信号与系统实验报告_1(常用信号的分类与观察)

信号与系统实验报告（1）信号与系统实验实验报告学院:信息电⼦技术学院专业:测控技术与仪器学号:16109641307姓名: 孙溪临实验1 信号的时域描述与运算⼀、实验⽬的1. 掌握信号的MATLAB表⽰及其可视化⽅法。

2. 掌握信号基本时域运算的MATLAB实现⽅法。

3. 利⽤MATLAB分析常⽤信号，加深对信号时域特性的理解。

⼆、实验原理1. 连续时间信号的MATLAB表⽰连续时间信号指的是在连续时间范围内有定义的信号，即除了若⼲个不连续点外，在任何时刻信号都有定义。

在MATLAB中连续时间信号可以⽤两种⽅法来表⽰，即向量表⽰法和符号对象表⽰法。

从严格意义上来说，MATLAB并不能处理连续时间信号，在MATLAB中连续时间信号是⽤等时间间隔采样后的采样值来近似表⽰的，当采样间隔⾜够⼩时，这些采样值就可以很好地近似表⽰出连续时间信号，这种表⽰⽅法称为向量表⽰法。

表⽰⼀个连续时间信号需要使⽤两个向量，其中⼀个向量⽤于表⽰信号的时间范围，另⼀个向量表⽰连续时间信号在该时间范围内的采样值。

例如⼀个正弦信号可以表⽰如下:>> t=0:0.01:10;>> x=sin(t);>> x=plot(x,t);利⽤plot(t,x)命令可以绘制上述信号的时域波形，如下图所⽰。

图1 利⽤向量表⽰连续时间信号如果连续时间信号可以⽤表达式来描述，则还可以采⽤符号表达式來表⽰信号。

例如对于上述正弦信号，可以⽤符号对象表⽰如下:>> x=sin(t);>> ezplot(x);利⽤ezplot(x)命令可以绘制上述信号的时域波形，如图2所⽰。

图 2 利⽤符号对象表⽰连续时间信号表1 常⽤的信号产⽣函数函数名功能函数名功能 heaviside 单位阶跃函数 sin 正弦函数 sinc sinc 函数 cos 余弦函数 exp 指数函数 tripuls 三⾓脉冲函数 square周期⽅rectpuls门函数波2.连续时间信号的时域运算对连续时间信号的运算包括两信号相加、相乘、微分、积分，以及位移、反转、尺度变换（尺度伸缩）等。

信号与系统分析报告实验一：典型信号的观测与测试图1-1 600Hz正弦波信号幅值： 4V，周期：1500ms图1-2 1.4kHz方波信号幅值：2.5V 周期：727ms图1-3 2.2kHz三角波信号幅值：2.2V 周期：512ms图1-4 1000Hz冲击串信号幅值：2.5V 周期：1003ms实验二：线性时不变系统的冲激响应和阶跃响应1.有源低通滤波器的单位冲击和阶跃响应图2-1 1000Hz冲激串为输入信号的输出波形图2-2 500Hz冲激串为输入信号的输出波形图2-3 333Hz冲激串为输入信号的输出波形图2-4 250Hz冲激串为输入信号的输出波形图2-5 200Hz冲激串为输入信号的输出波形图2-6 200Hz方波作为输入信号的输出波形图2-7 1000Hz方波作为输入信号的输出波形图2-8 5kHz方波作为输入信号的输出波形2.无源低通滤波器的单位冲激和阶跃响应图2-9 1000Hz冲激串作为输入信号的输出波形图2-10 500Hz冲激串作为输入信号的输出波形图2-11 333Hz冲激串作为输入信号的输出波形图2-12 250Hz冲激串作为输入信号的输出波形图2-13 200Hz冲激串作为输入信号的输出波形图2-14 5kHz方波作为输入信号的输出波形图2-15 2.2kHz方波作为输入信号的输出波形图2-16 600Hz方波作为输入信号的响应的输出波形实验三：连续信号的分解及频谱图3-1 未被分解的输入1kHz方波信号分析：可以看到该输入方波幅度为2.5V，周期为1030ms，占空比为50%，包含众多奇次频率分量。

