信号系统与语音信号处理RZ8664说明书

RZ8664型信号系统与语音信号处理实验说明书图5-6有源低通滤波器实验电路图三、实验内容1.观察抽样信号波形。=1\*GB3①调整信号源，使P04输出1KHZ的三角波，调节电位器W701，使输出信号幅度为1V；②连接P04与P601，输入抽样原始信号；=3\*GB3③改变抽样脉冲的频率，用示波器观察TP603（Fs（t））的波形，此时需把拨动开关K601拨到“空”位置进行观察；④使用不同的抽样脉冲频率，观察信号的变化。2.验证抽样定理与信号恢复（1）信号恢复实验方案方框图如图5-7所示。图5-7信号恢复实验方框图（2）信号发生器输出f=1KHz，A=1V有效值的三角波接于P601，示波器CH1接于TP603观察抽样信号Fs(t)，CH2接于TP604观察恢复的信号波形。（3）拨动开关K601拨到“2K”位置，选择截止频率fc2=2KHz的滤波器；拨动开关K601拨到“4K”位置,选择截止频率fc2=4KHz的滤波器；此时在TP604可观察恢复的信号波形。（4）拨动开关K601拨到“空”位置，未接滤波器。同学们可按照图5-8，在基本运算单元搭试截止频率fc1=2K的低通滤波器，抽样输出波形P603送入Ui端，恢复波形在Uo端测量，图中电阻可用电位器代替，进行调节。图5-8截止频率为2K的低通滤波器原理图（5）设1KHz的三角波信号的有效带宽为3KHz，Fs(t)信号分别通过截止频率为fc1和fc2低通滤波器，观察其原信号的恢复情况，并完成下列观察任务。1.当抽样频率为3KHz、截止频率为2KHz时：Fs(t)的波形F'(t)波形2.当抽样频率为6KHz、截止频率为2KHz时：Fs(t)的波形F'(t)波形3.当抽样频率为12KHz、截止频率为2KHz时：Fs(t)的波形F'(t)波形4.当抽样频率为3KHz、截止频率为4KHz时：Fs(t)的波形F'(t)波形5.当抽样频率为6KHz、截止频率为4KHz时：Fs(t)的波形F'(t)波形6.当抽样频率为12KHz、截止频率为4KHz时：Fs(t)的波形F'(t)波形四、实验报告要求1.整理数据，正确填写表格，总结离散信号频谱的特点；2.整理在不同抽样频率（三种频率）情况下，F（t）与F′(t)波形，比较后得出结论；3.比较F（t）分别为正弦波和三角形，其Fs（t）的频谱特点；4.通过本实验你有何体会。五、实验设备1.双踪示波器1台2.信号系统实验箱1台3.频率计1台实验6二阶网络状态轨迹的显示一、实验目的1.掌握观察二阶电路状态轨迹的方法；2.检验根据给定任务，自行拟定实验方案的能力。二、实验原理说明1.任何变化的物理过程在第一时刻所处的“状态”（状况、形态或姿态），都可以用若干被称为“状态变量”的物理量来描述。电路也不例外，若一个含储能元件的网络在不同时刻各支路电压、电流都在变化，那么电路在不同时刻所处的状态也不相同。在电路中是选电容的电压和电感的电流为状态变量，所以了解了电路中Vc和VL的变化就可以了解电路状态的变化。2.对n阶网络可以用n个状态变量来描述。可以设想一个n维空间，每一维表示一个状态变量，构成一个“状态空间”。网络在每一时刻所处的状态可以用状态空间中的一个点来表达，随着时间的变化，点的移动形成一个轨迹，称为“状态轨迹”。二阶网络的状态空间就是一个平面，状态轨迹是平面上的一条曲线。电路参数不同状态轨迹也不相同，电路处于过阻尼、欠阻尼和无阻尼情况的状态轨迹如图5-2、6-3和6-4所示。（a）波形（b）状态轨迹 图6-2RLC电路在过阻尼时的状态轨迹图6-2（a）中上面为过阻尼波形，下面为过阻尼波形，图6-2(b)为过阻尼状态轨迹图。（a）（上）和波形（b）状态轨迹图6-3RLC电路在欠阻尼时的状态轨迹图6-3(a)上面为欠阻尼的波形，下面为欠阻尼波形。图6-3(b)为欠阻尼状态轨迹图。（a）（上）和波形（b）状态轨迹图6-4RLC电路在R=0时的状态轨迹图6-4（a）上面为临界波形，下面为临界波形，图6-4(b)为临界状态轨迹图。三、实验内容用示波器显示二阶网络状态轨迹的原理与显示李沙育图形完全一样。它采用方波作为激励源，使过渡过程能重复出现，以便于用一般示波器观察。因为由方波激励，它有正负两次跳变，因此所观察到的状态轨迹如图6-5所示，图中实线部分对应于正跳变引起的状态变化，虚线部分则是负跳变相应的状态变化。图6-5状态轨迹图6-5状态轨迹四、实验步骤 1.连接P04与P910； 2.调节信号源，使P04输出f=1KHz，占空比为50%的脉冲信号，调节电位器W701 使输出幅度为2V；3.调节示波器工作方式为“X-Y”，CH1“+“接地，“-”接TP905，CH2“+” 接TP904，“-”接于TP905，并且CH2波形反向；4.调整W901，使电路工作于不同状态（欠阻尼、临界、过阻尼）。可观察到如 图6-1（b）、6-2（b）及6-3（b）所示的轨迹状态图实验电路图如图6-6所示。图6图6-6二阶网络状态轨迹实验电路图注：当用万用表测量可变电阻W901的电阻值时，信号源要撤离（断开P04与P910之间的连接）。五、实验报告要求绘制不同状态的轨迹。六、实验设备1.双踪示波器 1台2.信号与系统实验箱 1台实验7一阶电路的暂态响应一、实验目的1.掌握一阶电路暂态响应的原理；2.观测一阶电路的时间常数τ对电路暂态过程的影响。二、实验原理说明含有L、C储能元件的电路通常用微分方程来描述，电路的阶数取决于微分方程的阶数。凡是用一阶微分方程描述的电路称为一阶电路。一阶电路由一个储能元件和电阻组成，有两种组合：RC电路和RL电路。图7-1和图7-2分别描述了RC电路与RL电路的基本连接示意图。CCRUc（t）Us（t）图7-1RC电路连接示意图LLUs（t）Ur（t）RUs（t）Ur（t）R图7-2RL电路连接示意图 根据给定的初始条件和列写出的一阶微分方程以及激励信号，可以求得一阶电路的零输入响应和零状态响应。当系统的激励信号为阶跃函数时，其零状态电压响应一般可表示为下列两种形式：（t≥0）（t≥0）其中，τ为电路的时间常数。在RC电路中，τ=RC；在RL电路中，τ=L/R。零状态电流响应的形式与之相似。本实验研究的暂态响应主要是指系统的零状态电压响应。三、实验步骤一阶电路的零状态响应，是系统在无初始储能或状态为零情况下，仅由外加激励源引起的响应。