信号与系统实验指导

1、信号和系统实用指南信息与控制工程学院电子信息工程系先前的评论一、实验目的和基本要求信号与系统实验是与信号与系统同时设立的非独立实验，是对理论教学的深化和补充。通过实验，学生可以巩固和加深对自动控制原理的理解，进一步培养独立分析和解决问题的能力，同时注重培养学生的综合设计能力、创新能力、实事求是、严谨认真的科学作风和良好的实验习惯，为今后的工作和学习打下良好的基础。通过实验的学生应满足以下基本要求：(1)通过实验验证信号与系统课程的基础理论，进一步巩固和深化对基础知识的理解。(2)根据实验指导和相关数据，综合运用所学知识，钻研相关问题，学会独立设计实验，分析和解决问题，培养一定的实验研究能力和创

2、新能力。(3)能够正确使用实验设备，掌握实验原理，熟练使用计算机处理问题。(4)能够独立撰写实验报告，准确分析实验结果，及时发现和解决实验中的问题。二。实验项目总结序列号实验项目名称小时实验类型实验要求每组学生1信号的频谱分析2确认必须的12信号的时域采样2确认必须的13LTI体系的特征2确认必须的14系统模拟2确认选举的15过滤基础2全面的选举的1三、实验报告和评估方法要求学生独立完成实验。实验结束后，他们应该完成实验报告并按照学院的标准格式提交。学院教务处根据学生实验考核的相关文件精神，对实验过程中的出勤率、操作技能、实验结果和实验报告进行综合考核。实验结果占该课程平时成绩的1/3，并包含

3、在总成绩中。实验1:信号的频谱分析信号的频谱分析是将信号的时域表示经过傅里叶变换后转化为频域表示，从而获得信号在频域的分布特性使我们从频域的角度对信号的特性有了更深的理解。频谱分析，又称傅里叶分析，为我们提供了一种非常方便的信号表示和分析方法，是信号和系统分析中非常有用的工具，在信号和系统分析和研究中起着极其重要的作用。经过傅里叶变换后，可以得到信号的时域特征，这些特征可以用频谱图来表示。我们应该建立一个概念，即信号可以完全由其频谱图来表征。为了更好地理解和掌握傅里叶分析，我们给出以下实验内容。一、实验介绍在实验主页上用鼠标点击信号分析，将出现如下实验子页面：图1信号分析实验子页面在本实验中，

4、所选信号的频谱分析出现一个实验菜单：连续时间周期信号连续时间非周期信号离散时间周期信号离散时间非周期信号选择前四项中的一项，“光谱分析”的演示窗口将立即出现在计算机屏幕上(见图)。演示窗口由图形子窗口和文本子窗口组成。图形子窗口的上图是信号的时域波形，下图是相应信号的频谱分析结果。文本子窗口包含信号框、参数选择框、信息框和关闭框。通过用鼠标左键拖动波形或在参数选择框中选择参数，可以改变图形子窗口中的时域波形。信号盒为频谱分析提供输入信号源。信息框简要描述了实验内容的基本概念、基本性质和实验步骤。选择关闭框退出当前示范风二、实验内容(1)连续时间周期信号的频谱在频谱分析实验下，用鼠标左键双击连续

5、时间周期信号或点击运行图标进入该类信号的频谱分析演示窗口。在信号盒中，显示了三个周期信号，即正弦波、方波和锯齿波。此外，学生可以自己定义任何周期信号。用鼠标左键选择信号框的图标，选择一个信号进行频谱分析，信号的时域波形和频谱图将显示在图形子窗口中。图4当选择正弦波和锯齿波时，文本子窗口中有一个信号频率选项。用鼠标左键选择该选项并通过键盘输入，可以改变所选信号的频率。当选择周期性方波时，除了信号频率选项，占空比选项也在文本子窗口中给出。通过用鼠标左键选择该选项并通过键盘输入，可以改变周期性方波的占空比。时域波形的改变也可以通过用鼠标左键拖动波形上的某一点来实现。当信号的频率、幅度和占空比发生变化