由频谱图可以看出，当频率为1kHz时幅度最大。

由傅立叶级数的知识可以知道，方波的傅立叶级数为：a k=sin（πk/2）/kπ，k≠0；当k为偶数（不为零），a k=0。

也就是说，方波的频谱图应只含有奇次分量，对应偶次分量的幅度为零。

实验结果存在较少偶次分量的也正说明了这一点。

信号与系统实验实验一常用信号的观察方波：正弦波：三角波：在观测中，虚拟示波器完全充当实际示波器的作用，在工作台上连接AD1为示波器的输入，输入方波、正弦波、三角波信号时，可在电脑上利用软件观测到相应的波形，其纵轴为幅值可通过设置实现幅值自动调节以观测到最佳大小的波形，其横轴为时间，宜可通过设置实现时间自动调节以观测到最佳宽度的波形。

实验四非正弦周期信号的分解与合成方波DC信号：DC信号几乎没有，与理论相符合，原信号没有添加偏移。

方波基波信号：基波信号为与原方波50Hz信号相对应的频率为50Hz的正弦波信号，是方波分解的一次谐波信号。

方波二次谐波信号:二次谐波信号频率为100Hz为原方波信号频率的两倍，幅值较一次谐波较为减少。

方波三次谐波信号：三次谐波信号频率为150Hz为原方波信号的三倍。

幅值较一二次谐波大为减少。

方波四次谐波信号:四次谐波信号的频率为200Hz为原方波信号的四倍。

幅值较三次谐波再次减小。

方波五次谐波信号：五次谐波频率为250Hz为原方波信号的五倍。

幅值减少到0.3以内，几乎可以忽略。

综上可知：50Hz方波可以分解为DC信号、基波信号、二次、三次、四次、五次谐波信号…，无偏移时即无DC信号，DC信号幅值为0。

分解出来的基波信号即一次谐波信号频率与原方波信号频率相同，幅值接近方波信号的幅值。

二次谐波、三次谐波、四次谐波、五次谐波依次频率分别为原方波信号的二、三、四、五倍，且幅值依次衰减，直至五次谐波信号时几乎可以忽略。

可知，方波信号可分解为多个谐波。

方波基波加三次谐波信号：基波叠加上三次谐波信号时，幅值与方波信号接近，形状还有一定差异，但已基本可以看出叠加后逼近了方波信号。

方波基波加三次谐波信号加五次谐波信号：基波信号、三次谐波信号、五次谐波信号叠加以后，比基波信号、三次谐波信号叠加后的波形更加接近方波信号。

综上所述：方波分解出来的各次谐波以及DC信号，叠加起来以后会逼近方波信号，且叠加的信号越多，越是接近方波信号。

《信号与系统》课程实验报告《信号与系统》课程实验报告一图1-1 向量表示法仿真图形2．符号运算表示法若一个连续时间信号可用一个符号表达式来表示，则可用ezplot命令来画出该信号的时域波形。

上例可用下面的命令来实现（在命令窗口中输入，每行结束按回车键）。

t=-10:0.5:10;f=sym('sin((pi/4)*t)');ezplot(f,[-16,16]);仿真图形如下：图1-2 符号运算表示法仿真图形三、实验内容利用MATLAB实现信号的时域表示。

三、实验步骤该仿真提供了7种典型连续时间信号。

用鼠标点击图0-3目录界面中的“仿真一”按钮，进入图1-3。

图1-3 “信号的时域表示”仿真界面图1-3所示的是“信号的时域表示”仿真界面。

界面的主体分为两部分：1) 两个轴组成的坐标平面（横轴是时间，纵轴是信号值）；2) 界面右侧的控制框。

控制框里主要有波形选择按钮和“返回目录”按钮，点击各波形选择按钮可选择波形，点击“返回目录”按钮可直接回到目录界面。

图1-4 峰值为8V，频率为0.5Hz，相位为180°的正弦信号图1-4所示的是正弦波的参数设置及显示界面。

在这个界面内提供了三个滑动条，改变滑块的位置，滑块上方实时显示滑块位置代表的数值，对应正弦波的三个参数：幅度、频率、相位；坐标平面内实时地显示随参数变化后的波形。

在七种信号中，除抽样函数信号外，对其它六种波形均提供了参数设置。

矩形波信号、指数函数信号、斜坡信号、阶跃信号、锯齿波信号和抽样函数信号的波形分别如图1-5～图1-10所示。

图1-5 峰值为8V，频率为1Hz，占空比为50%的矩形波信号图1-6 衰减指数为2的指数函数信号图1-7 斜率=1的斜坡信号图1-8 幅度为5V，滞后时间为5秒的阶跃信号图1-9 峰值为8V，频率为0.5Hz的锯齿波信号图1-10 抽样函数信号仿真途中，通过对滑动块的控制修改信号的幅度、频率、相位，观察波形的变化。

