信号与系统实验指导书

1、信号与系统实验指导书信号与系统实验指导书赵 磊 编写昆明理工大学理学院电子信息实验室2009年12月第页目录第一部分 实验箱实验实验箱整体布局实验一 函数信号发生器实验二 单片机低频信号发生器实验三 频率计实验四 扫频源实验五 信号的分解与合成实验六 抽样定理实验七 无源和有源滤波器实验八 四阶巴特沃斯滤波器第二部分 上机实验实验一 连续时间信号的时域分析实验二 连续时间信号的卷积实验三 连续时间周期信号的傅里叶级数实验四 连续时间系统的时域分析实验五 连续时间系统的频域分析实验六 连续时间系统的复频域分析实验七 设计性实验信号与系统实验指导书第一部分 实验箱实验实验箱整体布局二阶有源和无源滤

2、波器模块峰值检波器频率计模块毫伏表模块四阶巴特沃斯滤波器模块扫频源模块二阶网络函数模拟模块方波分解与合成模块函数信号发生器模块单片机低频信号发生器模块二阶网络状态轨迹显示模块抽样定理模块图1 众友zye1701c2型信号与系统实验箱整体布局实验一 函数信号发生器一、实验目的：1、了解单片多功能集成电路函数信号发生器的功能及特点。2、熟悉由该模块产生信号的方法3、熟悉示波器的使用方法。二、实验仪器：1、信号与系统实验箱。2、20m双踪示波器一台。三、原理与模块简介：1、icl8038产生信号的原理：icl8038是单片集成函数信号发生器，其内部框图如图1-1所示，它由恒流源i1和i2、电压比较器

3、a和b、触发器、缓冲器和三角波变正弦波电路等组成。图1-1 icl8038原理方框图外接电容c由两个恒流源充电和放电，电压比较器a、b的阀值分别为电源电压(vcc+vee)的2/3和1/3。恒流源i1和i2的大小可通过外接电阻调节，但必须i2i1。当触发器的输出为低电平时，恒流源i2断开，恒流源i1给c充电，它的两端电压uc随时间线性上升，当uc达到电源电压的2/3时，电压比较器a的输出电压发生跳变，使触发器输出由低电平变为高电平，恒流源i2接通，由于i2i1（设i2=2i1），恒流源i2将电流2i1加到c上反充电，相当于一个净电流i放电，c两端的电压uc又转为直线下降。当它下降到电源电压的1

4、/3时，电压比较器b的输出电压发生跳变，使触发器的输出由高电平跳变为原来的低电平，恒流源i2断开，i1再给c充电，如此周而复始，产生振荡。若调整电路，使i2=2i1，则触发器输出为方波，经反相缓冲器由管脚输出方波信号。c上的电压uc上升与下降时间相等时为三角波，经电压跟随器从管脚输出三角波信号。将三角波变成正弦波是经过一个非线性的变换网络（正弦波变换器）而得以实现，在这个非线性网络中，当三角波电位向两端顶点摆动时，网络提供的交流通路阻抗会减小，这样就使三角波变为平滑的正弦波，从管脚输出。如图1-2所示。icl8038141312正弦波失真度调整11-v10外接电容9 方波输出8 调频电压输入端

5、正弦波失真度调整1正弦波输出2三角波输出3占空比调整4频率调整5+vcc 6调频偏置电压7图1-2 icl8038管脚图2、该模块的结构框图如图1-3所示：图1-3 函数信号发生器结构框图3、该模块面板结构图如图1-4所示：输出端tp301输出端gnd31“频率调节”旋钮接地端gnd31电源指示灯l3该模块开关s3“幅度调节”旋钮“频率选择”档k301“波形选择”档k302w302w303w305 图1-4 函数信号发生器模块面板结构图“波形选择”档k302的跳线连接1-2脚时输出方波，连接2-3脚或3-4脚时输出三角波，连接4-5脚时输出正弦波；“频率选择”档k301的跳线连接1-2脚时输出

6、波形频率最小，连接2-3脚或3-4脚时频率适中，连接4-5脚时输出波形频率最大；“频率调节”旋钮可微调频率，“幅度调节”旋钮可微调幅度，w302用于调节方波的占空比，w303用于调节正弦波的失真度，w305用于幅度粗调。四、实验内容及步骤：1、接好实验箱电源，按下船形开关，总电源开关及该模块电源开关s3。2、用短路器连接“波形选择”档（k302）的1-2脚，将输出端tp301与示波器连接好，观察输出波形。调整电位器w302和w305，观察输出波形的变化。再将“频率选择”档（k301）的跳线依次连接1-2脚、2-3脚和4-5脚，观察波形的变化。3、保持方波的占空比为50%，用短路器连接“波形选择

