《信号与系统》实验指导书

《信号与系统》实验指导书实验一函数信号发生器一、实验目的1、了解函数信号发生器的操作方法。

2、了解单片多功能集成电路函数信号发生器的功能及特点。

3、熟悉信号与系统实验箱信号产生的方法。

二、实验内容1、用示波器观察输出的三种波形。

2、调其中电位器、拨位开关，观察三种波形的变化，了解其中的一些极限值。

三、实验仪器1、20M双踪示波器一台。

2、信号与系统实验箱一台。

四、实验原理1、MAX038的原理MAX038是单片精密函数信号产生器,它用±5V电源工作，基本的振荡器是一个交变地以恒流向电容器充电和放电的驰张振荡器, 同时产生一个三角波和矩形波。

通过改变COSC 引脚的外接电容和流入IIN引脚的充放电电流的大小来控制输出信号频率,频率范围为0.1Hz～20MHz。

流入IIN 的电流由加到FADJ 和DADJ 引脚上的电压来调制, 通过此两引脚可用外接电压信号调整频率和占空比。

MAX038 内部有一个正弦波形成电路把振荡器的三角波转变成一个具有等幅的低失真的正弦波。

三角波、正弦波和矩形波输入一个多路器。

两根地址线A0和A1从这三个波形中选出一个, 从OUT引脚输出2V(峰锋值)振幅的信号。

三角波又被送到产生高速矩形波的比较器 (由SYNC 引脚输出)，它可以用于其它的振荡器, SYNC 电路具有单独的电源引线因而可被禁止。

另外, PDI、PDO 引脚分别是相位检波器的输入和输出端, 本信号源没有使用。

2、MAX038的管脚图及管脚功能图1-1-2 MAX038的管脚图引脚名称功能1 REF 2.50V的门限参考电压2，6，9，11，18 GND 地3 A0 波形选择输入端（TTL/CMOS兼容）4 A1 波形选择输入端（TTL/CMOS兼容）5 COSC 外接振荡电容端7 DADJ 占空比调节端8 FADJ 频率调节端10 IIN 振荡频率控制器的电流输入端12 PDO 相位比较器输出端（如果不用，应接地）13 PDI 相位比较器输入端（如果不用，应接地）14 SYNC 同步输出端（TTL/CMOS兼容输出，允许内部和外部振荡器同步。

如果不用，应悬空）15 DGND 数字接地16 D V+数字电压V+＋5V电源端，如果没有用到SYNC应悬空17 V+＋5V电源输入端19 OUT 正弦波，三角波，方波输出端20 V-－5V电源输入端表1-1-1 MAX038的引脚功能3、实验电路如图1-1-3所示：图1-1-3 MAX038实验电原理图四、实验步骤1、接上电源线，按下船形开关、电源开关及该模块电源开关S1201、S1202，使其“输出”为方波，通过调整电位器“占空比调节”，使方波的占空比达到50%（当MAX038的第7脚电压DADJ为0V时，方波的占空比为50%）。

(注：“波形选择”开关K1201和K1202用于选择“方波”、“三角波”、“正弦波”，当K1201和K1202拨到左边时，输出方波，当K1201拨到右边且K1202拨到左边时，输出三角波；当K1201和K1202拨到右边时，输出正弦波。

而“JD1～JD5”的各个跳线用于选择不同的频段；另外“频率调节”的电位器可调节频率，“幅度调节”的电位器可调节幅度)2、保持方波的占空比为50%不变，“波形选择”开关选择“正弦波”，观察波形。

3、改变外接电容C的值(这里通过“JD1～JD5”的跳线选择不同的频段)，观测输出波形，由于外接电容C的值分别为470pF、1.5nF、15nF、0.22uF、2.2uF，输出信号频率的比例大约为1470：11500：115000：1220000:12200000。

4、调节电位器“占空比调节”，可以观察到方波信号的占空比发生变化，正弦信号则发生的变化为波峰和波谷位置偏移，三角信号的峰值和峰谷同样发生偏移。

5、调节“频率调节”旋扭，记录函数发生器输出的最高和最低频率，调节“幅度调节”电位器，记录函数发生器输出的最大和最小幅度。

由于MAX038内部的非线性转换使输出的波形有可能失真。

这可以通过在运放LF353 (U1202)的1、2脚间并联上电容来解决失真问题（A～I对应不同的电容值,可解决不同频段波形失真问题）。

在使用过程中,如果选择正弦波和方波,则可以按照表(1)给出的对应关系接上不同的电容来解决失真问题。

注意：要一一对应,否则将会使波形更加失真,如果选择三角波输出,则不用连接A～I的任何电容,即取下该处跳线。

A 22Hz ～250Hz正弦波的改善B 200Hz ～500HzC 500Hz ～3kHzD 3kHz ～6kHzE 6kHz ～70kHzF 50kHZ ～1MHzF 300Hz ～40kHz方波的改善G 40kHz ～60kHz H 60kHz ～120kHz I120kHz ～150kHz表(1) 6、数字式交流毫伏表测量： 1）、把函数信号发生器实验模块的输出端接到该实验模块的输入端，并把函数信号发生器的波形选择为正弦波，即通过“波形选择”开关选择正弦波。

2）、接通电源，并按下函数信号发生器模块电源开关S1201、S1202和此模块的电源开关S1。

3）、按下20V 档开关,观察数码管上的显示，并记录相应的数值，旋转函数信号发生器的调节幅值的电位器（“幅度调节”），观察数码管上数值的变化。

（提示：该实验模块中，W101用于参考电压调节，W102、W103、W104分别用于200mV 、2V 、20V 档的校正，我们已基本校正好，均放在了PCB 板的反面。