实验报告2015年 6 月实验1 常见信号观测实验一、实验目的1.观察和测量各种典型信号；2.掌握有关信号的重要性，了解其在信号与系统分析中的应用。

二、实验原理说明 1．正弦函数信号； 2．指数函数信号； 3．指数衰减震荡函数信号； 4．抽样函数信号； 5.钟形函数信号； 三、实验原理波形产生原理框图如下图所示四、实验步骤1．打开实验箱，调节SW101（程序选择）按钮，使程序指示灯显示D3D2D1D0=0001，对应信号观测；（实验箱上电时默认D3D2D1D0=0001，因此不用调节）2．将跳线开关K801，K802，K803和K804连续到左侧；3. 用示波器分别测量TP801，TP802，TP803，TP804，TP805的波形，并记录下来。

测试点说明如下：（1）TP801：测试正弦函数信号波形（2）TP802：测试指数函数信号波形（3）TP803：测试指数衰减震荡函数信号波形（4）TP804：测试抽样函数信号波形（5）TP805：测试种形函数信号波形五、实验设备1.双踪示波器2.信号系统实验箱六、实验结果实验2 冲激响应与阶跃响应一、实验目的1.观察和测量RLC串联电路的阶跃响应与冲激响应的波形和有关参数，并研究其电路元件参数变化对响应状态的影响；2.掌握有关信号时域的测量方法。

二、实验原理说明实验如图1-1所示为RLC串联电路的阶跃响应与冲激响应的电路连接图，图2-1（a）为阶跃响应电路连接示意图；图2-1（b）为冲激响应电路连接示意图。

三、实验内容1.阶跃响应波形观察与参数测量设激励信号为方波，其幅度为1.5V，频率为500Hz。

实验电路连接图如图2-1（a）所示。

①连接P04与P914。

②调节信号源，使P04输出f=500Hz，占空比为50%的脉冲信号，幅度调节为1.5V；（注意：实验中，在调整信号源的输出信号的参数时，需连接上负载后调节）③示波器CH1接于TP906，调整W902，使电路分别工作于欠阻尼、临界和过阻尼三种状态，并将实验数据填入表格2-1中。

电气学科大类2012 级《信号与控制综合实验》课程实验报告(基本实验一:信号与系统基本实验)姓名丁玮学号U201216149 专业班号水电1204 同组者1 余冬晴学号U201216150 专业班号水电1204 同组者2 学号专业班号指导教师日期实验成绩评阅人实验评分表基本实验实验编号名称/内容实验分值评分实验一常用信号的观察实验二零输入响应、零状态相应及完全响应实验五无源滤波器与有源滤波器实验六LPF、HPF、BPF、BEF间的变换实验七信号的采样与恢复实验八调制与解调设计性实验实验名称/内容实验分值评分创新性实验实验名称/内容实验分值评分教师评价意见总分目录1.实验一常用信号的观察 (1)2.实验二零输入响应、零状态响应及完全响应 (4)3.实验五无源滤波器与有源滤波器 (7)4.实验六 LPF、HPF、BPF、BEF间的转换 (14)5.实验七信号的采样与恢复 (19)6.实验八调制与解调 (29)7.实验心得与自我评价 (33)8.参考文献 (34)实验一常用信号的观察一．任务与目标1.了解常见信号的波形和特点；2.了解常见信号有关参数的测量，学会观察常见信号组合函数的波形；3.学会使用函数发生器和示波器，了解所用仪器原理与所观察信号的关系；4.掌握基本的误差观察与分析方法。

二．总体方案设计1.实验原理描述信号的方法有许多种，可以用数学表达式（时间的函数），也可以使用函数图形（信号的波形）。

信号可以分为周期信号和非周期信号两种。

普通示波器可以观察周期信号，具有暂态拍摄功能的示波器可以观察到非周期信号的波形。

目前，常用的数字示波器可以方便地观察周期信号及非周期信号的波形。

2.总体设计⑴观察常用的正弦波、方波、三角波、锯齿波等信号及一些组合函数的波形，如y=sin(nx)+cos(mx)。

⑵用示波器测量信号，读取信号的幅值与频率。

三．方案实现与具体设计1.用函数发生器产生正弦波，并且设定波形的峰值及频率，用示波器观察并记录波形，测量和读取信号的幅值与频率；2.用函数发生器产生方波，并且设定波形的峰值及频率，用示波器观察并记录波形，测量和读取信号的幅值与频率；3.用函数发生器产生三角波，并且设定波形的峰值及频率，用示波器观察并记录波形，测量和读取信号的幅值与频率；4.用函数发生器产生锯齿波，并且设定波形的峰值及频率，用示波器观察并记录波形，测量和读取信号的幅值与频率；5.用函数发生器产生两个不同频率的正弦波，分别设定波形的峰值及频率，用示波器叠加波形，并观察组合函数的波形。