7、”档（k302）的4-5脚，用示波器观察输出端波形，调整电位器w303，使正弦波不产生明显失真。4、用短路器连接“波形选择”档（k302）的2-3脚，选择不同的“频率选择”档（k301），配合“频率调节”旋钮，记录函数信号发生器输出的最低和最高频率；将“频率选择”档打在低频档，调节电位器w305，再配合调节“幅度调节”旋钮，记录该模块输出信号的最大峰峰值(要求信号不失真)。5、用该模块产生频率为500hz，峰峰值为10v，占空比为50%的方波，记录所需调整的器件，并描绘信号波形。6、用该模块产生频率为1khz，峰峰值为5v的三角波；频率为20khz，峰峰值为10v的正弦波（使正弦波不产生明显失

8、真）；记录所需调整的器件。五、实验结果：1、该模块的最低和最高频率；该模块输出信号的最大峰峰值。2、说明用该模块产生频率为500hz，峰峰值为10v，占空比为50%的方波所需调整的器件，并描绘信号波形。3、说明用该模块产生频率为1khz，峰峰值为5v的三角波所需调整的器件。4、说明用该模块产生频率为20khz，峰峰值为10v的正弦波（使正弦波不产生明显失真）所需调整的器件。注：请在实验报告中所描绘的图形旁注明示波器的频率和幅度所在的档位。实验二 单片机低频信号发生器一、实验目的：1、了解单片机的工作原理。2、了解通用八位数/模转换器dac0832的作用及工作原理。3、熟悉单片机低频信号发生器的

9、功能及使用方法。二、实验仪器：1、信号与系统实验箱。2、20m双踪示波器一台。三、原理与模块简介：该模块采用的atmel89系列单片机是由8031核构成的，它和8051系列单片机是兼容的系列，具体内容可参考有关单片机方面的书籍。dac0832是含有双输入数据锁存器的d/a数模转换器，其内部原理框图如图2-1所示。图2-1 dac0832内部原理框图dac0832内部的为寄存命令，当为1时，寄存器的输出数据随输入变化；当为0时，数据被锁存在寄存器中，而不再随数据总线上的数据变化而变化。其逻辑表达式为，由此可见，当为1，和为0时，为1，允许数据输入；当为1时，为0，数据被锁存。能否进行d/a转换，

10、除了取决于外，还有赖于。由图可见，当和均为低电平时，为1，此时允许数据通过去进行d/a转换，否则当为0时，将不允许数据通过并进行d/a转换。在与微处理器接口时，dac0832可以采用双缓冲方式（两级输入锁存），也可以采用单缓冲方式（只用一级输入锁存，另一级始终直通），本模块采用后种方式。具体电路如图2-2所示。89c51 p0 p27-+-+vccd0 iled7 vref rfb iout1 iout2 agnd图2-2 具体电路图2、该模块的结构框图如图2-3所示：图2-2 单片机低频信号发生器结构框图3、该模块的面板结构图如图2-3所示：数码管接地端gnd81输出端tp801输出端out

11、801电源指示灯l8该模块开关s80f各数字键确认键tp801复位键正弦波三角波方波锯齿波频率升频率降0 iled7 vref rfb iout1 iout2 agnd图2-3 单片机低频信号发生器模块面板结构图2、随机信号产生规则：(1)按下0f键的任意组合，数码管的前三位显示所按键字节的个数，按两次表示一个字节，而一个字节表示一个电平点，此时数码管前三位数字加一，按键输入完毕后按“确认”键。(2)00表示-5v，80表示零电平，ff表示+5v，其它任意数字所产生的电平介于-5v和+5v之间。四、实验内容及步骤：1、接好实验箱电源，按下船形开关，总电源开关和该模块电源开关s8。将示波器接到该