为了使我们能够在仪器上看到稳定的波形，通常用周期性变化的方波信号作为电路的激励信号。此时电路的输出即可以看成是研究脉冲序列作用于一阶电路，也可看成是研究一阶电路的直流暂态特性。即用方波的前沿来代替单次接通的直流电源，用方波的后沿来代替单次断开的直流电源。方波的半个周期应大于被测一阶电路的时间常数的3-5倍；当方波的半个周期小于被测电路时间常数3-5倍时，情况则较为复杂。图7-3（b）RL一阶电路实验连接图图7-3（a）RC一阶电路实验连接图图7-3（b）RL一阶电路实验连接图图7-3（a）RC一阶电路实验连接图1.一阶RC电路的观测实验电路连接图如图7-3（a）所示。 （1）调节信号源，使P04输出f=2.5Khz，占空比为50%的脉冲信号，调节电位 器W701使输出幅度位2V； （2）按照图6-3（a）连接电路，连接P04与P901，连接P902与P904； （3）将示波器连接在TP902上，观测输出波形； （4）根据R、C计算出时间常数τ； （5）根据实际观测到的波形计算出实测的时间常数τ （6）断开P902与P904间的连接，改变为P902-P905连接或P903-P904连接或P903-P905连接；（注：当连接点改在P903时，输出测量点应该在TP903） （7）对不同的连接方式，重复上面的计算，将结果填入表7-1中表7-1一阶RC电路连接点R（kΩ）C（pF）τ=RC（μs）实测τ值测量点P902--P904102200TP902P902--P905104700TP902P903--P904202200TP903P903--P905204700TP9032.一阶RL电路的观测实验电路连接图如图7-3（b）所示。（1）调节信号源，使P04输出f=2.5Khz，占空比为50%的脉冲信号，调节电位 器W701使输出幅度位2V；（可保持信号源参数和上面实验不变）（2）按照图7-3（b）连接电路，连接P04与P906，P907与P908； （3）将示波器连接在TP907上，观测输出波形； （4）根据电路R、L计算出时间常数τ； （5）根据实际观测到的波形计算出实测的时间常数τ； （6）断开P907与P908的连接,改变为P907与P909连接，重复上面的计算，将结果填入表7-2中表7-2一阶RL电路连接点R（KΩ）L（mH）τ=L/R（μs）实测τ值测量点P907--P908110TP907P907--P9090.4710TP907四、实验报告要求1.将实验测算出的时间常数分别填入表7-1与表7-2中，并与理论计算值进行比较。2.画出方波信号作用下RC电路、RL电路各状态下的响应电压的波形（绘图时注意波形的对称性）。五、实验设备1.双踪示波器 1台2.信号与系统实验箱 1台实验8二阶电路的暂态响应一、实验目的观测RLC电路中元件参数对电路暂态的影响。二、实验原理说明1.RLC电路的暂态响应可用二阶微分方程来描绘的电路称为二阶电路。RLC电路就是其中一个例子。由于RLC电路中包含有不同性质的储能元件，当受到激励后，电场储能与磁场储能将会相互转换，形成振荡。如果电路中存在着电阻，那么储能将不断地被电阻消耗，因而振荡是减幅的，称为阻尼振荡或衰减振荡。如果电阻较大，则储能在初次转移时，它的大部分就可能被电阻所消耗，不产生振荡。因此，RLC电路的响应有三种情况：欠阻尼、临界阻尼、过阻尼。以RLC串联电路为例：设为回路的谐振角频率，为回路的衰减常数。当阶跃信号加在RLC串联电路输入端，其输出电压波形，由下列公式表示。（1），即，电路处于欠阻尼状态，其响应是振荡性的。其衰减振荡的角频率。此时有：（t≥0）其中（2），即，其电路响应处于临近振荡的状态，称为临界阻尼状态。（t≥0）（3），即，响应为非振荡性的，称为过阻尼状态。（t≥0）其中，2.矩形信号通过RLC串联电路 由于使用示波器观察周期性信号波形稳定而且易于调节，因而在实验中我们用周期性矩形信号作为输入信号，RLC串联电路响应的三种情况可用图8-1来表示。Us0tTUs0tTT/2(a)输入矩形波(a)输入矩形波(b)临界阻尼波形(b)临界阻尼波形(c)欠阻尼波形(c)欠阻尼波形(d)过阻尼波形(d)过阻尼波形图8-1RLC串联电路的暂态响应三、实验内容实验平台上没有专门的二阶电路暂态响应模块，此实验电路可在二阶网络状态轨迹模块上实现。图8-2为RLC串联电路连接示意图，图7-3为实验电路图。CLR12CLR122’1’21图8-2RLC串联电路图8-3二阶暂态响应实验电路图图8-3二阶暂态响应实验电路图三、实验步骤（1）连接P04与P910；（2）调节信号源，使P04输出f=1.2KHz，占空比为50%的脉冲信号，调节W701使信号 输出幅度为2V；（3）将示波器接于TP904上，观测输出的波形；（4）调节W901的阻值为100Ω，用示波器测量TP904，并描绘其波形图。已知RLC串 联电路中的电感L=10mH，电容C=0.1μF，将测量值与理论计算值进行比较；（5）改变W901的阻值由100Ω逐步增大，观察TP904波形变化的情况，（6）分别记录下RLC串联电路振荡、临界、阻尼三种工作状态下的波形；（7）记下临界阻尼状态时W901的阻值；（注意：用万用表测量W901的阻值时，应断开P04和P910的连接）四、实验报告要求描绘RLC串联电路振荡、临界、阻尼三种状态下的波形图，并将各实测数据列写成表，与理论计算值进行比较。五、实验设备1.双踪示波器1台2.信号系统实验箱1台实验9二阶电路传输特性一、实验目的1.了解二阶有源滤波网络的结构组成及电路传输特性；2.了解负阻抗在串联振荡电路中的应用。二、实验原理说明1.二阶有源带通滤波网络如图8-1所示。图9-1二阶有源带通滤波网络-12V图9-1二阶有源带通滤波网络-12VR1R2C2C1AGND1TP201UiUoP201+12v32184U201ATL082其系统转移函数为：带通滤波器的幅频特性如图9-2所示。fp1、fp2的理论值计算公式分别为和，其中R1、C1、R2、C2分别为图9-1中的R201、C201、R202、C202。k/√2ffp1fp20Uo/Uikk/√2ffp1fp20Uo/Uik图9-2带通滤波器的幅频特性即在低频端，主要由的高通特性起作用；在高频端，则由的低通特性起作用；在中频段，相当于开路，相当于短路，它们都不起作用，输入信号Ui经运算放大器后送往输出端。