实验五滤波器的频率特性测试

实验三 低通、高通滤波器的幅频特性一、实验目的㈠ 进一步熟悉DSP 实验系统的结构、组成及使用方法。

㈡ 了解数字低通、高通滤波器的特点，学习数字滤波器幅频特性的测量方法。

㈢ 观察数字滤波器频响特性的周期延拓性。

二、实验原理㈠ 用DSP 实验系统实现数字滤波器一个线性时不变离散系统，或者说一个数字系统可以用系统函数来表示：∑∑=-=--=N i ii Ni ii z a zb z H 101)(也可以用差分方程表示: ∑∑==-+-=Ni iN i ii n y a i n x b n y 1)()()(由以上两个公式中,当i a 至少有一个不为0时,表达的是一个IIR 数字滤波器;当i a 全都为0时,表达的是一个FIR 数字滤波器。

FIR 数字滤波器可以看成是IIR 数字滤波器i a 全都为0时的一个特例。

通常,我们把FIR 滤波器的系统函数表示为 H Z h n Zn N n()()==--∑01其差分方程表示为y n h i x n i i N ()()()=-=-∑01例如:已知一个用双线性变换法设计的三阶低通IIR 数字滤波器，采样频率F s =4KHz,其3dB 截止频率为1KHz,它的传递函数2321333121)(----++++=zz z z z H 为了用数字信号处理实验系统实现这个滤波器,我们对上式还需进行处理,将其化成一般表示式232123213333.0116667.05.05.016667.031161212161)(--------++++=++++=z z z z z zz z z H 由上式可知,传递函数的各系数为16667.00=b 5.01=b 5.02=b 16667.03=b 01=a 3333.02-=a 03=a相应的差分方程为)2(3333.0)3(16667.0)2(5.0)1(5.0)(16667.0)3()2()1()3()2()1()()(3213210---+-+-+=-+-+-+-+-+-+=n y n x n x n x n x n y a n y a n y a n x b n x b n x b n x b n y将以上差分方程的计算过程及采样频率Fs 、电路阶数N =3编写成TMS320Cxx 执行程序,输入实验系统,即可实现这个IIR 数字低通滤波器。

电路仿真作业吴东升 学号:2011213952 一 实验目的：1.掌握Pspice 仿真软件的使用。

2.掌握巴特沃斯滤波器的基本设计方法。

二 实验题目：（1）这是一个五阶低通滤波器，其传输函数表示为：551()()kk w s H s s s ==-∏k s = -9.7675 +29.8589i 、-9.7675 -29.8589i 、-25.2612 +18.6770i 、-25.2612 -18.6770i 、-31.4159（k=1,2,3,4,5）五阶低通传输函数可转换成以下式子：再通过滤波器设计参考书来确定参数。

通过以上的公式变换我们就能获得所需要的参数，令c1=c2=0.01uf,则 R1=R2=R=1/w0=1/2π*5krad/s=3180Ω ,1/Q=0.618,可将该五阶滤波器当作俩个二阶滤波器和一个一阶滤波器的级联。

两个二阶滤波器的传输函数分别为所以u=3-0.618=2.382所以第一级u=3-0.618=2.382 Rb/Ra=u-1=1.382。

第二级u=3-1.618=1.382 Rb/Ra=u-1=0.382。

一阶传输函数为：所以相关参数为：（2）由此可画电路图如下：设置为：运行后如下：（3）-20lgX1=-3 X1=-20lgX2=-10 X2=10(1/2)-20lgX3=-40 X3=100V=Vm/X Vm=164.484mV找到对应的V即可找到对应的频率。

横轴为频率f, 纵轴为DB(V(Out)),频率特性如下:由此可得-3db带宽为5.0269kHZ：-10db带宽为6.1974kHZ：-40db带宽为12.534kHZ:。

自动控制原理实验实验一 典型环节的电模拟及其阶跃响应分析一、实验目的⑴ 熟悉典型环节的电模拟方法。

⑵ 掌握参数变化对动态性能的影响。

二、实验设备⑴ CAE2000系统（主要使用模拟机，模/数转换，微机，打印机等）。

⑵ 数字万用表。

三、实验内容１．比例环节的模拟及其阶跃响应微分方程 )()(t Kr t c -= 传递函数 =)(s G )()(s R s C K -= 负号表示比例器的反相作用。

