信号与系统实验DOC
信号与系统实验讲义
雷明东编
重庆文理学院
电子电气学院
2014年10月
实验注意事项
1、不准迟到早退，开始做实验前需要签字；
2、在离开实验室前，要整理好实验设备、桌椅、收拾好垃圾后，待老师检查完毕，方可离开实验室；
3、做实验期间不准大声喧哗，如有问题需举手示意；
4、不准在无老师授权的情况下随意拆卸实验设备；
5、在每次做新实验前，需交前个实验的实验报告。
实验一 常用信号的分类和观察
一 实验目的：
1、观察和了解常见信号的波形和特点。
2、理解相关信号参数的作用和意义。
3、掌握信号的FFT 变换。 3、熟练掌握示波器的使用。
二 实验原理：
描述信号的基本方法是写出它的数学表达式，此表达式是时间的函数，绘出函数的图像称为信号的波形。
对于各种信号，可以从不同的角度分类。如分成确定性信号与随机信号；周期信号与非周期信号；连续时间信号与离散时间信号等。
常见信号除了包括正弦波)sin()(0φω+=t A t x 、指数函数信号t Ke t x α=)(、抽样函数信号t t A t x /)(sin )(=、高斯函数信号τ/)(t Ke t x -=、方波、三角波、锯齿波，还包括一些直流信号。
三 预习练习：
1、预习有关信号的分类和描述。
2、理解信号的函数表达式和相关参数的意义。
四 实验内容及步骤：
1、 根据实验箱上函数信号发生器模块的提示选择相应的信号波形代码。
01：正弦波 02：方波 03：锯齿波 04：三角波
05：阶梯波
06：衰减指数信号
07：高斯函数信号
08：抽样函数信号
09：抽样脉冲
10：调幅信号
11：扫频信号
2、用示波器测量信号，读取信号的幅度和频率，并用坐标纸记录信号波形；
在信号与系统实验箱上的电源模块用电压表（或万用表）与示波器来观
测电源信号的特点，并测量电源的幅度。
3、在示波器上观测扫频信号的波形特征，大致画出扫频信号的波形。
4、利用示波器中的FFT函数，来观看信号的FFT变换形式。
5、用频谱分析仪观测各个信号的频谱（选做）。
五实验仪器：
1、信号系统实验箱（函数信号发生器模块）
2、双踪示波器
六实验报告内容：
1、根据实验测量所得数据，绘制各个信号的波形图。
2、绘制各个波形的FFT变换波形。
3、写出相应的函数表达式与频域变换表达式。
4、用示波器直流档观测函数信号的波形特点，并说明原因（提示：本函数发生器所产生的信号均由单片机AT89C51产生）。
实验二 系统的零输入响应、零状态响应分析
一 实验目的：
1、用示波器观察一阶RC 电路的零输入响应、零状态响应。
2、理解并掌握一阶电路零输入响应、零状态响应的物理意义以及与其他类型响应，诸如全响应、单位阶跃响应、单位冲击响应之间的关系。
二 实验原理：
一阶连续时间系统如图所示
其模型可用微分方程
R
V
V R dt dV C C =+1 表示 微分方程的解反映了该系统的响应，根据微分方程既可以求出零输入响应、零状态响应，又可求出全响应。
三 预习练习：
课前认真阅读教材中微分方程模型的零输入响应，零状态响应的求解过程，并深刻体会。并分析全响应与零输入响应、零状态响应以及单位阶跃响应、单位冲击响应之间的关系。
图2-1 一阶连续系统实验
四实验内容及步骤与内容：
1、在扩展模块如图搭接线路
图2-2 一阶电路响应实验电路
2、V1=12V，V2=5V,各电阻电容参数值如图（电容取47uF为基准值，可以适当往小调节）。
（1）K1置于a，K2置于c,待光点回到起始位置后，将K2由c扳向d，观察并记录零输入响应。
（2）K1置于b，K2置于d，待光点回到起始位置后，将K2由d拨向c，观察并记录零状态响应。
（3）K1置于a，K2置于c，待光点回到起始位置后，将K1由a拨向b，观察并记录完全响应。
3、将V1与V2互换即取V1=5V，V2=12V，重复上述步骤。
4、适当改变电阻与电容参数值，重新观测，并记录所观测到的情况。
5、将交流电源作为信源信号，重做该实验。
五实验仪器：
1、信号与系统实验箱（扩展模块、电源模块）
2、示波器
六实验报告内容：