12、模块输出端tp801。2、按下“正弦波”键，观察tp801处的波形，并记录此时的频率。连续按“频率升”键，观察波形有何变化，记下最高频率并描绘波形；再连续按“频率降”键，观察波形有何变化。（此时数码管上应显示hb-zy）3、按下“复位”键，再分别按下“三角波”键、“方波”键、“锯齿波”键，重做步骤2。4、按下“复位”键，再按下0f键的任意组合，按下任意次，输入完毕后，按“确认”键，用示波器观察波形。此时，分别按下“频率升”和“频率降”键，观察波形有何变化。5、根据随机波形模式下，产生波形的规则，产生一个-5v5v的方波。连续输入20个00，再连续输入20个ff，观察产生的波形。6、根据随机波形

13、的产生规则，产生-5v0v的锯齿波。五、实验结果：1、记录单片机低频信号发生器所产生的正弦波、三角波、方波、锯齿波的最高频率。实验三 频率计一、实验目的：1、掌握频率计模块的使用方法。二、实验仪器：1、信号与系统实验箱。2、20m双踪示波器一台。三、原理与模块简介：1、该模块的结构框图如图3-1所示：图3-1 频率计模块框图2、该模块的面板结构图如图3-2所示：数码管外测输入端外测内测转换跳线输出端tp601接地端gnd61复位键电源指示灯l6该模块开关s6图2-1 频率计模块面板结构图四、实验内容及步骤：1、接好实验箱电源，按下船形开关，总电源开关及该模块电源开关s6。 将k601的跳线连接

14、为1、2脚，即内测频率档。2、按下函数信号发生器的电源开关s3，使其输出一定频率、峰峰值为10v的方波信号。从频率计的数码管上读出方波信号的频率并记录。将函数信号发生器的输出端接到示波器，描绘此时的波形，从示波器中读出方波信号的频率并记录，与频率计中的数值进行比较。（注：频率计数码管上输出频率的单位为hz，示波器的数值和频率计的数值均为信号基频。）3、使函数信号发生器输出正弦波或三角波，重做上述实验。（注：当测试正弦波或三角波时，信号的峰峰值应在2v以上。）4、将k601的跳线连接为2、3脚，即外测频率档。将单片机低频信号发生器的输出端out801接到该模块的输入端，让单片机低频信号发生器产生

15、一正弦波，从频率计中读出信号的频率，并与实验二中结果进行比较。五、实验结果：1、描绘函数信号发生器产生的一定频率、峰峰值为10v的方波，并分别记录示波器和数码管所显示的该信号的频率。2、描绘函数信号发生器产生的一定频率、峰峰值为10v的正弦波，并分别记录示波器和数码管所显示的该信号的频率。3、描绘函数信号发生器产生的一定频率、峰峰值为10v的三角波，并分别记录示波器和数码管所显示的该信号的频率。实验四 扫频源一、实验目的：1、了解扫频源的工作原理及其作用。2、掌握扫频源模块的使用方法。二、实验仪器：1、信号与系统实验箱。2、20m双踪示波器一台。三、原理与模块简介：1、点频法利用普通的信号发生

16、器测试频率特性时，需要配合使用电压表，逐点调整信号发生器的输出频率，用电压表记下相应的被测设备或系统的幅度数值，然后在直角坐标平面上以频率为横坐标，以记录的数值（如幅度）为纵坐标，描绘出被测器件的频率特性。这种测试方法称为“点频法”。“点频法”虽然准确度较高，但很繁琐而费时，有些频率间隔不够密就被漏去，难以全面了解被测系统的频率特性。2、扫频信号源输出频率随时间在一定范围内反复扫描的正弦波信号发生器称之为扫频信号发生器，使用这种仪器就可以实现频率特性的自动或半自动测试，达到简便又快捷的目的。扫频信号源的作用是提供频率按一定规律变化的扫频信号，应具备以下功能：(1)频率：宽带线性扫频，寄生调频小

17、，谐波含量低；(2)功率：输出大且输出口反射小，有良好的内稳幅和接受外稳幅的能力，漂移小；(3)工作方式：有固定频率和扫频输出，扫速可调。使用扫频信号发生器，配合一些设备（如检波器、移相器、示波器等），可以方便地测量被测设备或系统的频率特性、动态特性和信号的频谱，因而在自动和半自动测量中获得越来越广泛的应用。示波器适合于在定性或半定性扫频测量中作指示器用，可以在全频段上给出直观的测量结果。与普通正弦信号发生器一样，扫频信号发生器包括：正弦波振荡器、电平调制器和输出衰减器等部分。扫频信号发生器的方框图如图4-1所示。正弦振荡器在扫频电压的作用下，按一定的规律，在一定的范围内反复扫描。扫频电压由扫

