信号加到分别调谐于其基波和各次奇谐波频率的一系列并联谐振回路而成的电路上，从每一谐振回路两端可以用示波器观察到相应频率的正弦波。
若有一个谐振回路既不谐振于基波又不谐振于谐波，则观察不到波形。
本实验所用的被测信号是2KHZ的方波，由傅里叶级数展开式可知，L1C1谐振于2KHZ、L3C3谐振于6KHZ、L5C5谐振于10KHZ、L7C7谐振于14KHZ、L9C9谐振于18KHZ，则一定能从各谐振回路两端观察到基波和各奇次谐波。
在理想情况下，各次谐波度比例为1:(1/3):(1/5):(1/7):(1/9)三、实验内容及步骤按实验图1接通函数信号发生器，令函数信号发生器输出2 K Hz的方波。
用示波器观察并记录ag两点间的波形，并记录其频率。
然后依次观察各谐振回路两端的波形，测出其幅度和频率，并记录之。
再观察与记录bd、be、bf之间的波形，并将bd、be间的波形与理论的结果作比较。
四、仪器设备1、信号与系统实验箱TKSS-A型。
2、双踪示波器。
五、注意事项实验线路的方波频率设计为2KHz.。
由于元器件量值的精度所限，在做实验时，要细调信号源的输出频率，使L1C1的基波谐振幅度为最大，此频率定为实验的方波频率。
六、报告要求整理并绘出实验中所观察到的各种波形，综合论述实验的结果。
实验三用同时分析法观测方波信号的频谱一、实验目的1、用同时分析法观测方波信号的频谱，并与方波的傅利叶级数各项的频率与系数作比较。
2、观测基波和其谐波的合成。
二、原理说明见实验二的原理说明。
三、预习练习课前认真阅读教材中周期信号傅里叶级数的分解以及如何将各次谐波进行叠加。
四、实验内容及步骤1、调节函数信号发生器，使其输出50Hz左右的方波。
将其接至该实验模块的输入端，再细调函数信号发生器的输出，使50Hz（基波）的BPF模块有最大的输出。
然后，将各带通滤波器的输出分别接至示波器，观测各次谐波的频率和幅度，并记录之。
2、将方波分解所得的基波和三次谐波分量接至加法器的相应输入端，观测加法器的输出波形，并记录所得的波形。
3、再将五次谐波分量加到加法器的相应输入端，观测相加后的波形，记录之。
五、仪器设备1、信号与系统实验箱：TKSS-A型或TKSS-B型或TKSS-C型。
2、双踪示波器。
六、实验报告1、根据实验测量所得的数据，绘制方波及其基波和各次谐波的波形、频率和幅度（注意比例关系）。
作图时应该将这些波形绘制在同一坐标平面上。
以便比较各波形的频率和幅度。
2、将基波和三次谐波及其合成波形一同绘制在同一坐标平面上，并且把实验内容2中做观测到的合成波形也绘制在同一坐标纸上。
3、将基波、三次谐波、五次谐波及三者合成的波形一同绘画在同一坐标平面上，并且把实验内容3中所光册到合成波形也绘制在同一坐标纸上。
4、总结实验心得体会及意见。
实验四二阶网络状态轨迹的显示一、实验目的1、观察RLC电路的状态轨迹。
2、掌握一种同时观察两个无公共接地端电信号的方法。
二、原理说明1、任何变化的物理过程在每一时刻所处的“状态”，都可以概括地用若干被称为“状态变量”的物理量来描述。
例如一辆汽车可以用它在不同时刻的运动速度和加速度来描述它是处于停止状态、加速状态或者匀速运动状态；一杯水可以用它的温度来描述它是处于结冰的固态、还是沸腾的开水，这里速度、加速度和温度都可称为状态变量。
由于物体所具有的动能等于（1/2）mv2而物体具有的热量等于mc（t2-t1），我们常将与物体储能直接有关的物理量作为状态变量。
电路也不例外，一个动态网络在不同时刻各支路电压、电流都在变化，所处的状态也都不同。
在所有Vc、ic、VL、iL、VR、iR六种可能的变量中，由于电容的储能为（1/2）Cvc2，电感的储能（1/2）LiL2,所以选电容的电压和电感的电流作为电路的状态变量。
了解了电路中Vc 和iL的变化就可以了解电路的状态变化。
2、“状态变量”较确切的定义是能描述系统动态特性组最少数量的数据。
对一个电网络，若选择全部电容电压和电感电流作状态变量，那么根据这些状态变量和激励，就可以确定网络中任一支路的电压或电流。
但是在一个电网络中若存在三个电容构成的一个回路，则只有二个电容的电压可选作状态变量。
若有三电感共一节点，则只有其中二个电感的电流可选作状态变量。
对n阶网络应该用n个状态变量来描述。
可以设想一个n 维空间，每一维表示一个状态变量，构成一个“状态空间”。
网络在每一时刻所处的状态可以用状态空间中一个点来表示，随着时间的变化，点的移动形成一个轨迹，称为“状态轨迹”。
电路参数不同，则状态轨迹也不相同。
对三阶网络状态空间可用一个三维空间来表达，而二阶网络可以用一个平面来表达，见实验图4-1、图4-2和图4-3。