1、在同一坐标下记录实验内容及步骤2观察到的零输入、零状态及全响应
波形。
2、分析实验结果，说明实际波形与理论分析波形差异的原因。
3、将步骤4与步骤2的结果相对比。简述值R*C（即时间常数）变化对各响应的影响。
实验三 信号的分解与合成
一 实验目的：
1、观察周期方波信号的分解，并与实际计算结果相比较，得出自己的结论。
2、在本实验的基础上，熟悉周期方波信号合成与分解的原理和特点。
二 实验原理：
任何电信号都是由各种不同频率、幅度和初相的正弦波迭加而成的。对周期信号由它的傅里叶级数展开式
∑∞
-∞
==
k t
jk k
e
c t x 0)(ω （0ω为基波频率）
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，但相对大小是不同的。
将电信号中所包含的某一频率成份提取出来的方法很多，可以通过一个LC 谐振选频网络提取，也可以通过带通滤波器提取。本实验采用的是后一种方法。
实验中所用被测信号是50Hz 的周期方波，其复指数形式的傅里叶级数为：
∑∑∞
-∞
=∞
=--++==
k k t jk k t jk k t
jk k
e c e c c e
c t x 1
0)()(000ωωω
k c 既包含了K 次谐波振幅也包含了K 次谐波的相位，因此工程上用它表示频谱极为方便，其双边频谱图为：
09ω-07ω-05ω-03ω-0
- 0 0ω 03ω 05ω 07ω 09ω
|Ck| 图3-1 方波信号双边频谱
因此设计带通滤波器的中心频率分别为50Hz, 150Hz,250Hz,350Hz,450Hz 并且带宽要足够的窄（高Q 值）就能够分别提取出方波信号的三、五、七、九次谐波，实现方波信号的分解。从频谱图上可以看出方波信号随着谐波阶次的增加，分量成分越来越少。本实验箱提取到九次谐波分量。
三 预习练习：
1、认真阅读和理解教材中方波周期信号傅里叶级数的分解及合成原理。
2、理论推导，原方波信号的幅度与分解后各次谐波幅度之间存在怎样的关系（在本实验中验证）。
四 实验内容及步骤：
1、输入接单片机信号发生器，选择方波，其频率应为50Hz ，记录方波信号幅值。
2、将方波信号输入到谐波产生电路的输入端，分别分解出基波及三、五、七、九次谐波，用示波器依次观察各次谐波波形（如图16-2所示），在表16-1中记录各波形幅度及频率值。记录每次谐波的波形。（注意基波与各次谐波的幅值关系分别大约为1:1/3，1:1/5，1:1/7，1:1/9）。
图3-2 谐波产生实验电路框图
表3-1 实验数据记录
3、将基波和三次谐波分量接至加法器的输入端，用示波器观察加法器输出波形，并记录之；
4、再分别将五次、七次、九次谐波分量输入加法器，观测相加后的波形，记录之。
（说明：有时得不到准确的实验结果，必须从上到下逐级适当调节电位器。每一级的第一个电位器改变相位，第二个电位器改变增益。）
5、（选做）从可调信号发生器选择频率幅度一定的方波输出，重新做此实验。五实验仪器：
1、信号与系统实验箱（信号的合成与分解模块、函数信号发生器模块）
2、双踪示波器
六实验报告内容：
1、整理步骤2和3并绘出实验中所观察到的各种合成波形并与分解之前的波形进行比较，评述实验结果。
2、整理步骤4和5两次谐波合成实验中得到的波形结果，描绘两次得到的波形。
3、回答预习练习2中的问题。给出推导的步骤。
实验四信号的采样与恢复
一实验目的：
1、了解电信号的采样方法与过程以及信号恢复的方法。
2、验证抽样定理。
二实验原理：
1、离散时间信号可以从离散信号源获得，也可以从连续时间信号经抽样而获得。抽样信号f S（t）可以看成是连续信号f（t）和一组开关函数s（t）的乘积。即：
f S（t）= f（t）×s（t）
如图15-1所示。开关函数为s（t），T S为抽样周期，其倒数f S =1/T S称为抽样频率。
图4-1 对连续时间信号进行的抽样
对抽样信号进行傅里叶分析可知，抽样信号的频谱包含了原连续信号以及无限多个经过平移的原信号频谱。平移后的频率等于抽样频率f S及其各次谐波频率2 f S，3f S，4f S，5f S ……。