6、时，信号的时域波形和频谱也会发生变化。根据实验要求，改变上述参数，观察时域波形和频谱图的变化，解释时域和频域的关系。(2)连续时间非周期信号的频谱在频谱分析实验下，用鼠标左键双击连续时间非周期信号或点击运行图标进入该类信号的频谱分析演示窗口。信号盒中给出了两种非周期信号，SINC函数和矩形脉冲。当选择其中之一时，信号的时域波形和频谱图将出现在图形子窗口中。在文本子窗口中，有一个信号带宽(W)选项，可以通过用鼠标左键选择该选项并通过键盘输入来改变。时域波形的改变也可以通过用鼠标左键拖动波形上的某一点来实现。当信号的带宽和幅度发生变化时，信号的时域波形和谱图也会发生变化。学生可以根据实验要求改变上

7、述参数，观察时域波形和频谱图的变化，解释时域和频域的关系。图5(3)离散时间周期信号的频谱在频谱分析实验下，用鼠标左键双击离散时间周期信号或点击运行图标进入该类信号的频谱分析演示窗口。在文本子窗口信号框中，给出了图示的方波序列，并且参数选择框提供了序列周期n和脉冲宽度参数N1(即脉冲宽度2N1 1)的选项。用鼠标选择参数选择框，然后通过键盘输入，改变方波序列的周期n或脉冲宽度参数N1的值。在保持周期n不变的情况下，通过改变序列的脉冲宽度参数N1来观察和记录信号频谱的变化。在保持脉冲宽度参数N1不变的情况下，通过改变序列周期n可以观察和记录信号频谱的变化，从而了解和掌握离散时间方波序列的频谱与周

8、期和脉冲宽度的关系。图6(4)离散时间非周期信号的频谱在频谱分析实验下，用鼠标左键双击离散时间非周期信号或点击运行图标进入该信号的频谱分析演示窗口。在文本子窗口中，信号框给出了图示的矩形脉冲序列，参数选择框提供了脉冲宽度参数N1(即脉冲宽度2N1 1)的选项。用鼠标左键选择参数选择框，然后通过键盘输入改变矩形脉冲序列的脉冲宽度。根据实验要求，在改变序列的脉宽参数时，观察并记录信号频谱的变化，从而了解和掌握离散时间方波序列的频谱与周期和脉宽的关系，并解释这种变化关系。图7注意：(1) f用鼠标左键双击实验仿真或点击运行图标进入信号频谱分析仿真系统。使用仿真系统编辑窗口上的仿真功能，点击鼠标启动开

9、始仿真，用鼠标打开频谱分析仪和示波器观察频谱分析结果和时域波形的变化，用鼠标打开相应的图标选择输入信号和滤波器截止频率。(6)信号分析演示用鼠标选择信号分析演示模块时，给出以下实验内容：方波的合成图像处理DSB信号选择其中一个观察信号变化的过程和结果。三。实验要求(1)连续时间周期信号的频谱分析A.实验前，根据理论分析，绘制了占空比为0.5、0.25和0.125的正弦波、锯齿波、方波1和方波2的频谱，并与实验结果进行了比较。B.当改变信号的频率和幅度时，观察并记录正弦波和锯齿波的时域波形和频谱，分析波形和频谱之间的变化关系。C.观察方波信号的频谱有两种方法：一种方法是在保持信号周期不变的情况下

10、，通过改变占空比来观察信号的频谱；另一种方法是通过改变信号的基频来观察信号的频谱，同时保持占空比不变。分析和解释两种方法下谱图的变化规律。d、在信号周期和占空比完全一致的情况下，比较方波1和方波2的频谱，并分析说明它们之间的异同。E.分析和解释锯齿波的频谱结构。F.在实验前画出信号的频谱，并与实验结果进行比较。(2)连续时间非周期信号的频谱分析A.实验前，根据理论分析，绘制了频带宽度受限时SINC函数、矩形脉冲和脉冲信号的时域波形和频谱，并与实验结果进行了比较。b .当SINC函数主瓣宽度和矩形脉冲信号脉宽发生变化时，观察并记录信号频谱图的变化，分析SINC函数主瓣宽度和矩形脉冲信号脉宽对频谱

11、的影响，解释信号时域和频域之间的变化关系。(3)离散时间周期信号的频谱分析A.在实验之前，根据理论分析，绘制了当周期N=10、脉冲宽度参数N1=2、N1=3(序列的脉冲宽度为2N1 1)时的图示方波序列的时域波形和谱图，并与实验结果进行了比较。实验前，根据理论分析，绘制了脉冲宽度参数N1=2，周期N=10，20和40时的方波序列的时域波形和频谱，并与实验结果进行了比较。c、在不改变序列周期的情况下，分析解释脉冲宽度参数变化时信号频谱的变化规律。d、分析解释序列的脉宽参数不变、周期变化时信号频谱的变化规律。E.观察并记录周期和脉宽参数变化时方波序列信号的频谱，并根据实验结果分析方波序列频谱与周期