模拟机排题图如图9-1所示，分别求取K=1，K=2时的阶跃响应曲线，并打印曲线。

图9-1 比例环节排题图 图9-2 积分环节排题图 ２．积分环节的模拟及其阶跃响应微分方程 )()(t r dtt dc T= 传递函数 sKTs s G ==1)(模拟机排题图如图9-2所示，分别求取K=1，K=0.5时的阶跃响应曲线，并打印曲线。

３．一阶惯性环节的模拟及其阶跃响应微分方程 )()()(t Kr t c dtt dc T=+ 传递函数 1)(+=TS KS G模拟机排题图如图３所示，分别求取K=1, T=1; K=1, T=2; K=2, T=2 时的阶跃响应曲线，并打印曲线。

４．二阶系统的模拟及其阶跃响应微分方程 )()()(2)(222t r t c dt t dc T dt t c d T =++ξ传递函数 121)(22++=Ts s T s G ξ2222nn n s s ωξωω++= 画出二阶环节模拟机排题图，并分别求取打印： ⑴ T=1，ξ=0.1、0.5、1时的阶跃响应曲线。

⑵ T=2，ξ=0.5 时的阶跃响应曲线。

四、实验步骤⑴ 接通电源，用万用表将输入阶跃信号调整为2V 。

⑵ 调整相应系数器；按排题图接线，不用的放大器切勿断开反馈回路（接线时，阶跃开关处于关断状态）；将输出信号接至数/模转换通道。

⑶ 检查接线无误后，开启微机、打印机电源；进入CAE2000软件，组态A/D ，运行实时仿真；开启阶跃输入信号开关，显示、打印曲线。

物理与电子信息工程学院实验报告实验课程名称：数字信号处理实验名称：FIR数字滤波器设计与软件实现班级：1012341姓名：严娅学号：101234153成绩：_______实验时间：2012年12月20 日一、实验目的（1）掌握用窗函数法设计FIR 数字滤波器的原理和方法。

（2）掌握用等波纹最佳逼近法设计FIR 数字滤波器的原理和方法。

（3）掌握FIR 滤波器的快速卷积实现原理。

（4）学会调用MATLAB 函数设计与实现FIR 滤波器。

二、实验原理1、用窗函数法设计FIR 数字滤波器的原理和方法。

如果所希望的滤波器的理想频率响应函数为 )(ωj d e H ，则其对应的单位脉冲响应为)(n h d =π21ωωωππd e e H j j d )(⎰- （2-1）窗函数设计法的基本原理是用有限长单位脉冲响应序列)(n h 逼近)(n h d 。

由于)(n h d 往往是无限长序列，且是非因果的，所以用窗函数)(n ω将)(n h d 截断，并进行加权处理，得到：)(n h ＝)(n h d )(n ω (2-2))(n h 就作为实际设计的FIR 数字滤波器的单位脉冲响应序列，其频率响应函数)(ωj d e H 为：)(ωj d e H ＝∑-=-1)(N n j e n h ω (2-3) 式中，N 为所选窗函数)(n ω的长度。

由第七章可知，用窗函数法设计的滤波器性能取决于窗函数)(n ω的类型及窗口长度N 的取值。

设计过程中，要根据对阻带最小衰减和过渡带宽度的要求选择合适的窗函数类型和窗口长度N 。

各种类型的窗函数可达到的阻带最小衰减和过渡带宽度见第七章。

这样选定窗函数类型和长度N 后，求出单位脉冲响应)(n h ＝)(n h d ·)(n ω，并按式（2-3）求出)(ωj e H 。

)(ωj e H 是否满足要求，要进行验算。

一般在)(n h 尾部加零使长度满足于2的整数次幂，以便用FFT 计算)(ωj e H 。

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。

第一部分正文实验一常用信号观察一、实验目的：1．了解常用波形的输出和特点；2．了解相应信号的参数；3．了解示波器与函数发生器的使用；4．了解常用信号波形的输出与特点。