当抽样信号是周期性窄脉冲时，平移后的频谱幅度按sinx/x规律衰减。抽样信号的频谱是原信号频谱周期性的延拓，它占有的频带要比原信号频谱宽得多。
2、正如测到了足够的实验数据以后，我们可以在坐标纸上把一系列数据点连接起来，得到一条光滑的曲线一样，抽样信号在一定条件下也可以恢复到原信号。只要用一截止频率等于原信号频谱中最高频率f max的低通滤波器，滤除高频分量，经滤波后得到的信号包含了原信号频谱的全部内容，故在低通滤波器的输出可以得到恢复后的原信号。
(a)连续信号的频谱
(b)高抽样频率时的抽样信号及频谱（不混叠）
(c)低抽样频率时的抽样信号及频谱（混叠）
图4-2 冲激抽样信号的频谱图
3、信号得以恢复的条件是f S >2B,其中f S为抽样频率，B为原信号占有的频带宽度。而f min =2B为最低的抽样频率，又称为“奈奎斯特抽样率”。当f S <2B时，抽样信号的频谱会发生混叠，从发生混叠后的频谱中，我们无法用低通滤波器获得原信号频谱的全部内容。在实际使用中，仅包含有限频谱的信号是极少的，因此即使f S =2B，恢复后的信号失真还是难免的。图15-2画出了当抽样频率f S >2B
（不混叠时）及f S <2B（混叠时）两种情况下冲激抽样信号的频谱图。
实验中选用f S <2B、f S =2B、f S >2B三种情况抽样频率对连续信号进行抽样，以验证抽样定理——要使信号采样后能不失真地还原，抽样频率f S必须大于信号频率中最高频率的两倍即f S >2 f max。
4、为了实现对连续信号的抽样和抽样信号的复原，可用实验原理框图15-3的方案。除选用足够高的抽样频率外，常采用前置低通滤波器来防止原信号频谱过宽而造成抽样后信号频谱的混叠。但这也会造成失真。如实验选用的信号频带较窄，则可不设置低通滤波器。本实验就是如此。
图4-3 抽样定理实验方框图
三预习练习：
1、若连续时间信号为5kHz的正弦波，开关函数为15.6KHz频率的窄脉冲，试求抽样后的信号f S (t)画出波形图。
2、若连续时间信号取频率为400Hz的方波或三角波，计算其有效的频带宽度。该信号经频率为f S的周期性脉冲抽样后，若希望通过低通滤波器后的信号失真较小，则抽样频率和低通滤波器的截止频率应取多大？
四实验内容及步骤：
方波信号的抽样与恢复。
（1）观察方波信号的抽样。
输入接函数信号发生器，选择01正弦波输出；调节函数信号发生器，使其
输出频率为1KHz的方波作为抽样脉冲，用示波器观察抽样后的波形。
（2）观察恢复后的波形。
观察（1）中的恢复波形，即滤波器输出的信号f’(t)的波形，并记录之。五实验仪器：
1、信号与系统实验箱（抽样定理模块、函数信号发生器模块、可调信号发生器模块）
2、双踪示波器
六实验报告内容：
1、分别画出观察到的f(t)为50Hz时的方波、正弦波以及三角波，开关函数s（t）的频率为3.9KHz时的抽样信号f S (t)的波形和恢复后的f’(t)信号的波形，并进行比较。
2、在什么情况下观察到的f S (t)的波形最好？为什么？
3、开关函数s（t）的最低频率和最高频率分别是多少？
实验五 模拟滤波器的分析
一 实验目的：
1、了解无源和有源滤波器的种类、基本结构及其相应的幅频特性。
2、对比无源RC 滤波器和有源RC 滤波器的构成与滤波特性。
4、了解扫频信号的特征和作用，以及扫频信号通过滤波器之后所得的波形形状与滤波器特性之间的关系。
二 实验原理：
1、滤波器的特点是对输入信号的频率具有选择性。因而常可作为用来消除干扰杂讯的器件,将输入或输出经过过滤而得到纯净的交流电。滤波器的种类很多，按照其幅频特性可分为四种，即低通（LP ）、高通（HP ）、带通（BF ）和带阻（BS ）滤波器。图4-1分别给出了四种滤波器的理想幅频响应。通过观察幅频响应特点，可以较为直观的理解各滤波器的滤波特性。
图5-1 四种滤波器的理想幅频特性 2、RC 滤波器不用电感元件，因而免除了电感所固有的非线性特性、磁场屏蔽、损耗等缺点。另一方面也克服了含电感滤波器体积和重量过大的缺点，RC 滤波器，特别是在低频频段，要比含电感的滤波器体积要小得多。