12、和脉宽的关系。(4)离散时间非周期信号的频谱分析A.实验前，根据理论分析，画出脉冲宽度参数N1为3(即脉冲宽度为2N1乘7)时图示矩形脉冲序列的时域波形和频谱图，并与实验结果进行比较。当序列的脉宽参数N1取1和4时，观察并记录相应的时域波形和谱图的变化。从实验结果分析矩形脉冲序列的频谱与脉冲宽度之间的变化关系，并解释信号时域与频域之间的对应关系。第四，思考问题(1)当观察方波合成实验时，当谐波数n随着计算机应用和数字技术的发展，离散时间信号的处理更加灵活、快速和方便。基于采样定理，在一定条件下，通过采样可以将连续时间信号的分析和处理完全转化为离散时间信号的分析和处理，这可以大大简化连续时间信号

13、的分析和处理。为了更好地理解和掌握采样定理，我们进行了信号采样实验。一、实验介绍连续时间信号采样是以一定的采样频率从连续时间信号中提取等间隔的样本，从而将连续时间信号表示为离散时间样本。在某些条件下，连续时间信号可以完全由信号的瞬时值或采样值以相等的间隔表示，并且可以通过使用这些采样值来完全恢复信号。这个结论是基于抽样定理。采样定理的重要性在于它是连接连续时间信号和离散时间信号的桥梁。在实验主页上选择信号采样，将出现采样实验子页面(如图所示)。图1信号采样实验子页面在SIMULINK工具箱和MATLAB提供的仿真环境中进行连续时间采样。当您选择连续时间采样时，您将进入一个名为Chou_shi的

14、仿真系统编辑窗口(见下图)，在该窗口中给出了信号采样过程的系统仿真结构通过周期性脉冲对输入信号进行采样然后恢复的过程。使用图中的示波器，学生可以观察输入信号、滤波信号、采样函数、采样信号和采样过程中恢复的信号波形。通过观察和了解波形的变化，可以很好地理解和掌握采样过程和工作原理。图2信号采样的系统结构二、实验内容(1)选择输入信号输入信号来自图中的信号源。信号源是从SIMULINK的信号源模型库中的信号发生器功能模块中选择的，它提供了如图所示的四种波形：正弦波、方波、锯齿波和随机信号。用鼠标左键双击图标打开信号源，学生可以从中选择任何信号并指定信号源的频率和幅度。图3(2)示波器和采样功能参数

15、的确定在图中，示波器选择了SIMULINK的接收器模型库中的示波器功能模块。用鼠标左键双击图标打开示波器，然后修改示波器参数。采样功能来自于水槽模型库中脉冲发生器的功能模块。双击图标可更改采样功能的周期和幅度。(3)滤波器截止频率的确定用鼠标左键双击上图中的过滤器，过滤器将被打开。将滤波器的截止频率写入截止频率列表。(4)模拟开始使用模拟系统编辑窗口上的模拟功能开始模拟。具体操作方法是：用鼠标左键点击上图模拟中的开始项，模拟开始。模拟开始后，您可以在模拟过程中观察每个信号的波形。双击每个示波器，可以看到输入信号、滤波信号、采样函数、采样信号和恢复信号的波形。(5)模拟结束用鼠标左键点击模拟系统编辑窗口中的停止项，结束模拟，然后点击窗口中的关闭图标()或文件中的关闭项，退出采样实验。(6)光谱显示要观察采样过程中每个信号的频谱，可以在退出采样实验后，通过选择菜单中的频谱显示选项，观察输入信号、滤波信号、采样信号和恢复信号的幅频特性。在声谱图中点击鼠标左键放大声谱图。如果你想仔细观察某个区域的光谱，你可以按下鼠标左键拉出该区域，然后点击鼠标左键放大该区域。使用鼠标右键恢复原始图形。用鼠标左键单击谱图图形窗口中的关闭图标()或文件上的关闭项，退出谱图显示。三。实验要求(1)实验前，在满足采样定理(采样函数的频率为200弧度/秒，巴特