由此形成其带通滤波特性。2.负阻抗在串联振荡电路中的应用在实验7“二阶电路的暂态响应”实验中，已知RLC串联电路工作于欠阻尼状态时，其输出电压Uc（t）波形是一个衰减振荡波形。若此时电路中电阻R=0，则输出电压Uc（t）波形应当是一个等幅振荡波形。由于电路中电感L一般存在着较大的损耗电阻，因此，必须在电路中加上相同的负阻抗，使电路中的总电阻为0。实际电路如图9-3所示。图9-3负阻抗在RLC串联振荡电路中的应用图9-3负阻抗在RLC串联振荡电路中的应用三、实验内容1.测量一个有源带通滤波器的幅频特性（1）连接P04与P201；（2）调节信号源，使P04输出fs=100Hz的正弦波，调节W701使输出幅度为2V；（3）将示波器接于TP201，观测输出波形；（4）改变P04输出信号的频率值，频率范围为100Hz-10KHz；（5）在100Hz-10KH范围内取多个测量值，把测量的数据填入表9-1中，并绘出带通滤波器的幅频特性曲线。表9-1测试数据理论值=Hz，=Hz实测值=Hz，=Hz（kHz）其中，、为截止频率的理论值；、为截止频率的实测值。2.负阻抗在串联振荡电路中的应用（1）调节信号源，使P04输出f=500Hz，占空比50%的脉冲信号，调节W701使信号幅 度为2V；（2）连接P04与P202，将示波器接于TP202；（3）调节电位器W201的阻值；（4）观察并记录示波器上波形的变化。四、实验报告要求填写各项实验任务的数据表格，描绘幅频特性曲线，并分析实验结果。 五、实验设备1.双踪示波器1台2.信号系统实验箱1台实验10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、实验原理说明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，冲激响应为，则系统的零状态响应为。对于任意两个信号和，两者做卷积运算定义为：=*=*。1.两个矩形脉冲信号的卷积过程两信号与都为矩形脉冲信号，如图10-1所示。下面由图解的方法（图10-1）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。图10-1 两矩形脉冲的卷积积分的运算过程与结果2.矩形脉冲信号与锯齿波信号的卷积信号为矩形脉冲信号，为锯齿波信号，如图9-2所示。根据卷积积分的运算方法得到和的卷积积分结果，如图9-2(c)所示。图10-2矩形脉冲信号与锯齿脉冲信号的卷积积分的结果3.本实验进行的卷积运算的实现方法在本实验装置中采用了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。图9-3为信号卷积的流程图。A/D转换DSP数字信号处理芯片完成卷积D/A转换f1(t)*f2(t)A/D转换DSP数字信号处理芯片完成卷积D/A转换f1(t)*f2(t)图10-3信号卷积的流程图三、实验内容1.矩形脉冲信号的自卷积实验中完成将输入的矩形脉冲信号完成自卷积运算，并将卷积后信号输出。实验步骤：（1）P04和P101；（2）调节信号源，使P04输出f=1KHz，占空比为50%的脉冲信号，调节W701使信号幅度为4V；（3）按下SW101按钮，使程序指示灯D3D2D1D0=0011，指示灯对应自卷积；（4）将示波器的CH1接于P04，CH2接于TP801，分别观察输入信号的波形与卷积后的输出信号*的波形；（5）按下SS702，使频率表右侧t/T指示灯亮，之后旋转SS702，调节P04输出信号的占空比，改变激励信号的脉宽，观测卷积后波形，记录到表10-1中；（6）对比不同脉宽下，卷积后波形的差别，结合实际理解原因；注意：为了便于观察，输入信号实际为无限长度的周期信号，但是这对自卷积来讲是不现实的，因此在实验中其实只取了脉冲的一个周期长度。表10-1输入信号卷积后的输出信号输入信号输出信号*脉冲宽度（us）500脉冲宽度（us）250脉冲宽度（us）1252.信号与系统卷积实验中完成将输入的矩形脉冲信号与系统的锯齿波信号完成卷积运算，并将卷积后信号输出。实验步骤：（1）连接P04和P101；（2）调节信号源，使P04输出f=1KHz，占空比为50%的脉冲信号，调节W701使信号幅度为4V；（3）按下SW101按钮，使程序指示灯D3D2D1D0=0100，指示灯对应系统卷积；(4)将示波器的CH1接于TP801，CH2接于TP802，分别观察系统冲击响应波形与卷积后的输出信号*的波形；(5)按下SS702，使频率表右侧t/T指示灯亮，之后旋转SS702，调节P04输出信号的占空比，改变激励信号的脉宽，观测卷积后波形，记录到表10-2中；(6)对比不同脉宽下，卷积后波形的差别，结合实际理解原因。表10-2输入信号和卷积后的输出信号输入信号锯齿波输出信号*脉冲宽度（us）500脉冲宽度（us）250脉冲宽度（us）125四、实验报告要求1.要求记录各实验数据填写表9-1。2.按要求记录各实验数据填写表9-2。五、实验设备1.信号与系统实验箱 1台2.双踪示波器 1台六、思考题用图解的方法给出图10-3中的两个信号的卷积过程。图10-3矩形脉冲信号与三角波信号实验11矩形脉冲信号的分解一、实验目的1.分析典型的矩形脉冲信号，了解矩形脉冲信号谐波分量的构成；2.观察矩形脉冲信号通过多个数字滤波器后，分解出各谐波分量的情况。二、实验原理1.信号的频谱与测量信号的时域特性和频域特性是对信号的两种不同的描述方式。对于一个时域的周期信号，只要满足狄利克莱(Dirichlet)条件，就可以将其展开成三角形式或指数形式的傅里叶级数。例如，对于一个周期为T的时域周期信号，可以用三角形式的傅里叶级数求出它的各次分量，在区间内表示为：即将信号分解成直流分量及许多余弦分量和正弦分量，研究其频谱分布情况。图11-1信号的时域特性和频域特性信号的时域特性与频域特性之间有着密切的内在联系，这种联系可以用图11-1来形象地表示。其中图11-1(a)是信号在幅度--时间--频率三维座标系统中的图形；图11-1(b)是信号在幅度--时间座标系统中的图形即波形图；把周期信号分解得到的各次谐波分量按频率的高低排列，就可以得到频谱图。反映各频率分量幅度的频谱称为振幅频谱。