7信号卷积实验讲义1(凌特)
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一、实验目的1. 理解信号卷积的概念及其物理意义。
2. 掌握信号卷积的图解方法及结果分析。
3. 通过实验加深对信号处理中卷积运算的理解和应用。
二、实验原理信号卷积是信号处理中一个重要的概念,它描述了两个信号相互作用的结果。
卷积运算可以表示为:y(t) = x(t) h(t)其中,y(t)是输出信号,x(t)是输入信号,h(t)是系统的冲激响应。
卷积运算的物理意义是将信号分解为冲激信号之和,借助系统的冲激响应,求解系统对任意激励信号的零状态响应。
三、实验仪器与设备1. 双踪示波器2. 信号发生器3. 信号源及频率计模块4. 数字信号处理模块5. 计算机及MATLAB软件四、实验数据1. 输入信号x(t)(1)方波信号:周期为T,幅度为A。
(2)三角波信号:周期为T,幅度为A。
2. 冲激响应h(t)(1)矩形脉冲信号:宽度为τ,幅度为B。
(2)高斯脉冲信号:标准差为σ,幅度为B。
3. 输出信号y(t)(1)方波信号与矩形脉冲信号的卷积(2)三角波信号与高斯脉冲信号的卷积五、实验步骤1. 使用信号发生器产生方波信号、三角波信号、矩形脉冲信号和高斯脉冲信号。
2. 将信号输入数字信号处理模块,进行信号处理。
3. 使用双踪示波器观察输入信号、冲激响应和输出信号的波形。
4. 使用MATLAB软件对信号进行卷积运算,并与示波器观察到的波形进行对比分析。
六、实验结果与分析1. 方波信号与矩形脉冲信号的卷积输入信号x(t)为方波信号,冲激响应h(t)为矩形脉冲信号。
根据卷积公式,输出信号y(t)为:y(t) = x(t) h(t) = A (u(t) - u(t-τ))其中,u(t)为单位阶跃函数。
从示波器观察到的波形可以看出,输出信号y(t)为方波信号,且周期与输入信号相同。
MATLAB仿真结果与示波器观察到的波形一致。
2. 三角波信号与高斯脉冲信号的卷积输入信号x(t)为三角波信号,冲激响应h(t)为高斯脉冲信号。
一、实验目的1. 理解卷积的概念及其物理意义。
2. 掌握卷积运算的原理和方法。
3. 通过实验加深对卷积运算在实际应用中的理解。
二、实验原理1. 卷积的定义:卷积是一种线性运算,它描述了两个信号在时域上的相互作用。
对于两个连续时间信号f(t)和g(t),它们的卷积定义为:F(t) = ∫f(τ)g(t-τ)dτ其中,F(t)是卷积结果,f(τ)是信号f(t)的任意时刻的值,g(t-τ)是信号g(t)在时刻t-τ的值。
2. 卷积的性质:卷积具有交换律、结合律和分配律等性质。
其中,交换律是指f(t)和g(t)的卷积与g(t)和f(t)的卷积相等;结合律是指三个信号f(t)、g(t)和h(t)的卷积可以分别进行两两卷积后再进行一次卷积;分配律是指一个信号与两个信号的卷积等于该信号分别与两个信号卷积后的和。
三、实验内容1. 实验一:连续时间信号卷积实验(1)选用信号:选取两个连续时间信号f(t)和g(t),其中f(t)为矩形脉冲信号,g(t)为指数衰减信号。
(2)卷积计算:根据卷积的定义,计算f(t)和g(t)的卷积F(t)。
(3)结果分析:观察F(t)的波形,分析卷积结果的物理意义。
2. 实验二:离散时间信号卷积实验(1)选用信号:选取两个离散时间信号f[n]和g[n],其中f[n]为单位阶跃信号,g[n]为矩形脉冲信号。
(2)卷积计算:根据离散时间信号卷积的定义,计算f[n]和g[n]的卷积F[n]。
(3)结果分析:观察F[n]的波形,分析卷积结果的物理意义。
3. 实验三:MATLAB仿真实验(1)选用信号:选取两个连续时间信号f(t)和g(t),其中f(t)为正弦信号,g(t)为余弦信号。
(2)MATLAB编程:利用MATLAB的信号处理工具箱,编写程序实现f(t)和g(t)的卷积运算。
(3)结果分析:观察MATLAB仿真得到的卷积结果,分析其物理意义。
四、实验结果与分析1. 实验一:连续时间信号卷积实验(1)实验结果:通过计算得到f(t)和g(t)的卷积F(t)的波形。
卷积在信号处理中是一种基本操作,用于将输入信号和一组指定的“脉冲响应”信号结合,生成输出信号。
脉冲响应可以理解为系统对单位脉冲信号的响应。