（b ）高通滤波器
(c) 带通滤波器 (a) 低通滤波器
0 fc f 0 fcl f0 fch f
(d) 带阻滤波器 0 fcl f0 fch f
有源RC滤波器与无源滤波器比较，前者输入阻抗大，输出阻抗小，能在负载和信号源间起隔离作用，同时滤波特性前者要比后者好。有源滤波器另一个特点是容易集成化。
3、本实验箱中各滤波器电路原理如下图：
(a) 无源低通滤波器(b) 有源低通滤波器
(c) 无源高通滤波器(d) 有源高通滤波器
(e) 无源带通滤波器(f) 有源带通滤波器
（g）无源带阻滤波器（h）有源带阻滤波器
图5-2 各种滤波器的实验电路图
三预习练习：
1、预习RC滤波器的构成原理和功能特点，了解滤波器的分类。
2、预习运算放大器的相关知识及用运算放大器构成滤波器的方法。
四实验内容及步骤：
观察与测试滤波器幅频特性曲线。
在单片机信号发生器选择扫频输出，把扫频信号接到滤波器输入端用示波器观察滤波器的输出，可以得到近似的幅频特性曲线。
用这种方法，分别观察有源和无源的低通、带阻滤波器的幅频特性，并描绘它们的包络。五实验仪器：
1、信号系统实验箱（函数信号发生器模块、滤波器模块）
2、双踪示波器
3、交流电压表
六实验报告内容：
1、说出滤波器的功能特征，以及分类。并指出有源滤波器与无源滤波器的特点与主要差别。分析求解各类无源和有源滤波器的H(jω)表达式，并画出幅频特性曲线。
2、根据实验测量所得数据，绘制各类滤波器的幅频特性曲线；比较并计算出特征频率、截止频率和通频带。
3、分析某一种无源滤波器与其相对应的有源滤波器之间的电路对应关系，写出自己的结论。
4、指出理论分析上本实验中的电阻与电容值以及输入信号频率应满足什么条件，同时指出本实验中的电路图是否满足这些条件。
5、提出另外若干种滤波器的实现方法，并画出电路图（选做）。
信号与系统实验题目及答案
第一个信号实验的题目 1实现下列常用信号 （1）(5)u t +；（2）(1)t δ-；（3）cos(3)sin(2)t t +；（4）()[(1)(2)]f t t u t t u t t =?---； （5）0.5()4cos(),010t f t e t t π-=?= 2连续信号的基本运算与波形变换 已知信号2 2,2 1 ()33 t t f t ? -+-≤≤?=???，试画出下列各函数对时间t 的波形： （1）()f t -（2）(2)f t -+（3）(2)f t （4）1 (1)2 d f t dt +（5）(2)t f d ττ-∞-? 3连续信号的卷积运算 实现12()()f t f t *，其中1()f t 、2()f t 从第2个题目中任选3对组合。 4连续系统的时域分析 （1） 描述某连续系统的微分方程为()2()()()2()y t y t y t f t f t ''''++=+，求当输入信号为 2()2()t f t e u t -=时，该系统的零状态响应()y t 。 （2） 已知描述某连续系统的微分方程为2()()3()()y t y t y t f t '''+-=，试用MATLAB 绘出 该系统的冲激响应和阶跃响应的波形。 实验一答案： （1）(5)u t +在MATLAB 软件的输入程序及显示波形如下：
（2）(1)t δ-在MATLAB 软件的输入程序及显示波形如下： （3）cos(3)sin(2)t t +在MATLAB 软件的输入程序及显示波形如下： （4）()[(1)(2)]f t t u t t u t t =?---在MATLAB 软件的输入程序及显示波形如下： （5）0.5()4cos(),010t f t e t t π-=?=在MATLAB 软件的输入程序及显示波形如下：
信号与系统实验
《信号与系统及MATLAB实现》实验指导书