图11-1(c)是信号在幅度--频率座标系统中的图形即振幅频谱图。反映各分量相位的频谱称为相位频谱。在本实验中只研究信号振幅频谱。周期信号的振幅频谱有三个性质：离散性、谐波性、收敛性。测量时利用了这些性质。从振幅频谱图上，可以直观地看出各频率分量所占的比重。测量方法有同时分析法和顺序分析法。同时分析法的基本工作原理是利用多个滤波器，把它们的中心频率分别调到被测信号的各个频率分量上。当被测信号同时加到所有滤波器上，中心频率与信号所包含的某次谐波分量频率一致的滤波器便有输出。在被测信号发生的实际时间内可以同时测得信号所包含的各频率分量。在本实验中采用同时分析法进行频谱分析，如图11-2所示。信号合成信号分解信号合成信号分解 图11-2 用同时分析法进行频谱分析 其中，P801出来的是基频信号，即基波；P802出来的是二次谐波；P803的是三次谐波，依此类推。2.矩形脉冲信号的频谱一个幅度为E，脉冲宽度为τ，重复周期为T的矩形脉冲信号，如图11-3所示。 图11-3 周期性矩形脉冲信号其傅里叶级数为：该信号第次谐波的振幅为： 由上式可见第次谐波的振幅与、、有关。3.信号的分解提取进行信号分解和提取是滤波系统的一项基本任务。当我们仅对信号的某些分量感兴趣时，可以利用选频滤波器，提取其中有用的部分，而将其它部分滤去。目前DSP数字信号处理系统构成的数字滤波器已基本取代了传统的模拟滤波器，数字滤波器与模拟滤波器相比具有许多优点。用DSP构成的数字滤波器具有灵活性高、精度高和稳定性高，体积小、性能高，便于实现等优点。因此在这里我们选用了数字滤波器来实现信号的分解。在数字滤波器模块上，选用了有8路输出的D/A转换器TLV5608（U502），因此设计了8个滤波器（一个低通、六个带通、一个高通）将复杂信号分解提取某几次谐波。分解输出的8路信号可以用示波器观察，测量点分别是TP801、TP802、TP803、TP804、TP805、TP806、TP807、TP808。三、实验步骤（1）连接P04和P101；（2）调节信号源，使P04输出f=4KHz，占空比为50%的脉冲信号，调节W701使信号幅度为4V；（3）按下SW101按钮，使程序指示灯D3D2D1D0=0101，指示灯对应信号分解；（4）示波器可分别在TP801、TP802、TP803、TP804、TP805、TP806、TP807和TP808 上观测信号各次谐波的波形；(5)矩形脉冲信号的脉冲幅度和频率保持不变，改变信号的脉宽(即改变占空比)，测量不同值时信号频谱中各分量的大小；（6）根据表11-1、表11-2中给定的数值进行实验，并记录实验获得的数据填入表中。注意：4个跳线器K801、K802、K803、K804应放在左边位置。4个跳线器的功能为：当置于左边位置时，信号幅度保持不变；当置于右边位置时，可分别通过4个电位器W801、W802、W803、W804调节各路谐波的幅度大小。（1）：的数值按要求调整，测得的信号频谱中各分量的大小，其数据按表的要求记录。表11-1 的矩形脉冲信号的频谱，T=，，，谐波频率1f2f3f4f5f6f7f8f以上理论值电压有效值电压峰峰值测量值电压有效值电压峰峰值（2）：矩形脉冲信号的脉冲幅度和频率不变，的数值按要求调整，测得的信号频谱中各分量的大小，其数据按表的要求记录。表11-2 的矩形脉冲信号的频谱，T=，，，谐波频率1f2f3f4f5f6f7f8f以上理论值电压有效值电压峰峰值测量值电压有效值电压峰峰值四、实验报告要求1.按要求记录各实验数据，填写表10-1、表10-2。2.描绘三种被测信号的振幅频谱图。五、实验设备1.信号与系统实验箱 1台2.双踪示波器 1台3.毫伏表1台六、思考题1.的矩形脉冲信号在哪些谐波分量上幅度为零？请画出基波信号频率为5KHz的矩形脉冲信号的频谱图（取最高频率点为10次谐波）。2.要提取一个的矩形脉冲信号的基波和2、3次谐波，以及4次以上的高次谐波，你会选用几个什么类型（低通？带通？…）的滤波器？实验12矩形脉冲信号的合成一、实验目的1.进一步了解波形分解与合成原理；2.进一步掌握用傅里叶级数进行谐波分析的方法；3.观察矩形脉冲信号分解出的各谐波分量可以通过叠加合成出原矩形脉冲信号。二、实验原理说明实验原理部分参考实验11，矩形脉冲信号的分解实验。矩形脉冲信号通过8路滤波器输出的各次谐波分量可通过一个加法器，合成还原为原输入的矩形脉冲信号，合成后的波形可以用示波器在观测点TP809进行观测。如果滤波器设计正确，则分解前的原始信号（观测TP101）和合成后的信号应该相同。信号波形的合成电路图如图12-1所示。图12-1信号合成电路图三、实验步骤本实验为上节实验的延续。1.连接P04和P101，将4个跳线器K801、K802、K803、K804放在左边位置；2.调节信号源，使P04输出f=4KHz，占空比为50%的脉冲信号，调节W701使信号幅度为4V；3.按下SW101按钮，使程序指示灯D3D2D1D0=0101，指示灯对应信号分解；4.示波器可分别在TP801、TP802、TP803、TP804、TP805、TP806、TP807和TP808 上观测信号各次谐波的波形；5.准备8个导线，根据下表中给出的内容，分别尝试不同的连接方式（如基波和三 次谐波合成，只需连接P801－P809，P803－P811），然后用双踪示波器同时测量 TP02和TP809,并将TP809的波形记录在下表中，通过调节电位器W805可以改变 TP809的输出幅度。说明：为了便于操作，8根导线的默认连接方式为P801－P809、P802－P810、P803－P811、P804－P812、P805－P813、P806－P814、P807－P815、P808－P816。其组合也可随意更换。3．按表12-1的要求，在输出端观察和记录合成结果。表11-1 矩形脉冲信号的各次谐波之间的合成波形合成要求合成后的波形基波与三次谐波合成三次与五次谐波合成基波与五次谐波合成基波、三次与五次谐波合成基波、二、三、四、五、六、七及八次以上高次谐波的合成没有二次谐波的其他谐波合成没有五次谐波的其他谐波合成没有八次以上高次谐波的其他谐波合成四、实验报告要求1.据示波器上的显示结果，画图填写表11-1。2.矩形脉冲信号为例，总结周期信号的分解与合成原理。五、实验设备1.信号与系统实验箱 1台2.