单位脉冲信号是一个只在某一特定时间点有值的信号(如数学中的delta函数),而脉冲响应就是系统在接收到这个脉冲信号后输出的结果。
在卷积操作中,输入信号被视为一系列脉冲信号的组合。
每个脉冲信号都有自己的时间点,而卷积就是将输入信号中的每个脉冲信号与脉冲响应进行对应时间的乘积求和,然后将所有结果连接起来,得到输出信号。
具体来说,卷积操作可以看作是对输入信号的每一个采样点,乘以相应的脉冲响应函数,并将这些乘积相加。
这个过程可以公式化表示为:y[n] = ∑_{k} x[k] * h[n-k]。
其中y[n]是输出信号,x[k]是输入信号,h[n-k]是脉冲响应函数。
卷积的概念可以应用于各种不同的领域,例如数字图像处理、音频处理等。
通过卷积操作,可以对输入信号进行各种滤波、边缘检测等操作,实现信号的变换和处理。
学号: 姓名:实验四 信号卷积实验一、实验目的1、理解卷积的概念及物理意义;2、 通过实验的方法加深对卷积运算的图解方法及结果的理解。
二、预备知识1、学习卷积的基本特性三、实验原理卷积积分的物理意义是将信号分解为冲激信号之和,借助系统的冲激响应,求解系统对任意激励信号的零状态响应。
设系统的激励信号为)t (x ,冲激响应为)t (h ,则系统的零状态响应为)t (h *)t (x )t (y =()()x h t d τττ∞-∞=-⎰。
对于任意两个信号)t (f 1和)t (f 2,两者做卷积运算定义为12()()()f t f f t d τττ∞-∞=-⎰=)t (f 1*)t (f 2=)t (f 2*)t (f 1。
0≤<∞-t210≤≤t 12≤≤t 41≤≤t ∞<≤t2124τ(b)(a)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(i)2卷积结果四、实验内容1、两信号)t(x与)t(h都为矩形脉冲信号,由图解的方法给出两个信号的卷积过程和结果,以便与实验结果进行比较。
2、用matlab软件实现门信号的自卷积,并给出结果分析;方波与三角波的卷积:3、有能力的同学可以自编辑信号实现三角波的自卷积,并给出结果分析门信号自卷积:width=3; %定义门信号高度t=0:0.001:2;f1=rectpuls(t,width);%门信号f2=rectpuls(t,width);%门信号f=(conv(f1,f2))/1000;%门信号自卷积n1=(1:length(f1))/1000;n2=(1:length(f2))/1000;%%画图subplot(3,1,1);plot(n1,f1);axis([0,4.5,0,2]);title('输入方波');subplot(3,1,2);plot(n2,f2);axis([0,4.5,0,2]);title('输入方波');n=(1:length(f))/1000;subplot(3,1,3);plot(n,f);title('卷积结果');分析:①反褶;②当t<0时,被积函数为0,则f=0;③当0<t<1时,卷积的积分上限为t,积分下限为0,被积函数为1,则得f=t;④当1<t<2时,卷积的积分上限为1,积分下限为t,被积函数为1,则得f=1-t;⑤当2<t时,被积函数为0,则f=0;门信号与三角波卷积:clc,clear;width=1;t=0:0.001:2;f1=rectpuls(t,width);%门信号f2=sawtooth(10*pi*t,width)+1;%三角信号f=(conv(f1,f2))/1000;%卷积n1=(1:length(f1))/1000;n2=(1:length(f2))/1000;subplot(3,1,1);plot(n1,f1);axis([0,2,0,2]);title('输入方波');subplot(3,1,2);plot(n2,f2);axis([0,2,0,2]);title('输入三角波');n=(1:length(f))/1000;subplot(3,1,3);plot(n,f);axis([0,2,0,2]);title('卷积结果');三角波自卷积:clc,clear;width=1;t=0:0.001:2;f1=sawtooth(10*pi*t,width)+1;%产生三角信号1 f2=sawtooth(10*pi*t,width)+1;%产生三角信号2 f=(conv(f1,f2))/1000;%三角信号自卷积n1=(1:length(f1))/1000;n2=(1:length(f2))/1000;subplot(3,1,1);plot(n1,f1);axis([0,2,0,2]);title('输入三角波1');subplot(3,1,2);plot(n2,f2);axis([0,2,0,2]);title('输入三角波2');n=(1:length(f))/1000;subplot(3,1,3);plot(n,f);axis([0,2,0,2]);title('卷积结果');。