信号与系统实验实验报告一、实验目的本次信号与系统实验的主要目的是通过实际操作和观察，深入理解信号与系统的基本概念、原理和分析方法。

具体而言，包括以下几个方面：1、掌握常见信号的产生和表示方法，如正弦信号、方波信号、脉冲信号等。

2、熟悉线性时不变系统的特性，如叠加性、时不变性等，并通过实验进行验证。

3、学会使用基本的信号处理工具和仪器，如示波器、信号发生器等，进行信号的观测和分析。

4、理解卷积运算在信号处理中的作用，并通过实验计算和观察卷积结果。

二、实验设备1、信号发生器：用于产生各种类型的信号，如正弦波、方波、脉冲等。

2、示波器：用于观测输入和输出信号的波形、幅度、频率等参数。

3、计算机及相关软件：用于进行数据处理和分析。

三、实验原理1、信号的分类信号可以分为连续时间信号和离散时间信号。

连续时间信号在时间上是连续的，其数学表示通常为函数形式；离散时间信号在时间上是离散的，通常用序列来表示。

常见的信号类型包括正弦信号、方波信号、脉冲信号等。

2、线性时不变系统线性时不变系统具有叠加性和时不变性。

叠加性意味着多个输入信号的线性组合产生的输出等于各个输入单独作用产生的输出的线性组合；时不变性表示系统的特性不随时间变化，即输入信号的时移对应输出信号的相同时移。

3、卷积运算卷积是信号处理中一种重要的运算，用于描述线性时不变系统对输入信号的作用。

对于两个信号 f(t) 和 g(t)，它们的卷积定义为：＼（f g)（t) ＝＼int_{＼infty}＾｛＼infty} f(＼tau) g(t ＼tau) d\tau ＼在离散时间情况下，卷积运算为：＼（f g)n ＝＼sum_{m ＝＼infty}＾｛＼infty} fm gn m ＼四、实验内容及步骤实验一：常见信号的产生与观测1、连接信号发生器和示波器。

2、设置信号发生器分别产生正弦波、方波和脉冲信号，调整频率、幅度和占空比等参数。

3、在示波器上观察并记录不同信号的波形、频率和幅度。

信号与系统综合实验报告实验一常用信号的观察一、任务与目标1. 了解常用信号的波形和特点。

2. 了解相应信号的参数。

3. 学习函数发生器和示波器的使用。

二、实验过程1．接通函数发生器的电源。

2．调节函数发生器选择不同的频率的正弦波、方波、三角波、锯齿波及组合函数波形，用示波器观察输出波形的变化。

三、实验报告(x为时间，y为幅值)100Hz 4V 正弦波y=2sin(628x-π/2)100Hz 4V 方波y=2 t=(2n-1)x*0.0025~(2n+1)x*0.0025 x为奇y=-2 t=(2n-1)x*0.0025~(2n+1)x*0.0025 x为偶100Hz 4V 锯齿波100Hz 4V 三角波由50Hz的正弦波和100Hz正弦波组合的波形y=0.2sin(628x)+0.1sin(314x)实验二零输入、零状态及完全响应一、实验目标1．通过实验，进一步了解系统的零输入响应、零状态响应和完全响应的原理。

2．学习实验电路方案的设计方法——本实验中采用用模拟电路实现线性系统零输入响应、零状态响应和完全响应的实验方案。

二、原理分析实验指导书P4三、实验过程1、接通电源；2、闭合K2，给电容充电，断开K2闭合K3，观察零输入响应曲线；3、电容放电完成后，断开K3，闭合K1，观察零状态响应曲线；4、断开K1，闭合K3，再次让电容放电，放电完成后断开K3闭合K2，在电容电压稳定于5V后断开K2，闭合K1，观察完全响应曲线。

四、实验报告上图为零输入响应、零状态响应和完全响应曲线。

五、实验思考题系统零输入响应的稳定性与零状态响应的稳定性是否相同？为什么？答：相同。

因为系统零输入响应和零状态响应稳定的充分必要条件都是系统传递函数的全部极点si(i=1,2,3,…,n)，完全位于s平面的左半平面。

实验五无源与有源滤波器一、实验原理实验指导书P14二、实验目的1．了解无源和有源滤波器的种类、基本结构及其特性；2．分析和对比无源和有源滤波器的滤波特性；3．掌握无源和有源滤波器参数的设计方法。