18、描电压发生器产生，有的呈锯齿波，有的为三角波，其扫频则为线性；如果扫频电压呈对数形，则扫频规律是对数的。前者能获得均匀的频率刻度，是最常用的工作方式；后者适用于宽带扫频的情况。本扫频信号发生器的扫频电压为锯齿波，由单片机低频信号发生器模块产生。它的核心器件采用的是icl8038函数发生器，其工作原理见实验一。由于单片机低频信号发生器产生的扫频控制电压锯齿波为双极性波形，但函数发生器icl8038的频率控制端的输入电压范围为3.8v12v，为了避免输出的扫频信号失真，需让锯齿波在3.8v12v之间线性变化，本模块采用一加法器电路实现此功能。扫频电压发生器正弦振荡器电平调制器放大器衰减器输出图4-

19、1 扫频信号发生器方框图输出扫频信号的频段取决于外接电阻r303、r304及外接电容c，具体为：若r303=r304=r，则，在本模块中，r303=r304=4.7k，外接电容受开关控制，因此，当选择不同的开关时，输出扫频信号的频段也就不同。3、该模块的结构框图如图4-2所示：图4-2 扫频源模块框图4、该模块的面板结构图如图4-3所示：输入端tp701旋钮w705接地端gnd71该模块开关s7电源指示灯扫频输出端扫速降输出端tp702各扫频段电源指示灯各扫频段开关扫速升图4-3 扫频源模块面板结构图四、实验内容及步骤：1、接好实验箱电源，按下船形开关，总电源开关及单片机低频信号发生器模块电源

20、开关s8，并使其输出锯齿波。按下扫频源模块的开关s7。2、先用示波器观察扫频源模块tp701处的波形是否为线性控制信号（锯齿波），然后再用示波器观察扫频源模块8038的第8脚的线性电压应大致在3.8v12v。3、选中“扫频段9”，则与之相对应的指示灯亮。用示波器观察输出端tp702的扫频输出信号，按“扫速降”或“扫速升”键，以选择扫频信号的输出速度，注意扫频输出信号的变化。4、调节w705，可改变扫频信号的输出幅度。5、选中“扫频段8”，重做上述实验，观察扫频输出信号有何不同。（注：每一时刻只能有一个扫频段开关按下，此时扫频输出的信号才与该频段相对应。）按照同样的方法可以观察不同扫频段的扫频信

21、号。（注：“扫频段9”输出的波形频率最低，“扫频段1”输出的波形频率最高。）注：扫频源各扫频段的频率范围大约是： 扫频段1：33khz220khz 扫频段2：21khz155khz 扫频段3：12khz95khz 扫频段4：7khz59khz 扫频段5：5khz42khz 扫频段6：2.9khz22khz 扫频段7：1.8khz13.5khz 扫频段8：1.3khz9.6khz 扫频段9：0.3khz2.4khz五、实验结果：实验五 信号的分解与合成一、实验目的：1、观察方波分解后各次谐波的波形。2、观测基波和各次谐波的合成波形。3、观察李沙育图形，了解用李沙育图形测量频率的方法。二、实验仪器

22、：1、信号与系统实验箱。2、20m双踪示波器一台。三、原理与模块简介：1、 原理：(1)傅里叶级数展开：任何电信号都是由各种不同频率、幅度和初相的正弦波叠加而成的。周期信号的傅里叶级数展开式为：其中f(t)是以t=2/为周期的函数，且在-t/2，t/2上可积，由以上展开式可知，各次谐波为基波频率的整数倍。而非周期信号包含了从零到无穷大的所有频率成分，每一频率成分的幅度均趋向无限小，但其相对大小是不同的。通过一个选频网络可以将电信号中所包含的某一频率成分提取出来。本实验即采用有源带通滤波器作为选频网络，对周期信号进行分解；再通过一个加法器进行合成。(2)李沙育图形当基波与三次谐波相位差分别为0（

23、即过零点重合）、90、180时，波形如图5-1所示。这是基波与三次谐波产生的典型的李沙育图，通过图形上下端及两旁的波峰个数，可确定频率比为1：3，可用同样的方法观察基波与五次谐波的频比，应为1：5。图5-1 基波与三次谐波相位差的观察2、 该模块的面板结构图如图5-2所示：信号分解模块的各输入端加法器的各输入端1、2、3、4、5信号分解模块的各输出端tp002、tp004、tp006 接地端gnd02输出端tp008输出端tp01050hz、100hz、150hz、200hz、250hz输出端tp010加法器输出端tp011电源指示灯l11该模块开关s11图5-2 方波分解与合成模块面板结构图