信号卷积实验报告一、引言信号处理是现代科学领域中的一门重要学科,它涉及到对信号的获取、传输、分析和处理等多个方面。
在信号处理的研究中,信号卷积是一种常见的数学方法,用于描述信号的时域运算。
本实验旨在通过实际操作,对信号卷积的原理和应用进行深入理解。
二、实验目的1. 了解信号卷积的基本概念和原理;2. 掌握信号卷积在时域和频域中的计算方法;3. 熟悉信号卷积的实际应用场景。
三、实验装置和方法本次实验使用MATLAB软件进行信号卷积的计算和分析。
实验所需的信号是通过音频采集设备录制得到的语音信号和背景噪声信号。
实验步骤如下:1. 在MATLAB中导入录制的语音信号和背景噪声信号;2. 对语音信号和背景噪声信号进行时域和频域分析;3. 对两个信号进行卷积计算,得到卷积结果;4. 分析卷积结果的特点和应用。
四、实验结果与分析通过MATLAB对录制的语音信号和背景噪声信号进行时域和频域分析,可以得到信号的幅度谱和相位谱。
而卷积运算则是将两个信号进行数学运算,得到新的信号。
在本实验中,我们将语音信号与背景噪声信号进行了卷积运算。
通过卷积运算,我们可以将语音信号与背景噪声信号相互叠加,得到一个新的信号。
这个新的信号可以在信号处理中起到滤波、降噪等作用。
通过对卷积结果的分析,我们可以发现信号卷积运算有以下特点:1. 卷积结果的时间域幅度谱和相位谱与原信号有关;2. 卷积结果的频率特性与卷积核函数有关;3. 卷积结果可以实现信号的平滑、滤波、降噪等处理。
此外,信号卷积在图像处理、深度学习等领域也有广泛的应用。
通过将图像信号与卷积核函数进行卷积运算,可以实现图像的边缘检测、模糊处理等。
五、实验总结本次实验通过对信号卷积的实际操作,加深了对信号处理方法的理解和应用。
通过实验我们能够更好地理解信号卷积的原理和应用,掌握信号卷积在时域和频域中的计算方法。
实验结果表明,信号卷积在信号处理领域有着重要的作用,并且在图像处理、深度学习等领域也有广泛的应用。
第一部分 卷积【目的】1.加深理解卷积的重要作用,更好的利用卷积进行数字信号处理。
2.掌握循环卷积和线性卷积两者之间的关系。
【原理】卷积的定义:()()()()τττd t f f t f t f t -=*=⎰∞∞-2121)(g对于离散序列,则有:∑+∞-∞=-==m m n h m x n h n x n y )()()(*)()(当h(n),x(n)是一个长度为N 的序列,则有:()()()()()m n x m h n x n h n nm -+=*=∑=1y 1;当h(k)的长度为K ,x(m)长度为M ,且M K ≠时,则为:()()()()()k n x k h m x k h n k-+=*=∑1y ;其中k 的取值范围为:[max(1,n+1-M),min(n,K)],其中n 范围为[1,K+M-1];在高等数学中,函数f (x )的积分dx x f ⎰∞∞-)(的图形解释就是曲线f (x )与x 轴之间所包围的面积的代数和。
卷积也是积分,因此与一般积分相似,具有求曲线与横轴间所包围面积的含义。
但是被积函数是()()ττ-t f f 21,且卷积是对变量τ进行积分,因此卷积的结果()t g 是一个时间变量t 的函数。
两函数卷积就是把其中一个函数沿纵轴反转,然后再把反转后的图形向右平移t ,求出该时刻二图形乘积所形成的曲线下的面积,就是该时刻的卷积值。
随着t 值不断增大,反转后的曲线不断向右平移,就可以得到t 为任意值时的卷积值。
离散卷积的编程思想与此类同,将一个序列反转,然后求m 不同时各采样点的乘积的和。
【示例】鉴于卷积程序是数字处理的第一次实验,只给出卷积的一个简单示例程序,也可参考Matlab 库文件中的conv.m 文件。
