信号与系统实验指导书新
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实验要求 (2)概述 (3)实验一常用信号的分类与观察 (9)实验二信号的基本运算单元 (13)实验三信号的合成 (17)实验四线性时不变系统 (20)实验五信号的抽样与恢复（ＰＡＭ） (23)实验要求1．实验前必须充分预习，完成指定的预习任务。
预习要求如下：1）认真阅读实验指导书，分析、掌握实验电路的工作原理。
2）完成各实验“预备知识”中指定的内容。
3）熟悉实验任务。
4）复习实验中所用各仪器的使用方法及注意事项。
5）每次实验前写好实验预习报告。
2．使用仪器和实验箱前必须了解其性能、操作方法及注意事项，在使用时应严格遵守。
3．实验时接线要认真，相互仔细检查，确定无误才能接通电源。
4．实验时应注意观察，若发现有破坏性异常现象（例如有元件冒烟、发烫或有异味）应立即关断电源，保持现场，报告指导教师。
找出原因、排除故障，经指导教师同意再继续实验。
5．实验过程中需要改接线时，应关断电源后才能拆、接线。
6．实验过程中应仔细观察实验现象，认真记录实验结果(数据、波形、现象) 。
所记录的实验结果经指导教师审阅签字后再拆除实验线路。
7．实验结束后，必须关断电源、拔出电源插头，将仪器、设备、工具、导线等按规定整理，并将凳子摆放整齐。
8．实验后每个同学必须按要求独立完成实验报告。
概述1.1 电路组成概述在ZH5004“信号与系统”实验箱中，主要由以下功能模块组成：1、基本运算单元；2、信号的合成；3、线性时不变系统；4、零输入响应与零状态响应；5、二阶串联谐振、二阶并联谐振；6、有源与无源滤波器；7、PAM传输系统8、FDM传输系统；9、PAM抽样定理；10、二阶网络状态矢量；11、RC振荡器12、一阶网络13、二阶网络；14、反馈系统应用15、二次开发16、信号产生模块在“信号与系统”实验箱中，电源插座与电源开关在机箱的后面，电源模块在实验平台电路板的下面，它主要完成交流 220V到+5V、+12V、-12V的直流变换，给整个硬件平台供电。
另外在实验箱的内部还专门设计了信号产生与测试电路，以配合ZH5004实验箱的使用。
对于ZH5004信号产生模块各种信号的选择，学生可以通过键盘选择相应的信号用于实验测试。
ZH5004型信号与系统实验平台Z H5004 实验平台框图1.2 ZH5004信号产生模块的使用方法在ZH5004“信号与系统”实验箱的右下方有一“信号产生模块”，如下图所示：下面对ZH5004的信号产生模块的使用作一说明：一、信号指示灯的分类：在ZH5004“信号与系统”实验箱中有三类指示灯：1、电源指示灯（绿色）2、信号产生模块的模式指示灯（红色）3、信号输出指示灯（两组：分别用于信号A组与信号B组）（黄色）二、电源指示灯的含义在信号产生模块的最上面是三个电源指示灯，从左到右分别表示＋5V、＋12V、－12V，以指示电源是否正常。
三、模式指示灯的含义ZH5004信号产生模式指示灯有两个，用来指示当前信号产生模块的工作模式。
ZH5004信号产生模块工作于以下四种模式：表1.2.1 状态指示灯的含义四、信号输出指示灯的含义在模式10与模式11状态下，信号A组与信号B组输出指示灯：每组各六个，从上到下依次编号为D0、D1、D2、D3、D4、D5及E0、E1、E2、E3、E4、E5。
其相应编码与输出信号的类型如下表：表1.2.2：信号输出指示灯含义五、ZH5004按键的操作方式在ZH5004“信号与系统”实验箱上有两个按钮，主要用来选择信号模块的工作模式与输出信号的选择。
具体使用方式如下：1、信号输出模式选择：按下任一键不放，经4秒后，状态指示灯在00、01、10、11四个状态之间变化，如果为所需状态，松开按键即可。
2、输出信号选择：对于信号A组与B组的输出信号选择，按相应键即可，时间不要大于1秒。
当达到表1.2.2所示的信号时，信号输出端输出所需要的信号。
实验一常用信号的分类与观察一、实验目的1、观察常用信号的波形特点及其产生方法；2、学会使用示波器对常用波形参数的测量；3、掌握ZH5004信号产生模块的操作；二、预备知识1、学习“信号的描述、分类和典型示例”一节；2、学习示波器的使用方法；3、学习同步信号的观察手段；三、实验仪器1、Z H5004“信号与系统”实验箱一台；2、20MHz示波器一台；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。
常用的信号有：指数信号、正弦信号、指数衰减正弦信号、复指数信号、Sa（t）信号、钟形信号、脉冲信号等。
1、指数信号：指数信号可表示为at(。
对于不同的a取值，其波形表现为不同)Keft的形式，如下图所示：在ZH5004“信号与系统”实验平台的信号产生模块可产生a<0，t>0指数信号的波形。
通过示波器测量输出信号波形，测量指数信号的a 、K 参数。
2、 正弦信号：其表达式为)sin()(θ+⋅=t w K t f ，其信号的参数有：振幅K 、角频率 w 、与初始相位θ。
其波形如下图所示：通过示波器测量输出信号测量波形，测量正弦信号的振幅K 、角频率w 参数。
3、 指数衰减正弦信号：其表达式为⎩⎨⎧><=-)0()0(0)(t Ket t f ata>0, 其波形如下图：4、 复指数信号：其表达式为)sin()cos()()(wt ejK wt eK eK eK t f tttjw st⋅⋅+⋅⋅=⋅=⋅=+σσσ一个复指数信号可分解为实、虚两部分。