二、实验原理：描述信号的方法有很多可以是数学表达式（时间的函数），也可以是函数图形（即为信号的波形）。

信号的产生方式有多种，可以是模拟量输出，也可以是数字量输出。

本实验由数字信号发生器产生，是数字量输出，具体原理为数字芯片将数字量通过A/D 转换输出，可以输出广泛频率范围内的正弦波、方波、三角波、锯齿波等等。

示波器可以暂态显示所观察到的信号波形，并具有信号频率、峰值测量等功能。

三、实验内容：1．由数字信号发生器产生正弦波、三角波、方波以及锯齿波并输入示波器观察其波形。

2．使用示波器读取信号的频率与幅值。

四、实验设备：1．函数信号发生器一台2．数字示波器一台。

五、实验步骤：1．接通函数发生器的电源，连接示波器。

2．利用函数发生器产生各种基本信号波形，并将波形结果导入计算机中，保存图像，写出各种信号的数学表达式。

六、实验结果：根据实验测量的数据，绘制各个信号的波形图，并写出相应的数学函数表达式。

该试验包括交流：① 该正弦信号的数学表达式为：)1001sin(4t y π=图1-1输入正弦波（Hz 504，V ±） ② 该方波的数学表达式为： )]02.001.0()02.0([4∑∞-∞=----=k k t u k t u y图1-2 输入方波（Hz 504，V ±） ③ 该三角波的数学表达式为：∑∞-∞=-------+-----=k k t u k t u k t k t u k t u k t y )]}02.002.0()02.001.0()][02.0(02.0[800)]02.001.0()02.0()[02.0(800{图1-3 输入三角波（Hz 504，V ±） ④ 该锯齿波的数学表达式为：∑∞-∞=-----=k k t u k t u k t y )]}02.002.0()02.0()[02.0(400{图1-4 输入锯齿波（Hz 504，V ±） 实验的一些问题：数字信号发生器的示值与示波器测量有一定的误差。

实验五抽样定理实验一、实验目的1、了解抽样定理在通信系统中的重要性。

2、掌握自然抽样及平顶抽样的实现方法。

3、理解低通采样定理的原理。

4、理解实际的抽样系统。

5、理解低通滤波器的幅频特性对抽样信号恢复的影响。

6、理解低通滤波器的相频特性对抽样信号恢复的影响。

7、理解带通采样定理的原理。

二、实验器材1、主控&信号源、3号模块各一块2、双踪示波器一台3、连接线若干三、实验原理1、实验原理框图图1-1 抽样定理实验框图2、实验框图说明抽样信号由抽样电路产生。

将输入的被抽样信号与抽样脉冲相乘就可以得到自然抽样信号，自然抽样的信号经过保持电路得到平顶抽样信号。

平顶抽样和自然抽样信号是通过开关S1切换输出的。

抽样信号的恢复是将抽样信号经过低通滤波器，即可得到恢复的信号。

这里滤波器可以选用抗混叠滤波器（8阶3.4kHz的巴特沃斯低通滤波器）或FPGA数字滤波器（有FIR、IIR两种）。

反sinc滤波器不是用来恢复抽样信号的，而是用来应对孔径失真现象。

要注意，这里的数字滤波器是借用的信源编译码部分的端口。

在做本实验时与信源编译码的内容没有联系。

四、实验步骤实验项目一抽样信号观测及抽样定理验证概述：通过不同频率的抽样时钟，从时域和频域两方面观测自然抽样和平顶抽样的输出波形，以及信号恢复的混叠情况，从而了解不同抽样方式的输出差异和联系，验证抽样定理。

信号源：MUSIC 模块3：TH1(被抽样信号)将被抽样信号送入抽样单元信号源：A-OUT 模块3：TH2(抽样脉冲)提供抽样时钟模块3：TH3(抽样输出)模块3：TH5(LPF-IN) 送入模拟低通滤波器2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【抽样定理】。