示例程序如下:function y=conn(x1,x2) %conn 函数实现输入序列x1和x2的循环卷积,fn 为输出序列 L=length(x1); %定义输入x1序列的长度M=length(x2); %定义输入x2序列的长度 for n=1:L+M-1y(n)=0; for m=1:M k=n-m+1;if (k>=1&k<=L)y(n)=y(n)+x2(m)*x1(k); %将x1反转与x2对应相乘,并求和 end end end此程序调用格式为y=conn(x,h)输入两个数据长度相同的数据,调用此函数即可。
一、实验目的1. 理解信号卷积的概念及其物理意义。
2. 掌握信号卷积的计算方法,包括连续卷积和离散卷积。
3. 分析卷积运算在信号处理中的应用,如信号滤波、信号重构等。
二、实验原理1. 信号卷积的概念信号卷积是指两个信号x(t)和h(t)的乘积在时间域上的积分。
卷积运算可以描述信号之间的相互作用和影响,对于信号处理、通信系统、控制系统等领域具有重要的应用。
2. 卷积的数学表示(1)连续卷积设x(t)和h(t)为两个连续信号,它们的卷积y(t)可以表示为:y(t) = ∫[x(τ)h(t-τ)]dτ(2)离散卷积设x[n]和h[n]为两个离散信号,它们的卷积y[n]可以表示为:y[n] = ∑[x[k]h[n-k]]3. 卷积的性质(1)交换律:x(t) h(t) = h(t) x(t)(2)结合律:(x(t) h(t)) g(t) = x(t) (h(t) g(t))(3)分配律:x(t) (h(t) + g(t)) = x(t) h(t) + x(t) g(t)(4)卷积的导数:d/dt(x(t) h(t)) = x(t) d/dt(h(t))三、实验仪器与设备1. 双踪示波器2. 信号源3. 信号处理模块4. 计算机5. MATLAB软件四、实验内容与步骤1. 连续信号卷积实验(1)选择两个连续信号,如方波信号和三角波信号。
(2)利用示波器观察两个信号的波形。
(3)通过计算机计算两个信号的卷积,并观察卷积结果的波形。
2. 离散信号卷积实验(1)选择两个离散信号,如单位阶跃信号和单位冲激信号。
(2)利用示波器观察两个信号的波形。
(3)通过计算机计算两个信号的卷积,并观察卷积结果的波形。
3. 卷积运算在信号处理中的应用实验(1)信号滤波:选择一个信号,如含噪声的信号,通过卷积运算实现滤波操作,去除噪声。
(2)信号重构:选择一个信号,如被压缩的信号,通过卷积运算实现信号重构,恢复原始信号。
五、实验结果与分析1. 连续信号卷积实验结果通过实验,我们可以观察到连续信号卷积的结果。
电 子 科 技 大 学实 验 报 告学生姓名:苏晓菁 学 号:2804301026 指导教师:张鹰 一、实验室名称:信号与系统实验室二、实验项目名称:离散系统的冲激响应、卷积和 三、实验原理:线性时不变系统的输入输出关系可通过冲激响应][n h 表示∑∞-∞=-=*=k k n h k x n h n x n y ][][][][][其中*表示卷积运算,MATLAB 提供了求卷积函数conv ,即 y =conv(x,h)filter 命令计算线性常系数差分方程表征的因果LTI 系统在某一给定输入时的输出。
具体地说,考虑一个满足下列差分方程的LTI 系统:∑∑==-=-Mm m Nk k m n x b k n y a 0][][式中x [n ]是系统输入,y [n ]是系统输出。
若x 是包含在区间1-+≤≤xx xNn n n 内x [n ]的一个MATLAB 向量,而向量a 和b 包含系数k a 和k b ,那么y=filter(b,a,x)就会得出满足上面差分方程的因果LTI 系统的输出。
四、实验目的:目的:加深对离散系统冲激响应、卷积和分析方法的理解。
五、实验内容:实验内容(一)、使用实验仿真系统 实验内容(二)、MATLAB 仿真六、实验器材(设备、元器件):计算机、MATLAB 软件。
七、实验步骤:实验内容(一)、使用实验仿真系统1、 在MATLAB 环境下输入命令 >>xhxt启动《信号与系统》MATLAB 实验工具箱。
2、启动工具箱主界面,进入实验二的启动界面 3、设定输入序列][21n a a a x = 和][21m b b b y=,观测离散信号的卷积和的波形。