其中实部包含余弦衰减信号，虚部则为正弦衰减信号。
指数因子实部表征了正弦与余弦函数振幅随时间变化的情况。
一般0<σ，正弦及余弦信号是衰减振荡。
指数因子的虚部则表示正弦与余弦信号的角频率。
对于一个复信号的表示一般通过两个信号联合表示：信号的实部通常称之为同相支路；信号的虚部通常称之为正交之路。
利用复指数信号可使许多运算和分析得以简化。
在信号分析理论中，复指数信号是一种非常重要的基本信号。
5、 S a （t ）信号：其表达式为tt t Sa sin )(=。
Sa （t ）是一个偶函数，t=±π，±2π，…，±n π时，函数值等于零。
该函数在很多应用场合具有独特的应用。
其信号如下图所示：6、 钟形信号（高斯函数）：其表过式为2)()(τtEet f -=。
其信号如下图所示：7、 脉冲信号：其表达式为)()()(T t t t f --=εε，其中)(t ε为单位阶跃函数。
其信号如下图所示：8、 方波信号：信号为周期为T ，前T ／2期间信号为正电平信号，在T ／2期间信号为负电平信号。
其信号如下图所示：U (t)t五、 实验模块说明略六、 实验步骤（1.5学时）在下面实验中，按1.2节设置信号产生器的工作模式为11。
1、 指数信号观察：f(t)f(t)T通过信号选择键1，按1.2节设置A组输出为指数信号（此时信号输出指示灯为000000）。
用示波器测量“信号A组”的输出信号。
观察指数信号的波形，并测量分析其对应的a、K参数。
2、正弦信号观察：通过信号选择键1，按1.2节设置A组输出为正弦信号（此时A组信号输出指示灯为000101）。
用示波器测量“信号A组”的输出信号。
在示波器上观察正弦信号的波形，并测量分析其对应的振幅K、角频率w。
3、指数衰减正弦信号观察（正频率信号）：通过信号选择键1、按1.2节设置A组输出为指数衰减余弦信号（此时信号输出指示灯为000001），用示波器测量“信号A组”的输出信号。
通过信号选择键2、按1.2节设置B组输出为指数衰减正弦信号（此时信号输出指示灯为000010），用示波器测量“信号B组”的输出信号。
分析对信号参数的测量结果。
4、S a（t）信号观察：通过信号选择键1，按1.2节设置A组输出为Sa(t)信号（此时信号输出指示灯为000111），用示波器测量“信号A组”的输出信号。
并通过示波器分析信号的参数。
5、钟形信号（高斯函数）观察：通过信号选择键1，按1.2节设置A组输出为钟形信号（此时信号输出指示灯为001000），用示波器测量“信号A组”的输出信号。
并通过示波器分析信号的参数。
6、脉冲信号观察：通过信号选择键1，按1.2节设置A组输出为正负脉冲信号（此时模式指示灯为10，信号输出指示灯为001101），并分析其特点。
7、方波信号观察：通过信号选择键1，按1.2节设置A组输出为连续正负脉冲信号（此时模式指示灯为11，信号输出指示灯为001001），并分析其特点。
七、实验思考1、分析指数信号、正弦信号、指数衰减正弦信号、复指数信号、Sa（t）信号、钟形信号、脉冲信号的特点；2、按1.2节设置输出为复指数正频率信号（A组输出与B组输出同时观察）与复指数负频率信号（A组输出与B组输出同时观察），并说明这两类信号的特点。
3、写出测量指数信号、正弦信号、指数衰减正弦信号、复指数信号、Sa（t）信号、钟形信号、脉冲信号的波形参数；实验二 信号的基本运算单元一、 实验目的1、 掌握信号与系统中基本运算单元的构成；2、 掌握基本运算单元的特点；3、 掌握对基本运算单元的测试方法；二、 预备知识1、 学习“信号的运算”一节；2、 学习对一般电路模块输入、输出特性的测试方法；三、 实验仪器1、 Z H5004“信号与系统”实验箱 一台；2、 20MHz 示波器一台；四、 实验原理在“信号与系统”中，最常用的信号运算单元有：减法器、加法器、倍乘器、反相器、积分器、微分器等，通过这些基本运算单元可以构建十分复杂的信号处理系统。
因而，基本运算单元是“信号与系统”的基础。
五、 实验模块说明在ZH5004“信号与系统”实验箱中有一“基本运算单元”模块，该模块由六个单元组成，下面对其每一个单元的功能作一简单说明。
1、 加法器：其电路构成如下图所示在该电路中元件参数的取值为：K R R R R 104321====，其输出Y 与输入x1、x2的关系为：21x x Y +=2、 减法器：其电路构成如下图所示在该电路中元件参数的取值为：K R R R R 104321====，其输出Y 与输入x1、x2的关系为：12x x Y -=3、 倍乘器：其电路构成如下图所示在该电路中元件参数的取值为：K R R R 10321===，其输出Y 与输入x 的关系为：x Y ⋅=24、 反相器：其电路构成如下图所示在该电路中元件参数的取值为：K R R 1021==，其输出Y 与输入x 的关系为：x Y -=5、 积分器：其电路构成如下图所示在该电路中元件参数的取值为：uF K R 1.0C 10==、，其输出Y 与输入x 的关系为：⎰∞-=tdt t x RCY )(16、 微分器：其电路构成如下图所示在该电路中元件参数的取值为：uF K R 01.0C 1==、，其输出Y 与输入x 的关系为：dtt dx RCY )(=六、 实验步骤（1.5学时）在下面实验中，按1.2节设置信号产生器的工作模式为11。