） 4）、按下不同的档位开关，重做上面的步骤，观察并记录实验结果。

（注：200mV 档测量时必须把SK101和SK102同时打到上端，其它档位测量时，其中之一打到下端或两者均打在下端。

）实验测试点说明：1、测试点分别为： “输出”（孔和测试钩）：输出的信号可以从这点进行测量。

“GND ” ：与实验箱的地相连。

2、调节点分别为： “S1201”、“S1202：此模块的电源开关。

“频率调节”：用于调节输出信号的频率。

“幅度调节”：用于调节输出信号的幅度。

“占空比调节”：用于调节方波输出的占空比。

“波形选择”：用于选择方波，三角波和正弦波。

“频段选择”：用于选择不同的频段。

实验二 常用信号分类与观察一、实验目的1、了解单片机产生低频信号源2、观察常用信号的波形特点及产生方法。

3、学会使用示波器对常用波形参数的测量。

二、实验内容1、信号的种类相当的多，这里列出了几种典型的信号，便于观察。

2、这些信号可以应用到后面的“基本运算单元”和“无失真传输系统分析”中。

三、实验仪器1、20M 双踪示波器一台。

2、信号与系统实验箱一台。

四、实验原理对于一个系统特性的研究，其中重要的一个方面是研究它的输入输出关系，即在一特定的输入信号下，系统对应的输出响应信号。

因而对信号的研究是对系统研究的出发点，是对系统特性观察的基本手段与方法。

在本实验中，将对常用信号和特性进行分析、研究。

信号可以表示为一个或多个变量的函数，在这里仅对一维信号进行研究，自变量为时间。

常用信号有：指数信号、正弦信号、指数衰减正弦信号、抽样信号、钟形信号、脉冲信号等。

1、正弦信号：其表达式为)sin()(θω+=t K t f ，其信号的参数：振幅K 、角频率ω、与初始相位θ。

其波形如下图所示：图 1-5-1 正弦信号2、指数信号：指数信号可表示为atKe t f =)(。

对于不同的a 取值，其波形表现为不同的形式，如下图所示：图 1-5-2 指数信号3、指数衰减正弦信号：其表达式为 ⎪⎩⎪⎨⎧><=-)0()sin()0(0)(t t Ke t t f at ω其波形如下图：图 1-5-3 指数衰减正弦信号4、抽样信号：其表达式为： sin ()tSa t t=。

)(t Sa 是一个偶函数，t = ±π,±2π,…,±n π时，函数值为零。

该函数在很多应用场合具有独特的运用。

其信号如下图所示：图1-5-4 抽样信号5、钟形信号（高斯函数）：其表达式为：2()()tf t Ee-τ= ， 其信号如下图所示：图 1-5-5 钟形信号6、脉冲信号：其表达式为)()()(T t u t u t f --=，其中)(t u 为单位阶跃函数。

7、方波信号：信号周期为T ，前2T 期间信号为正电平信号，后2T期间信号为负电平信号。

四、实验步骤说明1、利用示波器观察正弦信号的波形，并测量分析其对应的振幅K ，角频率ω。

具体步骤如下：（1）接通电源，并按下此模块电源开关S5。

（2）按下此模块中的按键“正弦波”，用示波器观察输出的正弦信号，并分析其对应的频率。

（3）再按一下“频率降”或“频率升”键，观察波形的变化，并分析且测量对应频率的变化，记录此时的振幅K ，角频率ω。

（注：复位后输出的信号频率最大，只有当按下“频率降”时，按“频率升”键波形才会变化，并每次在改变波形时，波形的频率为最大，以下波形的输出与此类似。

）a、参数。

具体步骤如下：2、用示波器测量指数信号波形，并分析其所对应的K（1）按下此模块中的按键“指数信号”，用示波器观察输出的指数信号,并分析其对应a、参数。

的频率、K（2）再按一下“频率降”或“频率升”键，观察波形的变化，分析其对应频率的变化，并分析此时的参数a的变化。

3、指数衰减正弦信号观察（正频率信号）。

具体步骤如下：（1）按下此模块中的按键“指数衰减”，用示波器观察输出的指数衰减正弦信号,并分析其对应的频率。

（2）再按一下“频率降”或“频率升”键，观察波形的变化，并分析且测量对应频率的变化。

4、抽样信号的观察。

具体操作如下：（1）按下此模块中的按键“Sa信号”，用示波器观察输出的抽样信号,并分析其对应的频率。

（2）再按一下“频率降”或“频率升”键，观察波形的变化，并分析且测量对应频率的变化。

5、钟形信号的观察：（1）按下此模块中的按键“钟形信号”，用示波器观察输出的钟形信号,并分析其对应的频率。

（2）再按一下“频率降”或“频率升”键，观察波形的变化，并分析且测量对应频率的变化及相应的参数 。

6、脉冲信号的观察：（1）按下此模块中的按键“脉冲信号”，用示波器观察输出的脉冲信号,并分析其对应的频率。

（2）再按一下“频率降”或“频率升”键，观察波形的变化和特点，并分析且测量对应频率的变化。

7、方波、三角波、锯齿波信号的观察：（1）按下此模块中的相应信号的按键，用示波器观察输出的信号,并分析其对应的频率。

（2）再按一下“频率降”或“频率升”键，观察波形的变化和特点，并分析且测量对应频率的变化。

实验测试点的说明：1、测试点分别为：“输出”（孔和测试钩）：信号的输出端。

“GND”：与实验箱的地相连。