4、由离散系统的差分方程求输出。
实验内容(二)、MATLAB 仿真1、考虑有限长信号1,05[]0,n x n n≤≤⎧=⎨⎩其余,05[]0,n n h n n≤≤⎧=⎨⎩其余利用conv 计算[][]*[]y n x n h n =的非零样本值,并将这些样本存入向量y 中。
深圳大学实验报告课程名称:信号与系统实验项目名称:信号的卷积实验学院:专业:指导教师:报告人:学号:班级:实验时间:2019年5月20日星期一实验报告提交时间:2019年5月24日星期五教务部制1、掌握信号的卷积运算。
2、掌握系统的输入、单位冲激响应和输出间的卷积关系。
二、实验内容1、测量信号的卷积运算并与理论计算值比较。
三、实验仪器1、ELF-BOX 实验箱一台(主板)。
2、电脑一台。
3、线性系统综合实验模块一块。
4、导线若干条。
5、示波器RIGOL DS1102E 。
四、实验原理考察下图RC 积分电路:由电路分析可知,电容两端的电压为:⎰---+=tt RC c RCt c d e e RCV et V _0)(1)(1_)0()(τττ其中e (t )为系统的输入信号,V c (t)为系统的输出信号,V C (0-)为电容C 两端的起始电压,又称为系统的初始状态。
若V C (0-)=0,则上式为⎰--=tt RC c d e e RCt V 0)(1)(1)(τττ显然,上图电路系统等价于如下LTI 系统,其中,x (t )= e (t )u(t),y (t )= V c (t),11()t RCh t e RC-=为系统的单位冲激响应。
x (t ) y (t )其输入输出符合卷积运算:()()()y t x t h t =*。
tRC e RCt h 11)(-=1、把220V电源线插到插座上,给主板插上USB打印机线,完成后把ELF-BOX的电源开关打开,开关指示灯变成红色,同时箱子上的指示灯也变成红色,接着会看到ELF-BOX执行自检程序。
当自检完成后才能正常使用。
2、主板上有5个节点是专用的电源口,正面看从左到右分别为+12v、-12v、GND、-5v、+5v。
模块使用的是正负12V和地,模块的电源接口一一对应,把线性系统综合实验模块插在主板上。
按照孔位对准插入,两只手分别按下模块,直到端子和实验箱的孔完全接触。
TongXinYuanLiTONGXINYUANLI SHIYANXITONG ZHIDAOSHU高等学校信息工程类专业系列教材通信原理实验系统指导书研发中心编写组编著武汉凌特电子技术有限公司目录实验一CPLD可编程数字信号发生器实验 (1)实验二模拟信号源实验 (7)实验三抽样定理和PAM调制解调实验 (13)实验四脉冲编码调制解调实验 (21)实验五两路PCM时分复用实验 (35)实验六两路PCM解复用实验 (41)实验七振幅键控(ASK)调制与解调实验 (45)实验八移频键控FSK调制与解调实验 (52)实验九移相键控(PSK/DPSK)调制与解调实验 (60)实验十载波同步提取实验 (69)实验十一位同步提取实验 (76)实验十二帧同步提取实验 (86)武汉凌特电子技术有限公司LTE-TX-02E型通信原理实验指导书实验一CPLD可编程数字信号发生器实验一、实验目的1、熟悉各种时钟信号的特点及波形。
2、熟悉各种数字信号的特点及波形。
二、实验内容1、熟悉CPLD可编程信号发生器各测量点波形。
2、测量并分析各测量点波形及数据。
3、学习CPLD可编程器件的编程操作。
三、实验器材1、信号源模块一块2、连接线若干3、20M双踪示波器一台四、实验原理CPLD可编程模块用来产生实验系统所需要的各种时钟信号和各种数字信号。
它由CPLD 可编程器件ALTERA公司的EPM240T100C5、下载接口电路和一块晶振组成。
晶振JZ1用来产生系统内的32.768MHz主时钟。
1、CPLD数字信号发生器包含以下五部分:1)时钟信号产生电路将晶振产生的32.768MH Z时钟送入CPLD内计数器进行分频,生成实验所需的时钟信号。
通过拨码开关S4和S5来改变时钟频率。
有两组时钟输出,输出点为“CLK1”和“CLK2”,S4控制“CLK1”输出时钟的频率,S5控制“CLK2”输出时钟的频率。
2)伪随机序列产生电路通常产生伪随机序列的电路为一反馈移存器。
數字信號處理實驗報告實驗七、綜合練習題已知信號。