24、四、实验内容及步骤：1、 接好实验箱电源，按下船形开关，总电源开关及函数信号发生器模块电源开关s3，本模块电源开关s11。调节函数信号发生器，使其输出频率为50hz、占空比为50%、幅度最大的方波，将其接至该实验模块的各带通滤波器的输入端，再通过函数信号发生器模块的“幅度调节”旋钮细调方波的幅度，使得带通滤波器的输出端tp002在信号不失真的情况下，输出幅度最大的正弦波。然后将各带通滤波器的输出端tp002、tp004、tp006、tp008、tp010分别接至示波器，观察各次谐波的频率和幅度（注：观察频率时，如果信号幅度在2v以上，可用频率计模块），将结果记录在表5-1中，并记录各输出端的波

25、形。将方波和分解后所得的各波形绘制在相同刻度的坐标平面上，比较各波形的频率和幅度。2、 验证各高次谐波与基波之间的相位差是否为零，可用李沙育图形法进行测量：把bpf-50hz处输出的基波接至示波器的x轴，再分别把bpf-150hz、bpf-250hz处的高次谐波送入y轴，示波器采用x-y方式显示，观察李沙育图形，并记录所得波形。3、 方波的合成：将方波分解所得的基波和各次谐波分量接至加法器的输入端，观测加法器输出端的波形并记录。五、实验结果：1、 将所测得得结果记录到表中：方波基波二次谐波三次谐波四次谐波五次谐波频率f(hz)幅度u(v)表5-12、 分别描绘方波、分解后各次谐波及其合成后的曲

26、线。实验六 抽样定理一、实验目的：1、了解电信号的采样方法和过程。2、了解信号的恢复方法。3、验证抽样定理。二、实验仪器：1、信号与系统实验箱。2、20m双踪示波器一台。三、原理与模块简介：1、原理：nyquist抽样定理：一个频带有限的信号f(t)，如果其频谱只占据-m+m的范围，则信号f(t)可以用时间间隔不大于1/(2fm)（其中fm=m/2）的抽样唯一的确定。2、该模块的面板结构图如图6-1所示：输入端tp501旋钮w501输出端tp502、tp503、tp504、tp505该模块开关s5电源指示灯输入端接地端gnd51图6-1 抽样定理模块面板结构图tp502：本地输出的抽样脉冲；t

27、p503：经反相后的抽样脉冲；tp504：抽样信号输出；tp505：还原后的信号输出。 四、实验内容及步骤：1、 接好实验箱电源，按下船形开关，总电源开关及函数信号发生器模块电源开关s3，本模块电源开关s5。使函数信号发生器产生频率为50hz、峰峰值为8v的三角波，将其输出端与本实验模块的输入端相连，用示波器一个通道观察本模块tp504端的波形（即经抽样后的三角波），另一通道观察抽样脉冲波形。绘出原信号、抽样后信号、还原后信号及抽样脉冲的波形。2、 改变三角波的频率（基频小于100hz），观察并描绘还原后的信号，与50hz时还原后的信号比较失真程度。3、 将三角波的频率改为200hz，观察并描

28、绘还原后的信号，与50hz时还原后的信号比较失真程度。五、实验结果：1、描绘原信号波形、抽样脉冲的波形、抽样后信号的波形以及还原后信号的波形。实验七 无源和有源滤波器一、实验目的：1、了解rc无源和有源滤波器的种类、基本结构和特性。2、了解低通、高通、带通、带阻滤波器的幅频特性。3、对比研究无源和有源滤波器的滤波特性。4、掌握滤波器幅频特性的测试方法。二、实验仪器：1、信号与系统实验箱。2、20m双踪示波器一台。三、原理与模块简介：1、原理：滤波器是对输入信号的频率具有选择性的一个二端口网络，它允许某些基本频率（通常是某个频带范围）的信号通过，而其他频率的信号受到衰减或抑制，这些网络可以是由r