双踪示波器 1台六、思考题方波信号在哪些谐波分量上幅度为零？请画出信号频率为2KHz的方波信号的频谱图（取最高频率点为10次谐波）。实验13谐波幅度对波形合成的影响一、实验目的1.理解谐波幅度对波形合成的作用；2.进一步加深理解时域周期信号的各频率分量在振幅频谱图上所占的比重。二、实验原理说明1.矩形脉冲信号的频谱一个幅度为E，脉冲宽度为τ，重复周期为T的矩形脉冲信号，如图13-1所示。 图13-1周期性矩形脉冲信号其傅里叶级数为：该信号第次谐波的振幅为： 由上式可见第次谐波的振幅与、、有关，在矩形脉冲信号的、、决定后，各次谐波的幅度就决定了。2.方波信号的振幅频谱图的矩形脉冲信号就是方波信号，若基波（即1次谐波）的振幅归一化为1。根据上式可得到它的各次谐波的振幅（归一化值）：表13-1方波的振幅频谱表谐波振幅11203三分之一405五分之一607七分之一8次0……3.调节谐波分量奇次谐波分量4个跳线器分别为K801、K802、K803、K804，当跳线开关放在左边，选择直接输出；放在右边，选择幅度调整，通过调整可变电阻W801、W802、W803、W804来调整输出幅度。三、实验内容1.连接P04和P101，将4个跳线器K801、K802、K803、K804放在左边位置；2.调节信号源，使P04输出f=4KHz，占空比为50%的脉冲信号，调节W701使信号幅度为4V；3.按下SW101按钮，使程序指示灯D3D2D1D0=0101，指示灯对应信号分解；4.示波器可分别在TP801、TP802、TP803、TP804、TP805、TP806、TP807和TP808 上观测信号各次谐波的波形；5.4个跳线器K801、K802、K803、K804，放在右边，可以对输出的各次谐波幅度进行调整。用导线连接P801－P809、P802－P810、P803－P811、P804－P812、P805－P813、P806－P814、P807－P815、P808－P816，进行方波合成，在TP809观察合成的波形时否为方波信号。分别按表13-2、表13-3、表13-4、表13-5、表13-6、表13-7、表13-8，调整各谐波幅值，观察并记录合成后的波形。表13-2 各谐波振幅频谱表谐波振幅合成后的波形1二分之一203三分之一405五分之一607七分之一8次以上直接输出 表13-3 各谐波振幅频谱表谐波振幅合成后的波形11203三分之一405五分之一607七分之一8次以上直接输出表13-4 各谐波振幅频谱表谐波振幅合成后的波形11203二分之一405五分之一607七分之一8次以上直接输出表13-5 各谐波振幅频谱表谐波振幅合成后的波形11203三分之一405四分之一607七分之一8次以上直接输出表13-6 各谐波振幅频谱表谐波振幅合成后的波形11203三分之一405三分之一607七分之一8次以上直接输出表13-7 各谐波振幅频谱表谐波振幅合成后的波形11203三分之一405五分之一607五分之一8次以上直接输出表13-8 各谐波振幅频谱表谐波振幅合成后的波形11203三分之一405五分之一607四分之一8次以上直接输出四、实验报告要求认真填写表13-2、表13-3、表13-4、表13-5、表13-6、表13-7、表13-8，可根据教学情况选择以上各表的进行实验。五、实验设备1.双踪示波器 1台2.信号系统实验箱 1台实验14相位对波形合成的影响一、实验目的1.理解相位对波形合成中的作用；2.加深理解幅值对波形合成的作用。二、实验原理说明在对周期性的复杂信号进行级数展开时，各次谐波间的幅值和相位是有一定关系的，只有满足这一关系时各次谐波的合成才能恢复出原来的信号，否则就无法合成原始的波形；幅度对合成波形的影响前面已讨论过，本实验讨论谐波相位对信号合成的影响。本实验中的波形分解是通过数字滤波器来实现的。数字滤波器的实现有FIR(有限长滤波器)与IIR(无限长滤波器)两种,其中,由FIR实现的各次谐波的数字滤波器在阶数相同的情况下，能保证各次谐波的线性相位，而由IIR实现的数字滤波器，输出为非线性相位。本实验系统中的数字滤波器是由FIR实现的，因此在波形合成时不存在相位的影响，只要各次谐波的幅度调节正确即可合成原始的输入波形；但若把数字滤波器的实现改为IIR或仍然是FIR但某次谐波的数字滤波器阶数有别于其它数字滤波器阶数则各次谐波相位间的线性关系就不能成立，这样即使各次谐波的幅度关系正确也无法合成原始的输入波形。三、实验内容在本实验中，各次谐波的数字滤波器仍由FIR实现的，但三次谐波的数字滤波器的阶数不同于其它滤波器，设计时使它相对于基波有270度相移。因此就可以看出相位对波形合成的影响了。1.连接P04和P101，将4个跳线器K801、K802、K803、K804放在左边位置；2.调节信号源，使P04输出f=4KHz，占空比为50%的脉冲信号，调节W701使信号幅度为4V；3.按下SW101按钮，使程序指示灯D3D2D1D0=0110，指示灯对应相位影响；4.示波器可分别在TP801、TP802、TP803、TP804、TP805、TP806、TP807和TP808 上观测信号各次谐波的波形；5.观察TP801和TP803的相位关系，和信号分解时相位关系对比；6.将基波和三次谐波加入到信号合成部分（P801-P809，P802-P810），观察合成之后的波形；7.分别将各次谐加入合成电路，观测各次谐波对合成信号的影响。注意：在调节输入信号的参数值（频率、幅度等）时，需在P702与P101连接后，用示波器在TP101上观测调节。四、实验报告要求总结相位在波形合成中的作用。五、实验设备1.双踪示波器 1台2.信号与系统实验箱 1台实验15任意信号的分解一、实验目的1.进一步理解复杂信号的组成；2.分析三角波、半波、全波的频率分量。二、实验原理实验原理同实验十一。三、实验内容1.连接P04和P101；2.按下SW101按钮，使程序指示灯D3D2D1D0=0101，指示灯对应信号分解；3.调节信号源，使P04分别输出4K的三角波、半波、全波信号，调节W701使信号幅度为4V；4.示波器可分别在TP801、TP802、TP803、TP804、TP805、TP806、TP807和TP808 上观测信号各次谐波的波形；5.分别测出上述三种信号的各次谐波幅度，将测量结果记录在表15-2中，并分析各次谐波间的关系是否符合表15-1。