实验一信号的时域分析1.1常见信号分类观察实验1.1.1 实验目的1.了解常用信号的波形特点2.掌握信号发生器的虚拟仪器的使用方法1.1.2 实验设备PC机一台，TD-SAS系列教学实验系统一套。

1.1.3实验原理及内容信号是随时间和空间变化的某种物理量，它一般是时间变量t的函数。

信号随时间变量t 变化的函数曲线成为信号的波形。

按照不同的分类原则，信号可分为：连续信号和离散信号；周期信号和非周期信号；实数信号和复数信号；能量信号和功率信号等。

本实验中利用信号发生器我们可以观察工程实际和理论研究中经常用到的正弦波、方波、脉冲等信号。

1.1.4实验步骤1.连续周期信号的产生与测量1）在该实验箱配套软件界面中，单击“信号发生器”进入其界面。

如图1-1-1所示选择参数，（CH1通道可以选择周期或非周期信号，CH2通道只能选择周期信号）点击确定。

图1-1-1 周期信号产生界面2）在实验箱配套软件界面中，单击“示波器”进入其界面，界面如图1-1-2所示。

用探笔测量实验箱上信号发生器单元的输出1和输出2端，（分别对应信号发生器界面的CH1和CH2通道）点击“运行”测量信号。

图1-1-2 示波器界面3）在示波器测量到信号后，点击“停止”，测量两路信号的各参数，验证其频率、幅值等值与所选参数匹配。

将实验数据记录到表1-1-1中。

（具体操作方法参见TD-SAS实验系统软件的安装及操作部分）4）选取其他波形及相关参数进行测量并验证。

2.连续非周期信号的产生与测量1）重新如图1-1-3所示选择参数，（当通道1选择位非周期信号时，通道2无输出）点击确定。

图1-1-3 脉冲信号产生界面2）进入示波器界面，用探笔测量实验箱上信号发生器单元的输出1端，(非周期信号只能从实验箱信号发生器单元输出1端输出)点击“运行”。

3）在实验箱的信号发生器单元，按下单次按钮，便产生一个周期的所选波形。

（此信号在其余时间全部是零）我们可以理解每个单次信号是一个非周期信号。

信号与系统实验软件实验报告一、实验目的本次实验旨在通过使用信号与系统实验软件，深入理解信号与系统的基本概念和原理，掌握常见信号的产生、变换和分析方法，培养对信号处理的实际操作能力和问题解决能力。

二、实验环境1、计算机：＿____ 型号，配置为_____ 。

2、操作系统：＿____ 版本。

3、实验软件：＿____ 信号与系统实验软件，版本_____ 。

三、实验内容及步骤（一）常见信号的产生与观察1、打开实验软件，进入信号产生模块。

2、依次生成正弦信号、余弦信号、方波信号、锯齿波信号和脉冲信号。

3、调整信号的频率、幅度和相位等参数，观察信号波形的变化。

（二）信号的时域变换1、对已生成的正弦信号进行平移、反转和尺度变换操作。

2、观察变换后信号的波形，理解时域变换对信号的影响。

（三）信号的卷积运算1、输入两个已知的信号，分别为 f1(t) 和 f2(t) 。

2、利用软件中的卷积运算功能，计算 f1(t) 和 f2(t) 的卷积结果 f(t) 。

3、绘制卷积后的信号波形，分析卷积运算的特点和物理意义。

（四）系统的时域分析1、构建一个简单的线性时不变系统，例如一阶低通滤波器。

2、输入不同的测试信号，观察系统的输出响应。

3、分析系统的稳定性、暂态响应和稳态响应等特性。

（五）系统的频域分析1、对上述线性时不变系统进行频域分析。

2、计算系统的频率响应函数H(ω) 。

3、绘制幅频特性曲线和相频特性曲线，理解系统的滤波特性。

四、实验结果与分析（一）常见信号的产生与观察通过调整参数，我们得到了不同频率、幅度和相位的正弦信号和余弦信号。

可以发现，频率决定了信号的周期，幅度决定了信号的大小，相位则决定了信号的起始位置。

方波信号具有陡峭的上升沿和下降沿，锯齿波信号呈现线性上升或下降的趋势，脉冲信号则在短时间内有较大的幅值。

（二）信号的时域变换平移操作使信号在时间轴上整体移动，反转操作将信号关于纵轴对称，尺度变换改变了信号的周期或宽度。