29、lc元件或rc元件构成的无源滤波器，也可以是由rc元件和有源器件构成的有源滤波器。滤波器的网络函数又称为传递函数：，它全面反映了滤波器的幅频和相频特性。可以通过实验方法测量滤波器的幅频特性a(w)。滤波器+-+-根据幅频特性所表示的通过或阻止信号频率范围的不同，滤波器可分为低通滤波器（lpf）、高通滤波器（hpf）、带通滤波器（bpf）和带阻滤波器（bsf）四种。能够通过的信号频率范围称为通带，阻止或衰减的信号频率范围称为阻带。通带与阻带的分界点频率fc为截止频率，图7-1为各种滤波器的理想幅频特性。其中aup为通带的电压放大倍数，f0为中心频率， fcl和fch分别为低端和高端截止频率。阻带

30、通带aupfcf通带阻带aupfcf(a)低通 (b)高通阻带阻带通带aupfcl f0 fchfcl f0 fchaup通带阻带通带(c)带通 (d)带阻图7-1滤波器理想幅频特性各滤波器的实际幅频特性图如图7-2所示：(a)低通 (b)高通(c)带通 (d)带阻图7-2 滤波器实际幅频特性2、各种滤波器的实验电路图如图7-3所示：(a) 无源低通滤波器 (b) 无源高通滤波器 (c) 无源带通滤波器 (d) 无源带阻滤波器图7-3(1) 无源滤波器实验电路图(a) 有源低通滤波器 (b) 有源高通滤波器(c) 有源带通滤波器 (d) 有源带阻滤波器图7-3(2) 有源滤波器实验电路图3、该

31、模块的面板结构图如图7-4所示：无源滤波器各输出端tp901、tp902、tp903、tp904无源低通、高通滤波器输入端l、h无源带通、带阻滤波器输入端p、e有源滤波器各输出端tp905、tp906、tp907、tp908接地端接地端电源指示灯该模块开关s9有源滤波器各输入端yl、yh、yp、ye图7-4 二阶有源和无源滤波器模块面板结构图四、实验内容及步骤：描点法测试rc无源低通滤波器的幅频特性1、接好实验箱电源，按下船形开关，总电源开关及函数信号发生器模块电源开关s3，频率计模块的电源开关s6（频率计打到内测档），本模块电源开关s9。将函数信号发生器的输出端接至无源低通滤波器的输入端，使

32、函数信号发生器输出峰峰值为8v，频率最低的正弦信号，用示波器ch1观察其波形。2、用示波器ch2观察滤波器输出端tp901的波形，读取频率计模块数码管上频率值，将此时的电平值和频率值记录在表7-1中。3、逐渐增大输入信号的频率（“频率调节”电位器可连续调节，“频率选择”短路器可选择不同的频率段），同时记录电平值和频率值。（注：测试过程中必须保持滤波器输入信号的峰峰值不变，若示波器ch1的波形幅度发生改变，应及时调节函数信号发生器，使其输出的正弦信号峰峰值保持8v）4、当电平值开始变小时，频率间隔要取小，以便绘出的幅频特性图更加精确。5、根据表7-1中记录的数值绘出rc无源低通滤波器的幅频特性曲

33、线。扫频源法测试有源带通滤波器的幅频特性1、打开单片机低频信号发生器模块的电源开关s8和扫频源模块的电源开关s7，选择单片机低频信号发生器输出波形为锯齿波，扫频源模块中选择扫频段4。2、将单片机低频信号发生器的输出端tp801接到示波器的x轴，把经过低通滤波器和检波器后的输出信号接至示波器的y轴（有源滤波器可通过断路器选择，无源和巴特沃斯滤波器可使用鳄鱼夹将其输出端连接至检波器），通过李沙育图形可观测到滤波器的幅频特性。连续按“扫速降”键，直到幅频特性图清晰为止。3、注意：(1)因为扫频信号为左边频率高，右边频率低，所以其幅频特性图中对应的频率也是左高右低；(2)测试高通滤波器选择扫频段7，带

34、通滤波器选择扫频段3，带阻滤波器选择扫频段3；(3)由于带通滤波器的通带较宽，可用连续的两个扫频段联合来观察，一个用于观察滤波器高频部分特性，另一个用于观察低频部分特性，如用扫频段2和6联合观察无源带通。描点法测试rc有源高通滤波器的幅频特性步骤同。扫频源法测试无源带阻滤波器的幅频特性步骤同。频率f（hz）输入信号峰峰值u1（v）输出端峰峰值u2（v）1k4k6k8k10k12k14k16k18k20k30k40k50k60k70k表7-1频率f（hz）输入信号峰峰值u1（v）输出端峰峰值u2（v）0.4k0.8k1k1.4k1.8k2k2.4k2.8k3.4k4k6k8k10k12k14k表