現對該信號進行頻譜分析,請用Matlab編程實現:1、選擇合適の抽樣頻率和記錄時間,對進行抽樣,要求抽樣得到の信號是周期の,且能分辨上述三個信號。
2、畫出上述信號の頻譜。
3、設計兩個巴特沃斯濾波器,將分離為,其中由獲得, 由獲得。
4、用升餘弦窗設計兩個濾波器,完成3の任務。
注:所有結果畫圖表示。
實驗內容及實驗結果:1、選擇合適の抽樣頻率和記錄時間,對進行抽樣,要求抽樣得到の信號是周期の,且能分辨上述三個信號。
2、畫出上述信號の頻譜。
以上兩問の實驗程序:clc;clear all;close all;t=0:0.00001:0.4;x=cos(2*pi*100*t)+0.5*cos(2*pi*105*t)+0.75*cos(2*pi*280*t); %原信號subplot(2,2,1);plot(t,x);grid on;title('原信號x(t)');t3=1/1000;L=50;n1=L/t3;D=2*pi/(n1*t3);n2=0:n1-1;x2=cos(2*pi*100*t3*n2)+0.5*cos(2*pi*105*t3*n2)+0.75*cos(2*pi*280*t3*n2);k1=floor(-(n1-1)/2:(n1-1)/2);Xw1=t3*fftshift(fft(x2));subplot(2,2,2);stem(k1*D/(2*pi),abs(Xw1));grid on;title('原信號頻譜X(f)');t10=1/1000;t2=0:t10:0.4;x3=cos(2*pi*100*t2)+0.5*cos(2*pi*105*t2)+0.75*cos(2*pi*280*t2); %抽樣後の信號subplot(2,2,3);stem(t2,x3,'b');grid on;title('抽樣信號');hold on;plot(t,x)L10=50;n10=L10/t10;D10=2*pi/(n10*t10);n11=0:n10-1;x10=cos(2*pi*100*n11*t10)+0.5*cos(2*pi*105*n11*t10)+0.75*cos(2*pi*280*n11*t10);k2=floor(-(n10-1)/2:(n10-1)/2);Xw11=t10*fftshift(fft(x10));subplot(2,2,4);stem(k2*D10,abs(Xw11));grid on;title('抽樣信號頻譜')以上兩問の實驗結果:3、設計兩個巴特沃斯濾波器,將分離為,其中由獲得, 由獲得。
信号的卷积实验报告信号的卷积实验报告引言:信号处理是一门重要的学科,它在各个领域都有广泛的应用。
信号的卷积是信号处理中的一项基本操作,它可以用于滤波、系统建模等多种应用场景。
本实验旨在通过实际操作,深入理解信号的卷积原理和应用。
实验目的:1. 理解信号的卷积原理;2. 学会使用实验仪器进行信号的卷积实验;3. 掌握信号的卷积在滤波和系统建模中的应用。
实验器材:1. 信号发生器;2. 示波器;3. 计算机。
实验步骤:1. 首先,我们将通过信号发生器产生两个信号,分别为输入信号和响应信号。
输入信号可以是一个正弦波、方波或者任意的复杂波形,而响应信号则可以是一个单位脉冲、高斯脉冲等。
2. 将输入信号和响应信号输入到示波器中,并观察两个信号的波形。
3. 使用计算机软件,对输入信号和响应信号进行采样,并进行离散化处理。
4. 将采样后的信号输入到计算机软件中的信号处理模块,进行卷积操作。
5. 观察卷积结果,并与理论计算结果进行对比。
实验结果与分析:通过实验,我们可以观察到输入信号与响应信号的卷积结果。
卷积操作可以将两个信号进行线性叠加,并得到一个新的信号。
这个新的信号可以反映出输入信号在响应信号下的变化情况。
在滤波应用中,卷积可以用于对输入信号进行滤波处理。
通过选择不同的响应信号,我们可以实现对输入信号的不同频率成分的滤除或增强。
例如,如果我们选择一个低通滤波器作为响应信号,那么卷积结果将会是输入信号的低频成分,高频成分则会被滤除。
在系统建模中,卷积可以用于描述系统的输入输出关系。
通过对输入信号和响应信号进行卷积操作,我们可以得到系统的输出信号。
这个输出信号可以用于分析系统的特性和性能。
实验总结:通过本次实验,我们深入理解了信号的卷积原理和应用。