波形公式1次谐波2次谐波3次谐波4次谐波5次谐波6次谐波7次谐波三角波000半波000全波表15-1三角波半波全波谐波幅值表15-2 谐波幅值表谐波频率1f2f3f4f5f6f7f理论值电压有效值电压峰峰值测量值电压有效值电压峰峰值四、实验报告要求1.按要求记录各实验数据，填写表14-2。2.描绘三种被测信号的振幅频谱图。五、实验设备1.信号与系统实验箱 1台2.双踪示波器 1台3.毫伏表1台实验16数字滤波器一、实验目的1.了解数字滤波器的作用与原理；2.了解数字滤波器的设计实现过程。二、实验原理说明当我们仅对信号的某些分量感兴趣时，可以利用选频滤波器，提取其中有用的部分，而将其它滤去，滤波器的一项基本任务即对信号进行分解与提取。目前DSP数字信号处理系统构成的数字滤波器已基本取代了传统的模拟滤波器，数字滤波器与模拟滤波器相比具有许多优点。用DSP构成的数字滤波器具有灵活性高、精度高和稳定性高，体积小、性能高，便于实现等优点。因此在这里我们选用了数字滤波器来实现信号的分解。在实验中我们设计了一个FIR低通滤波器，采样率Fs=128K，Fpass=4K，Fstop=6K；三、实验内容和步骤1.连接P04和P101；2.调节信号源，使P04输出f=4KHz的正弦波，调节W701使信号幅度为4V；3.按下SW101按钮，使程序指示灯D3D2D1D0=0010，指示灯对应数字滤波；4.观察TP801输出的信号；5.试着将P04输出信号频率调节到5K，6K，7K……观察TP801输出信号的变化；6.测量不同频率下信号输出幅度的变化，画出滤波器的相应曲线；7.将正弦波改变成方波信号，调节频率从1K-8K，观察TP801信号的变化。四、实验报告要求1.描述数字滤波器的设计方法；2.绘出低通滤波器的幅频特性曲线。五、实验设备1.双踪示波器1台2.信号系统实验箱1台3.计算机1台实验17基于虚拟仪器的信号分析实验一、实验目的1.了解虚拟频谱仪工作原理；2.观测各种复杂信号频谱，理解信号频谱的性质。二、实验原理说明理论上我们已知复杂的周期信号可以分解成无穷多个简单信号，在信号分解实验中我们用滤波法验证并提起了几个低次谐波，如要用这种方法得到频谱图需首先测出各次谐波幅值，然后再在座标纸上画出频谱图，实现起来既麻烦又不直观；应用数字信号处理技术和虚拟仪器技术我们能很形象直观地观测到各种信号的频谱，方法：1将待分析的时域信号经AD变换变成数字信号；2.在DSP或PS机中进行FFT变换；3.将变换后的数据通过USB传到PC机中；4.基于LABVIEW软件设计虚拟频谱仪，并画出频谱图；三、频域分析软件（虚拟频谱仪）安装与使用1.USB驱动安装（1）运行“372drive”文件夹中的USB驱动程序CH372DRV.EXE。在图16-1中的界面选择INSTALL，完成USB口驱动的安装。图17-1（2）用USB线连接实验平台与PC机（3）按下SW102按钮对DSP进行复位，或对实验箱加电复位，在计算机的控制面板中的设备管理器可以添加了一个外部接口，如图17-2所示，表示USB口工作正常。 图17-22．数据采样分析软件 RZ8664B型数据采样分析软件是和RZ8664B型实验箱配套的数据采样分析软件。本软件主要完成实验过程中模拟信号的采样，数据存储，滤波及频谱分析等功能。通过实验可以让学生直观的观察数字信号处理过程中各个步骤完成的基本功能，加深对理论知识的理解。软件介绍本软件是使用Labview8.2编写，在使用前请确认电脑已经安装Labview8.2或8.2以上版本，以保证软件能正常运行。本软件为独立运行软件，不需要安装，但运行需要支持文件，因此使用时请将可执行文件以及其支持文件放到独立的文件夹下，在数据采样过程中，建议其采样数据文件不要同程序放到同一个文件夹下，防止删除数据时误删文件，导致程序无法正常运行。在使用软件时，要严格按照实验步骤进行操作，操作错误或不当可能会造成数据同实验箱通信不正常，严重的可能会因为数据拥塞导致电脑死机。软件使用说明打开软件后主界面如下图17-3所示。 图17-3RZ8664VI主界面界面包含三个按钮：数据采集，数据处理，退出。选择数据采样、数据处理可分别进入相对应的子程序界面进行实验。 选择数据采集界面选择数据采样按钮后，会进入如下图17-4所示界面。17-4数据采样子界面四、实验内容1.连接P04和P101；2.按下SW101按钮，使程序指示灯D3D2D1D0=0010，指示灯对应虚拟仪器；3.按照上面实验原理部分软件说明部分进行操作；五、实验报告要求1.总结脉冲信号的频谱随时域信号频率、占空比的变化规律；六、实验设备1.双踪示波器1台2.信号系统实验箱1台3.计算机1台实验18数字滤波器在线设计一、实验目的1.了解数字滤波器的作用与原理；2.了解数字滤波器的设计实现过程。二、实验原理说明当我们仅对信号的某些分量感兴趣时，可以利用选频滤波器，提取其中有用的部分滤去，而将其它滤波器的一项基本任务即对信号进行分解与提取。目前DSP数字信号处理系统构成的数字滤波器已基本取代了传统的模拟滤波器，数字滤波器与模拟滤波器相比具有许多优点。用DSP构成的数字滤波器具有灵活性高、精度高和稳定性高，体积小、性能高，便于实现等优点。因此在这里我们选用了数字滤波器来实现信号的分解。三、实验内容1.用辅助设计软件设计IIR滤波器点击MATLAB图标进入MATLAB工作环境。具体设计软件的安装见软件包中说明。在MATLAB指令窗下键入：DSPM，再按回车键，MATLAB将出现“数字信号处理实验辅助分析与设计系统”主界面（如图18-1）。图18-1辅助分析与设计系统主界面按任意键进入如图18-2界面，共有三个选项：IIR滤波器辅助设计、FIR滤波器辅助设计和信号频谱分析。图18-2辅助分析与设计系统分为三部分点击IIR滤波器辅助设计选项，进入IIR数字滤波器辅助设计窗口，如图18-3。在窗口左上方点击“选择滤波器类型”下拉菜单，可见低通、高通、带通、带阻四个选项。每一选项又分为“输入Fs”、“输入fp、N”和“输入fp、fst、As、Rp”三种选择。其中每一种选项又可以选用Butterworth、ChebyshevⅠ、ChebyshevⅡ和椭圆四种滤波器。图18-3IIR数字滤波器辅助设计窗口为配合硬件实验装置的工作，本数字滤波器辅助设计选用的采样频率Fs均为2的N次方，最高采样频率Fs=128KHz。