35、7-2五、实验结果：1、在表7-1中记录不同的输入信号频率下，无源低通滤波器的输出幅值；2、描绘无源低通滤波器的幅频特性曲线；3、描绘有源带通滤波器的幅频特性曲线；4、在表7-2中记录不同的输入信号频率下，有源高通滤波器的输出幅值；5、描绘有源高通滤波器的幅频特性曲线；6、描绘无源带阻滤波器的幅频特性曲线。实验八 四阶巴特沃斯滤波器一、实验目的：1、了解巴特沃斯滤波器的频率响应特性。2、进一步熟悉扫频源法测试滤波器幅频特性的方法。二、实验仪器：1、信号与系统实验箱。2、20m双踪示波器一台。三、原理与模块简介：其主要原理与二阶有源滤波器相似，只是稍做改进，滤波器的滤波特性更加接近理想效果。四、

36、实验内容及步骤：扫频源法测试四阶巴特沃斯滤波器的幅频特性1、接好实验箱电源，按下船形开关，总电源开关及单片机低频信号发生器模块的电源开关s8和扫频源模块的电源开关s7，选择单片机低频信号发生器输出波形为锯齿波，扫频源模块中选择扫频段4。2、将单片机低频信号发生器的输出端tp801接到示波器的x轴，把经过低通滤波器和检波器后的输出信号接至示波器的y轴（有源滤波器可通过断路器选择，无源和巴特沃斯滤波器可使用鳄鱼夹将其输出端连接至检波器），通过李沙育图形可观测到滤波器的幅频特性。连续按“扫速降”键，直到幅频特性图清晰为止，记录示波器上观察到的波形。四阶巴特沃斯滤波器幅频特性的验证1、接好实验箱电源，

37、按下船形开关，总电源开关及函数信号发生器模块电源开关s3，单片机低频信号发生器模块电源开关s8，信号的分解与合成模块电源开关s11和本模块电源开关。将函数信号发生器的输出端和单片机低频信号发生器模块的输出端分别接至信号的分解与合成模块的加法器输入端1和2，加法器的输出端tp011接至本模块的输入端。使函数信号发生器输出峰峰值为4v，频率为10khz的正弦信号，单片机低频信号发生器模块输出频率最高的正弦信号。2、用示波器ch1观察加法器的输出端tp011的波形，用示波器ch2观察滤波器输出端tp901的波形。3、记录示波器上观察到的波形，说明得到此波形的原因。五、实验结果：1、描绘四阶巴特沃斯滤

38、波器的幅频特性曲线；2、描绘实验内容中观察到的波形，说明得到此波形的原因。第二部分 上机实验实验一 连续时间信号的时域分析一、实验目的：1、熟悉表示连续时间信号的matlab函数；2、掌握用matlab描绘二维图像的方法。3、掌握用matlab对连续信号进行基本的运算和时域变换的方法。二、实验原理：（一）连续时间信号的时域表示信号是消息的载体，是消息的一种表现形式。信号可以是多种多样的，通常表现为随时间变化的某些物理量，一般用x(t)或x(n)来表示。信号按照自变量的取值是否连续可分为连续时间信号和离散时间信号。连续时间信号是指自变量的取值范围是连续的，且对于一切自变量的取值，除了有若干不连续

39、点以外，信号都有确定的值与之对应。严格来说，matlab并不能处理连续信号，而是用等时间间隔点的样值来近似地表示连续信号。当取样时间间隔足够小时，这些离散的样值就能较好地近似连续信号。在matlab中通常用向量来表示连续时间信号，向量需要与时间变量相对应。对于连续时间信号x(t)，可用x、t两个行向量来表示。其中向量t是形如t = t1:p:t2的matlab命令定义的时间范围向量，t1为信号起始时间，t2为终止时间，p为时间间隔。向量x为连续信号x(t)在向量t所定义的时间点上的样值。如产生连续信号可用如下命令实现：t =-10:1.5:10;x=sin(t)./ t;在命令窗口（comma