信号的卷积是信号处理中的一项基本操作,它在滤波、系统建模等领域有着广泛的应用。
通过实际操作,我们不仅加深了对卷积原理的理解,还学会了使用实验仪器进行信号的卷积实验。
信号卷积实验
一、实验目的
1、理解卷积的概念及物理意义。
2、通过实验的方法加深对卷积运算的图解方法及结果的理解。
二、实验仪器
1、双踪示波器
1台
2 1块
3 1块
三、实验原理
卷积积分的物理意义是将信号分解为冲激信号之和,借助系统的冲激响应,求解系统对任意激励信号的零状态响应。
设系统的激励信号为)t (x ,冲激响应为)t (h ,则系统的零状态响应为:
)t (h *)t (x )t (y =⎰∞
∞
-ττ-=d )t (h )t (x
对于任意两个信号)t (f 1和)t (f 2,两者做卷积运算定义为:
⎰
∞
∞
-ττ-=d )t (f )t (f )t (f 21=)t (f 1*)t (f 2=)t (f 2*)t (f 1
(一) 两个矩形脉冲信号的卷积过程
两信号)t (x 与)t (h 都为矩形脉冲信号,如图7-1所示。
下面由图解的方法(图7-1)给出两个信号的卷积过程和结果,以便与实验结果进行比较。
≤<∞-t
2
10≤≤t 12
1
≤≤t 4
71≤
≤t ∞<≤t 22
1
4
7(b)
(a)
(c)(d)(e)(f)
(g)(h)(i)卷积结果
图7-1两矩形脉冲的卷积积分的运算过程与结果
图解法的一般步骤为:
(1)置换)(τ→t ,即)()(11τf t f →,)()(22τf t f →。
(2)反褶)(ττ-→,即)()(22τ-→f t f 。
(3)平移)(ττ-→t ,即)()(22ττ-→-t f f 。
(4)相乘,即)()(21ττ-t f f 。
(5)积分,即
τττd t f f ⎰
+∞
∞
--)()(21。
(二) 矩形脉冲信号与锯齿波信号的卷积
信号)(t f 1为锯齿波信号,)t (f 2为矩形脉冲信号,如图7-2所示。
根据卷积积分的运算方法得到)t (f 1和)t (f 2的卷积积分结果)(t y ,如图7-2(i)所示。
图g 平移相乘图h 平移相乘图i 积分输出卷积结果
图7-2矩形脉冲信号与锯齿脉冲信号的卷积积分的结果
(三)本实验进行的卷积运算的实现方法
本系统采用了DSP数字信号处理芯片,因此在处理模拟信号的卷积积分运算时是先通过A/D转换器把模拟信号转换为数字信号,利用所编写的相应程序控制DSP芯片实现数字信号的卷积运算,再把运算结果通过D/A转换为模拟信号输出。
结果与模拟信号的直接运算结果是一致的。
数字信号处理系统逐步和完全取代模拟信号处理系统是科学技术发展的必然趋势。
(四)数字信号处理模块产生的信号
数字信号处理模块内部可产生两个占空比可调的方波和锯齿波信号,当把S4模块的S3开关第8位拨为1时,系统信号固定为幅度2.5V、频率500Hz、占空比为50%的方波信号;当把S4模块的S3开关第8位拨为0时,系统信号固定为幅度5V、频率500HZ、占空比50%的锯齿波信号。
其对应测试点为TP2。
拨码开关第8位输出波形类型输出波形占空比
1 方波50%
0 锯齿波50%
通过改变拨码开关的前7位可以改变矩形波和锯齿波的占空比。
拨码开关前七位占空比
矩形波、锯齿波1000000 43.75%
四、实验步骤
任务一矩形脉冲信号的自卷积
P2
P9。
②模块开电,调节信号源模块使P2输出方波信号:扫频开关S3拨至“OFF”,调节“ROL1”使方波的频率为500Hz,调节“模拟输出幅度调节W1”使幅度为1V。
然后长按“ROL1”旋钮约2秒钟后,旋转调节“ROL1”,使数码管上显示数据“50”(即占空比为50%)。
③将拨动开关SW1调整为“00000010”,即设置为自卷积功能。
④按下复位键S2。
⑤将示波器的探头CH1接于P2;探头CH2接于TP1。
对比观察占空比为50%的输入信号与卷积后输出信号波形。
本实验中,采用的是两个矩形脉冲信号卷积,最后在TP1上应可观测到一个三角波。
⑥改变矩形波占空比,观测自卷积输出。
长按信号源模块的“频率调节”旋钮后,使其切换到方波占空比设置功能。
再旋转“频率调节”旋钮,改变信号源模块的P2输出矩形波的占空比至25%。
用示波器探头1观测信号源模块的P2,可观测到矩形波的占空比变化。
用示波器探头2观测数字信号处理模块的TP1,观测在矩形波占空比变化时,卷积信号输出的变化情况。