调节主控模块的W1使A-out输出峰峰值为3V。

3、此时实验系统初始状态为：被抽样信号MUSIC为幅度4V、频率3K+1K正弦合成波。

抽样脉冲A-OUT为幅度3V、频率9KHz、占空比20%的方波。

实验五微波的传输特性和基本测量0 前言在微波测量技术中,微波测量的主要内容是频率、驻波比、功率等基本参数。

在微波工程设计中，多数情况下由于边界条件的复杂性，理论分析往往只能获得近似解，最终要通过微波测量来解决，因此，掌握微波测量技术对今后实际科研工作是非常有用的。

1 实验目的(1)初步了解微波测量系统，了解微波器件的使用和特性。

(2)了解微波测量技术，微波的传输特性。

(3)熟悉测量微波的基本参数：频率、驻波比。

(4)了解微波波导波长以及自由空间波长之间的关系。

2 原理2.1 频率的测定由于波长与频率满足关系λ=c/f,因此波长的测量和频率的测量是等效的。

在分米波和厘米波波段，频率的测量常采用谐振腔式波长计，而谐振腔波长计又可分两种：即是传输型谐振腔波长计和吸收型谐振腔波长计。

传输型谐振腔有两个耦合元件，一个将能量从微波系统输入谐振腔，另一个将能量从谐振腔输出到指示器。

当谐振腔调谐于待测频率时，能量传输最大，指示器的读数也最大。

吸收式波长计的谐振腔只有一个输入端与能量传输线路衔接，调谐是从能量传输线路接收端指示器读数的降低看出。

本实验所用的是吸收式波长计：如图（5—1）所示。

此波长计由传输波导与圆柱形谐振腔构成。

连接处利用长方形孔作磁耦合，螺旋测微计（读数结构）在旋转时与腔内活塞同步。

利用波长表可以测量微波信号源的频率。

当构成波长计的空腔与传输的电磁波失谐时，它既不吸收微波功率，也基本不影响电磁波的传输。

这种当谐振腔内活塞移动到一定位置，腔的体积正好使腔谐振于待测信号的频率，就有一部分电磁波耦合到腔内并损耗在腔壁上，从而使通过波导的信号减弱，即旋转波长表的测微头，当波长表与被测频率谐振时，将出现吸收峰。

反映在检波指示器上是一跌落点，此时读出波长表测微头的读数，再从波长表频率对照表上查出对应的频率。

如图（5—2）为不同谐振腔波长计的谐振曲线。

图5—１ 吸收式波长计图5—2 谐振腔波长计谐振曲线(a)为传输型谐振腔波长计谐振曲线 (b)为吸收型谐振腔波长计谐振曲线2.2 波导波长以及驻波比的测量：关于驻波比，定义为波导中驻波极大值点与驻波极小值点的电场之比。

实验五2019年12月5日一、实验目的1。

加深对数字滤波器分类与结构的了解。

2.掌握数字滤波器各种结构相互间的转换方法与MATLAB子函数.3。

加深对模拟滤波器基本类型、特点和主要设计指标的了解。

4.掌握模拟低通滤波器原型的设计方法与相关MATLAB子函数。

5。

理解模拟频域变换法，掌握使用模拟低通滤波器原型进行频率变换及设计低通、高通、带通、带阻滤波器的方法。

6。

了解模拟频率变换的MATLAB子函数及其使用方法.7。

理解脉冲响应不变法设计IIR数字滤波器的基本方法，掌握使用模拟滤波器原型进行脉冲响应变换的方法。

8.了解脉冲响应变换的MATLAB子函数及其使用方法.二、实验用到的MATLAB函数1。

tf2latc 将数字滤波器由直接型转换为格型结构2。

latc2tf 将数字滤波器由格型结构转换为直接型3.buttord 确定巴特沃兹滤波器的阶数和3dB截止频率4.cheb1ord 确定切比雪夫I型滤波器的阶数和3dB截止频率5。

cheb2ord 确定切比雪夫II型滤波器的阶数和3dB截止频率6。

ellipord 确定椭圆滤波器的阶数和3dB截止频率7。

buttap 巴特沃兹模拟低通滤波器原型8。

cheb1ap 切比雪夫I型模拟低通滤波器原型9.cheb2ap 切比雪夫II模拟低通滤波器原型10.ellipap 椭圆模拟低通滤波器原型11。

poly 求某向量制定根所对应的特征多项式12。

poly2str 以习惯方式显示多项式13.pzmap 显示连续系统的零极点分布图14.lp2lp 低通到低通模拟滤波器转换15.lp2hp 低通到高通模拟滤波器转换16.lp2bp 低通到待遇模拟滤波器转换17。

lp2bs 低通到带阻模拟滤波器转换18.set 设置图形对象属性19。

impinvar 用脉冲响应不变法实现模拟到数字的滤波器转换三、实验原理1。

数字滤波器的分类离散LSI系统对信号的响应过程实际上就是对信号进行滤波的过程.因此，离散LSI系统又称为数字滤波器。