40、nd window）中可得到程序执行的结果即x、t的具体值。注意：在matlab程序调试过程中，有时程序执行不出结果或虽然出结果但存在一些问题，matlab 都会在command窗口中给出错误说明，掌握利用command窗口中的说明检查程序的方法。用上述向量对连续信号进行表示后，就可以用plot命令绘制信号的时域波形。命令如下：plot(t,x)title(x(t)=sa(t)xlabel(t)axis(-10,10,-0.2,1.2)绘制的信号波形如图一所示，当把t改为：t =-10:0.5:10;则可得到图二。因为plot命令将点与点之间用直线连接，当点与点之间距离很小时，绘出的图形就成了

41、光滑的曲线。但图二在t=0时，曲线是间断的。 图一 图二应用plot函数时应确保自变量t和函数值x的个数相等；函数axis(x1,x2,y1,y2)用来对横纵坐标进行限定，以完善图形，其中x1和x2分别为横坐标的起始和截止位置，y1和y2分别为纵坐标的起始和截止位置； xlabel()、ylabel()和title()用于为该图添加横、纵坐标说明和标题；有时在一个程序中需要将几个图形绘制在一个窗口，利用subplot(m,n,k)函数可以将当前窗口分成m行n列个子窗口，并在第k个子窗口绘图，窗口的排列顺序为从左至右，从上至下分别为1,2,m*n。以上为几个常用绘图函数的基本用法，有关各函数的其

42、他参数可参考matlab的帮助文件。在信号与系统课程中，单位冲激信号d(t) 和单位阶跃信号u(t)是两个最基本的信号。它们的定义如下： 1.1 1.2下面给出产生单位冲激信号和单位阶跃信号的两个函数，供参考。产生单位冲激信号的程序为：function x=delta(t1,t2,t0)dt=0.01; %信号的时间间隔t=t1:dt:t2; %信号时间样本点向量n=length(t); %时间样本点向量长度x=zeros(1,n); %各样本点函数值赋值为零x(1,(t0-t1)/dt+1)=1/dt; %在时间t=-t0处，样本点赋值为1/dtstairs(t,x);产生单位阶跃信号的程序

43、为：function x=ut(t)x=(t0); %t0时x为1，否则为0在调用该函数表示信号时，需要先定义向量t，如t=-1:0.01:3。对于其他常用信号，可以直接调用matlab中的内部函数进行定义，例如：正弦信号：sin( )，余弦信号：cos( )，指数信号：exp( )，符号函数：sign( )；周期方波：square( )，周期锯齿波：sawtooth( )。复指数信号是时间t的复函数，需要用模和相角或实部和虚部来表示复指数信号随时间变化的规律，对应的函数分别为abs( )，angle( )，real( )，imag( )。各函数的参数及定义方法可参考matlab的帮助文件。（

44、二）连续时间信号的基本运算和时域变换1、加法：x1(t)+x2(t)信号的加法运算为对应位置处量值的相加，在matlab中可用运算符“+”实现，但要求参与运算的两信号向量的长度必须相等。如果长度不等或者长度相等但采样位置不同，则不能直接应用该运算符，此时需要先给定参数使序列具有相同的位置向量和长度。下面给出sigadd函数实现任意两信号的加法运算。function y,t = sigadd(x1,t1,x2,t2)t = min(min(t1),min(t2):max(max(t1),max(t2); %结果的时间向量y1 = zeros(1,length(t); y2 = y1; %初始化y

45、1(find(t=min(t1)&(t=min(t2)&(t0时，y(t)为x(t)右移t0时刻之后的结果，当t00时，y(t)为x(t)左移|t0|时刻之后的结果。在matlab中，时移运算与数学上习惯表达方法完全相同。例：clear;t = -5:0.01:5;x = exp(-0.5*t).*ut(t); x1 = exp(-0.5*(t+2).*ut(t+2); subplot(211)plot(t,x) title (原信号x(t)subplot (212)plot (t,x1) title ( x(t)左移2)xlabel ( t (sec)若信号的自变量的范围和t的范围相同，则不能用上述方法，如将x = exp(-0.5*t)进行左移得到x1 = exp(-0.5*(t+2)后，还需要对x1的时间变量重新定义。由于函数的平移可看作是函数时间向量的平移，而对应的样值不变，当函数左移时，所有时间序号都减小|t0|个单位，反之，则增加t0个单位。因此可用如下方式实现：t1=t+t0;x1=x;plot(t1,x1)注：函数左移时，t00。4、反折：y(t) = x(-t)在matlab中有多种方法可以实现信号的反折运算。（1）修改绘图函