⑦改变矩形波的幅度,观测自卷积输出。
调节信号源模块的“模拟输出幅度调节W1”使P9幅度为2V。
用示波器分别观测信号源模块的P2和数字信号处理模块的TP1,了解矩形波幅度改变时,自卷积输出变化情况。
表7-1矩形信号自卷积的输入信号和输出信号
任务二矩形信号与矩形信号的互卷积
激励信号为幅度1V、频率500Hz、占空比约为50%的方波信号,由信号源模块提供并输入到数字信号处理模块的P9。
将S4模块的S3开关第8位拨为1,系统信号固定为幅度2.5V、频率500Hz、占空比为50%的方波信号,由数字信号处理模块内部产生,其对应测试点为TP2。
卷积输出测试点为TP1。
①模块关电,P2
P9。
②模块开电,调节信号源模块使P2输出方波信号:扫频开关S3拨至“OFF”,调节“ROL1”使方波的频率为500Hz,调节“模拟输出幅度调节W1”使幅度为1V。
然后长按“ROL1”旋钮约2秒钟后,旋转调节“ROL1”,使数码管上显示数据“50”(即占空比为50%)。
③将拨动开关SW1调整为“00000011”,即设置为互卷积功能;将拨码开关S3拨为“00000001”,即设置TP2输出为矩形波信号。
④按下复位键S2。
⑤将示波器的探头CH1接于P2;探头CH2接于TP1。
对比观察占空比为50%的输入信号与占空比为50%的矩形信号卷积后输出信号波形。
本实验中,采用的是两个矩形脉冲信号卷积,最后在TP1上应可观测到一个三角波。
⑥改变矩形波占空比,观测互卷积输出。
长按信号源模块的“频率调节”旋钮后,使其切换到方波占空比设置功能。
再旋转“频率调节”旋钮,改变信号源模块的P2输出矩形波的占空比至25%。
用示波器探头1观测信号源模块的P2,可观测到矩形波的占空比变化。
用示波器探头2观测数字信号处理模块的TP1,观测在矩形波占空比变化时,卷积信号输出的变化情况。
也可以通过改变拨码开关S3前7位的值来改变系统信号的占空比。
进而观测卷积信号
输出的变化情况。
⑦ 改变矩形波的幅度,观测互卷积输出。
调节信号源模块的“模拟输出幅度调节W1”使P9幅度为2V 。
用示波器分别观测信号源模块的P2和数字信号处理模块的TP1,了解矩形波幅度改变时,自卷积输出变化情况。
表7-2矩形信号与矩形信号互卷积的输入信号和输出信号
任务三 矩形信号与锯齿波信号的互卷积
激励信号为幅度1V 、频率500Hz 、占空比约为50%的方波信号,由信号源模块提供并输入到数字信号处理模块的P9;将S4模块的S3开关第8位拨为0,系统信号固定为幅度5V 、频率500Hz 、占空比50%的锯齿波信号,锯齿波信号由数字信号处理模块内部产生,其对应测试点为TP2。
卷积输出测试点为TP1。
① P2P9。
② 模块开电,调节信号源上相应的旋钮,使P2为幅度1V 、频率500HZ 、占空比50%的矩形波。
③ SW1调整为“00000011”,即设置为互卷积功能;将拨码开关S3拨为“00000000”,即设置TP2输出为锯齿波波信号。
并按复位键S2。
④ TP2,观测锯齿波的波形。
⑤ 的TP1,观测卷积后输出信号的波形。
⑥ 改变矩形波占空比,观测互卷积输出。
长按信号源模块的“频率调节”旋钮后,使其切换到方波占空比设置功能。
再旋转“频率调节”旋钮,改变信号源模块的P2输出矩形波的占空比至25%。
用示波器探头1观测信号源模块的P9,可观测到P9输出矩形波的占空比变化。
用示波器探头2观测数字信号处理
模块的TP1,可观测矩形波占空变化为25%时,互卷积信号输出的变化情况。
⑥改变锯齿波占空比,观测互卷积输出。
改变拨码开关S3的前7位,设置锯齿波输出为不同占空比的信号,用示波器探头1观测数字信号处理模块的TP2,可观测到TP2输出锯齿波的占空比变化。
用示波器探头2观测数字信号处理模块TP1,可观测不同占空比下的锯齿波与矩形波的互卷积输出的变化情况。
⑦改变矩形波的幅度,观测互卷积输出。
调节信号源模块的“模拟输出幅度调节W1”使P9幅度为2V。
用示波器分别观测信号源模块的P2和数字信号处理模块的TP1,了解矩形波幅度改变时,互卷积输出变化情况。
表7-3矩形信号与锯齿波信号互卷积的输入信号和输出信号
五、实验报告
1、按要求记录各实验数据填写表7-1。
2、按要求记录各实验数据填写表7-2。
3、按要求记录各实验数据填写表7-3。