（1）“输入Fs”：根据设计要求选定采样频率Fs后，再选定数字滤波器的种类，按“APPLY”，即开始进行设计。图形窗口的左边显示图形结果，数据结果将在MATLAB命令窗口给出。该选项采用了IIR数字滤波器最典型的设计参数：(以低通滤波器为例)原型滤波器阶数N=3；归一化的数字滤波器通带边界频率ωp=0.5； 通带最大衰减Rp<1dB；阻带最小衰减As>20dB。（2）“输入fp、N”：可根据设计要求选择Fs、fp和N，选定数字滤波器的种类后，按“APPLY”，即开始进行设计。图形窗口的左边显示图形结果，数据结果将在MATLAB命令窗口给出。此选项通带最大衰减和阻带最小衰减为固定值：Rp<1dB；As>20dB。（3）“输入fp、fst、As、Rp”：该选项是一个选择范围最大的选项，可根据设计要求选择Fs、fp、fst、As、Rp。选定数字滤波器的种类后，按“APPLY”，即开始进行设计并显示结果。注意：以上设计结果将在MATLAB的work子目录下自动存为文本文件（如：Lp.txt）和供数字信号处理（DSP）实验硬件系统使用的数据文件firiir.dat。另外，在IIR数字滤波器窗口，还有一个选项“是否显示其它曲线”，当选“Y”时，按“APPLY”后，还将显示滤波器的冲激响应和相频特性曲线。进行IIR滤波器设计时，使用“输入Fs”或“输入fp、N”项，注意以下问题：（1）巴特瓦兹滤波器的技术指标以通带截止频率fc为准，此时Rp=3dB，而不是1dB。（2）契比雪夫Ⅰ型滤波器的技术指标以通带边界频率fp为准，此时Rp=1dB。（3）契比雪夫Ⅱ型滤波器的技术指标以阻带边界频率fst为准，此时As=20dB。（4）椭圆数字滤波器的技术指标以通带边界频率fp为主，又兼顾阻带边界频率fst，此时Rp=1dB，As=20dB。2.FIR滤波器辅助设计点击FIR滤波器辅助设计选项，进入FIR数字滤波器辅助设计窗口，如图18-4。在窗口左上方可见“窗函数法”和“频率采样法”两个选项。点击“窗函数法”或“频率采样法”下拉菜单，可见低通、高通、带通、带阻四个选项。其中，窗函数法为使用者提供矩形、三角、Bartlett、Hamming、Hanning、Kaiser等六种窗口。图18-4FIR数字滤波器辅助设计窗口（1）“窗函数法”：分为“输入fp、fst”、“输入fp、N”两种选择。可根据给定的技术指标选择输入，然后选择不同的窗函数。按“APPLY”，即开始进行设计。图形窗口的左边显示图形结果，数据结果将在MATLAB命令窗口给出。使用者可根据设计结果分析，确定最后选定的窗函数。（2）“频率采样法”：根据给定的技术指标选择输入后，按“APPLY”，即开始进行设计并显示结果。注意：以上设计结果将在MATLAB的work子目录下自动存为文本文件（如：Lp.txt）和供数字信号处理（DSP）实验硬件系统使用的数据文件firiir.dat。另外，在FIR数字滤波器窗口，还有一个选项“是否显示另一组曲线”，当选“Y”时，按“APPLY”后，还将显示滤波器的冲激响应、频响采样值、窗函数以及幅频特性等曲线。3.建立设计结果数据文件输入设计指标，点击“APPLY”后，辅助设计系统将自动建立一个设计结果文本文件（如：lp.txt）以及数据文件firiir.dat。4.实现设计的数字滤波器（1）连接计算机和实验平台的USB接口，对实验平台加电；（2）按下SW101按钮选择DSP工作的程序，当程序号模块显示“8”（3）运行“滤波器设计”程序，出现如图18-5所示的界面，点击“滤波器系数装载”按钮把设计好的滤波器数据文件firiir.dat装入应用程序；图18-5滤波器系数装载窗口（4）连接P702和P101将正弦信号送入DSP模块；（5）调节输入信号频率，在TP801上观测波形的变化，验证设计的滤波器。四、实验扩展1.用双线性变换法设计并用实验系统实现一个三阶的契比雪夫Ⅰ型低通数字滤波器，其采样频率Fs=8KHz，1DB通带边界频率为fp=2KHz。（1）用双线性变换法设计以上低通滤波器。（2）建立其数据文件。对这数据文件进行汇编连接,并将汇编后产生的汇编文件调入实验系统。（3）在输入端加正弦波，用双踪示波器观测数字滤波器的幅频特性，并将测量数据记入自行准备的表格,并描绘其幅频特性曲线。2.用双线性变换法设计并用实验系统实现一个三阶的契比雪夫Ⅱ型高通数字滤波器，其采样频率Fs=16KHz，阻带边界频率为fst=4KHz，As=20dB。要求：（1）用双线性变换法设计以上高通滤波器。（2）建立其数据文件。对这数据文件进行汇编连接,并将汇编后产生的汇编文件调入实验系统。（3）在输入端加正弦波，用双踪示波器观测数字滤波器的幅频特性，将测量数据记入自行准备的表格,并描绘其幅频特性曲线。3.设计一个FIR带通数字滤波器，其采样频率Fs=16KHz，通带边界频率分别为fp2=3KHz，fp1=5KHz，要求在通带内Rp<1dB。f小于2KHz，大于6KHz为阻带，As>40dB。（1）设计符合以上要求的数字滤波器，并编写能够输出FS、N、ai、bi参数的程序。（2）用硬件系统实现设计的FIR数字滤波器，用示波器观察其设计结果，逐点描绘其曲线，并与MATLAB中显示的结果相比较。4.设计一个FIR带阻数字滤波器，其采样频率Fs=32KHz，上下阻带边界频率为fs2=5KHz，fs1=10KHz，As>40dB；下通带边界频率为4KHz，上通带边界频率为11KHz，Rp<1dB。（1）设计符合以上要求的数字滤波器，并编写能够输出FS、N、ai、bi参数的程序。（2）用硬件系统实现设计的FIR数字滤波器，用示波器观察其设计结果，逐点描绘其曲线，并与MATLAB中显示的结果相比较。五、实验报告要求1.描述数字滤波器的设计方法；2.自行设计并实现一个数字滤波器。六、实验设备1.双踪示波器1台2.信号系统实验箱1台3.计算机1台语音信号处理实验1语音信号的时域观测一、实验目的1.了解语音信号的特点；2.了解语音的数字化的采样频率及数字化过程；3使用上层软件观察语音数据时域波形，并采集一段语音数据试听。二、实验原理1.语音信号介绍语音信号是携带语音信息的语音声波，如果经过声电转换就得到语音的电信号，而语音信号的数字处理基于语音信号的数字化表示，模拟语音信号经过A/D转换后就得到离散的语音信号数字化采样。