前言 长期以来，《信号与系统》课程一直采用单一理论教学方式，同学们依靠做习题来巩固和理解教学内容，虽然手工演算训练了计算能力和思维方法，但是由于本课程数学公式推导较多，概念抽象，常需画各种波形，作题时难免花费很多时间，现在，我们给同学们介绍一种国际上公认的优秀科技应用软件MA TLAB，借助它我们可以在电脑上轻松地完成许多习题的演算和波形的绘制。 MA TLAB的功能非常强大，我们此处仅用到它的一部分，在后续课程中我们还会用到它，在未来地科学研究和工程设计中有可能继续用它，所以有兴趣的同学，可以对MA TLAB 再多了解一些。 MA TLAB究竟有那些特点呢？ 1．高效的数值计算和符号计算功能，使我们从繁杂的数学运算分析中解脱出来； 2．完备的图形处理功能，实现计算结果和编程的可视化； 3．友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言，易于学习和掌握； 4．功能丰富的应用工具箱，为我们提供了大量方便实用的处理工具； MA TLAB的这些特点，深受大家欢迎，由于个人电脑地普及，目前许多学校已将它做为本科生必须掌握的一种软件。正是基于这些背景，我们编写了这本《信号与系统及MA TLAB实现》指导书，内容包括信号的MA TLAB表示、基本运算、系统的时域分析、频域分析、S域分析、状态变量分析等。通过这些练习，同学们在学习《信号与系统》的同时，掌握MA TLAB的基本应用，学会应用MA TLAB的数值计算和符号计算功能，摆脱烦琐的数学运算，从而更注重于信号与系统的基本分析方法和应用的理解与思考，将课程的重点、难点及部分习题用MA TLAB进行形象、直观的可视化计算机模拟与仿真实现，加深对信号与系统的基本原理、方法及应用的理解，为学习后续课程打好基础。另外同学们在进行实验时，最好事先预习一些MA TLAB的有关知识，以便更好地完成实验，同时实验中也可利用MA TLAB的help命令了解具体语句以及指令的使用方法。
信号与系统实验报告1
学生实验报告 （理工类） 课程名称：信号与线性系统专业班级：M11通信工程 学生学号：1121413017 学生姓名：王金龙 所属院部：龙蟠学院指导教师：杨娟
20 11 ——20 12 学年第 1 学期 金陵科技学院教务处制 实验报告书写要求 实验报告原则上要求学生手写，要求书写工整。若因课程特点需打印的，要遵照以下字体、字号、间距等的具体要求。纸张一律采用A4的纸张。 实验报告书写说明 实验报告中一至四项内容为必填项，包括实验目的和要求；实验仪器和设备；实验内容与过程；实验结果与分析。各院部可根据学科特点和实验具体要求增加项目。 填写注意事项 （1）细致观察，及时、准确、如实记录。 （2）准确说明，层次清晰。 （3）尽量采用专用术语来说明事物。 （4）外文、符号、公式要准确，应使用统一规定的名词和符号。 （5）应独立完成实验报告的书写，严禁抄袭、复印，一经发现，以零分论处。 实验报告批改说明 实验报告的批改要及时、认真、仔细，一律用红色笔批改。实验报告的批改成绩采用百分制，具体评分标准由各院部自行制定。 实验报告装订要求
实验批改完毕后，任课老师将每门课程的每个实验项目的实验报告以自然班为单位、按学号升序排列，装订成册，并附上一份该门课程的实验大纲。
实验项目名称：常用连续信号的表示 实验学时： 2学时 同组学生姓名： 无 实验地点： A207 实验日期： 11.12.6 实验成绩： 批改教师： 杨娟 批改时间： 一、实验目的和要求 熟悉MATLAB 软件；利用MATLAB 软件，绘制出常用的连续时间信号。 二、实验仪器和设备 586以上计算机，装有MATLAB7.0软件 三、实验过程 1. 绘制正弦信号)t Asin t (f 0?ω+=（），其中A=1，πω2=，6/π?=； 2. 绘制指数信号at Ae t (f =），其中A=1，0.4a -=； 3. 绘制矩形脉冲信号，脉冲宽度为2； 4. 绘制三角波脉冲信号，脉冲宽度为4；斜度为0.5； 5. 对上题三角波脉冲信号进行尺度变换，分别得出)2t (f ，)2t 2(f -； 6. 绘制抽样函数Sa （t ）,t 取值在-3π到+3π之间； 7. 绘制周期矩形脉冲信号，参数自定； 8. 绘制周期三角脉冲信号，参数自定。 四、实验结果与分析 1．制正弦信号)t Asin t (f 0?ω+=（），其中A=1，πω2=，6/π?= 实验代码： A=1;