语音的数字化采样值以文件形式存储到计算机中就可以用到有关工具程序或者自编程序读出并显示在计算机屏幕上，得到便于观察分析的语音时域波形图。根据语音的日常应用，语音可大致分为3类：窄带（电话带宽300-3400Hz）语音，宽带（7Khz）语音和音乐带宽（20Khz）语音，窄带语音的采样率通常为8Khz，一般应用于语音通信中，宽带（7KHZ）语音采样率通常为16Khz，一般用于要求更高音质的应用中，如电视会议，而20Khz带宽语音适用于音乐数字化，采样率一般高达44.1Khz。由于在以后的实验中，都是以话音为研究单元，因此我们在语音数字化过程中，统一的使用了8Khz的采样率。图1语音信号时域波形 上图是一个女声发音的“我到北京去”的时域波形图，该语音段的频谱宽度为300-3400Hz，采样频率为8kHz，持续时间为4S。从图中可以看出，语音信号有很强的“时变特性”，有些波段具有很强的周期性，有些波段具有很强的噪声特性，且周期性语音和噪声性语音的特征也在不断变化中。 语音按其激励形式的不同主要可以分为两类：浊音:当气流通过声门时，如果声带的张力刚好使声带发生张弛振荡式的振荡，产生一股准周期的气流，这一气流激励声道就产生浊音。清音:当气流通过声门时，如果声带不振动，而在某处收缩，迫使气流以高速通过这一收缩部分而产生湍流，就得到清音。在下图给出了清音和浊音的波形图：图（a）清音图（b）浊音2.语音编解码芯片-WM8731 WM8731是一款带有集成耳机驱动器的极低功耗、高质量音频编码解码器，专为便携数字音频应用而设计。该器件可以提供CD音质的音频录音和回放，为16欧姆的负载提供50mW的输出功率。*带有集成耳机驱动器的立体声音频编解码器(50mWon16W@3.3V)*2.7–3.6V模拟电源电压（标准版）*回放模式下功耗<18mW*100dB信噪比(‘A’weighted@48kHz)的数模转换器*90dB信噪比(‘A’weighted@48kHz)的模数转换器*采样率范围：8kHz–96kHz*主时钟或者从时钟模式*USB时钟模式可以从USB时钟直接生成一般MP3的所有采样率(incl.441.kHz)*输出音量和静音控制*麦克风输入和带有侧音混频器的驻极体偏压*可选择的模数转换器(ADC)高通滤波器*2线或3线微处理器(MPU)串行控制接口*可编程音频数据接口模式3．实验系统介绍 在本实验中，将完成语音的数字化处理过程，并实现的语音的录放和采集。语音信号采样的结构图如下图所示：图3语音信号采集示意图 语音通过MIC进入WM8731，经过WM8731处理并完成数字化后，进入DSP完成语音的的回放和传输，PC机端收到语音信号后，可以完成语音信号的时域观察和频域分析。图4上层软件界面图形 上图为语音采集软件界面示例：在该软件中，可以看到音频波形和细节波形两个窗口，分别可以观察语音信号的轮廓和语音信号的细节成分。 四、实验内容及步骤 在实验中，使用PC端的语音观测软件，观测语音信号的时域波形。1.连接麦克风和耳机到实验箱右下侧接口；2.按下SW101按钮，使程序指示灯D3D2D1D0=1011，指示灯对应语音采集； 3.打开RZ8664上层软件，观察实时语音数据，并观察对应的波形；实验2语音信号的频域分析一、实验目的1.了解语音信号的频率成分；2.采集一段语音进行频谱分析；3.了解语谱图，并使用MATLAB画出一段语音的语谱图。二、实验原理1.语音信号频域介绍 语音的产生是一个复杂的过程，语音信号的最终形成是包含众多因素的，包括心理和生理等方面的一系列动作，因此语音信号是较为复杂的音频信号，包含众多的频率成分，有些频率成分对于语音的产生有比较大的影响，缺少了语音的语义就会完全失真，有些频率成分则是噪声信号，缺少了对语音的语音基本没有影响。 下图是一个女声发音的“我到北京去”的时域波形图，该语音段的频谱宽度为300-3400Hz，采样频率为8kHz，持续时间为4S。现在对下面的信号进行频谱分析。图1语音信号时域及频域图形 在上图中给出了一段语音信号和这段语音信号的频域图形，可以看出语音信号从几十Hz到1500Hz频段都有频率分布，在该频段上，各个频率对应幅度也有不同。每个频率成分都是怎么产生的，又有什么样的作用，这就是音频信号频域分析需要注意的问题。2．语谱图 语音信号随时间而变化的频谱特性可以用语谱图直观的来表示。语谱图的纵轴对应与频率，横轴对应于时间，二图像的黑白度（也可用彩色）对应于信号的能量。所以，声道的谐振在图上就表示成黑带，浊音部分则以出现条纹图形为特征，这是因为此时的时域波形具有周期性，而在清音的时间间隔内图形显得很致密。 下面给出了上面“我到北京去”语音信号的语谱图，试对比上面介绍内容，分析该语谱图，分析语音信号的特征。图2语谱图四、实验内容及步骤1.连接麦克风和耳机到实验箱右下侧接口；2.按下SW101按钮，使程序指示灯D3D2D1D0=1011，指示灯对应语音采集； 3.打开RZ8664上层软件，观察实时语音数据，并将语音数据保存为.wav格式文件；实验3语音信号的尺度变换一、实验目的1.了解语音信号数字化的方法；2.掌握语音信号时域频域有关特性：时域波形、频域频谱。二、实验原理说明1.尺度变换 尺度变换是指，如果信号在时域进行压缩或者扩展，相应该信号在频域也会进行扩展和压缩，其表示如下： 图1尺度变换的性质 如上图所示，以矩形脉冲为原始信号进行尺度变换的两个例子。尺度变换的物理含义是，如果信号在时域进行压缩，即当a>1时，其频谱将在频域进行相应的扩展；反之，如果信号在时域进行扩展，即当0<a<1时，则其频谱将在频域进行压缩。 尺度变换所描述的信号在时域和频域中相互制约的反比关系是一个很重要的性质，在信号与系统的分析与综合中往往要涉及到这个性质。例如，在数据通信网的发展历程中，为了得到高速的传输速率，就必须提高传输媒质的带宽，由此而导致了传输媒质从铜线电缆到光缆的变迁。 为什么时域压缩会导致频域扩展，而时域扩展会导致频域压缩呢？因为时间坐标尺度的变化会改变信号变化的快慢，当时间坐标尺度压缩时，信号变化加快，因而频率提高了；反之，当时间坐标扩展时，信号变化减慢，因而频率也就降低了。例如，当播放一合音乐磁带时，如果播放的速度和录制的速度不同，则人耳所听到的效果将会不同：如果播放的速度快