信号与系统综合实验项目doc信号与系统综合实验项目(竞
信号与系统综合实验项目doc 信号与系统综合实验项目 (竞 实 验 指 导 项目一 用MATLAB 验证时域抽样定理 目的： 通过MATLAB 编程实现对时域抽样定理的验证，加深抽样定理的明白得。同时训练应用运算机分析咨询题的能力。 任务： 连续信号f(t)=cos(8*pi*t)+2*sin(40*pi*t)+cos(24*pi*t)，通过理想抽样后得到抽样信号fs(t)，通过理想低通滤波器后重构信号f(t)。 方法： 1、确定f(t)的最高频率fm 。关于无限带宽信号，确定最高频率fm 的方法：设其频谱的模降到10-5左右时的频率为fm 。 2、确定Nyquist 抽样间隔T N 。选定两个抽样时刻：T S 实验一 常用信号分类与观察 一、实验目的 1、了解单片机产生低频信号源； 2、观察常用信号的波形特点及产生方法； 3、学会使用示波器对常用波形参数的测量。 二、实验内容 1、信号的种类相当的多，这里列出了几种典型的信号，便于观察。 2、这些信号可以应用到后面的“基本运算单元”和“无失真传输系统分析”中。 三、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，即在一特定的输入信号下，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。常用信号有：指数信号、正弦信号、指数衰减正弦信号、抽样信号、钟形信号、脉冲信号等。 1、正弦信号：其表达式为)sin()(θω+=t K t f ，其信号的参数：振幅K 、角频率ω、与初始相位θ。其波形如下图所示： 图 1-5-1 正弦信号 2、指数信号：指数信号可表示为at Ke t f =)(。对于不同的a 取值，其波形表现为不同的形式，如下图所示： 图 1-5-2 指数信号 3、指数衰减正弦信号：其表达式为 ?? ? ??><=-)0()sin()0(0)(t t Ke t t f at ω 其波形如下图： 图 1-5-3 指数衰减正弦信号 4、抽样信号：其表达式为： sin ()t Sa t t = 。)(t Sa 是一个偶函数，t = ±π,±2π,…,±n π时，函数值为零。该函数在很多应用场合具有独特的运用。其信号如下图所示： 信号与系统软件实验 指导书 《信号与系统》课程组 华中科技大学电子与信息工程系 二零零九年五月 “信号与系统软件实验”系统简介《信号与系统》是电子与通信类专业的主要技术基础课之一，该课程的任务在于研究信号与系统理论的基本概念和基本分析方法，使学生初步认识如何建立信号与系统的数学模型，如何经适当的数学分析求解，并对所得结果给以物理解释，赋予物理意义。由于本学科内容的迅速更新与发展，它所涉及的概念和方法十分广泛，而且还在不断扩充，通过本课程的学习，希望激发起学生对信号与系统学科方面的学习兴趣和热情，使他们的信心和能力逐步适应这一领域日新月异发展的需要。 近二十年来，随着电子计算机和大规模集成电路的迅速发展，用数字方法处理信号的范围不断扩大，而且这种趋势还在继续发展。实际上，信号处理已经与计算机难舍难分。为了配合《信号与系统》课程的教学、加强学生对信号与线性系统理论的感性认识，提高学生计算机应用能力，《信号与系统》课程组于2002年设计并开发了“基于MATLAB的信号与线性系统实验系统”。该实验系统是用MATLAB5.3编写的，包含十个实验内容，分别是：信号的 Fourier 分析、卷积计算、连续时间系统和离散时间系统的时域分析、变换域分析、状态变量分析、稳定性分析等，基本上覆盖了信号与线性系统理论的主要内容。通过这几年为学生们开设实验，学生们普遍反映该实验能够帮助他们将信号与系统中抽象的理论知识具体化，形象化。而且对于进一步搞清数学公式与物理概念的内在联系都很有帮助。 但是近两年我们进行了教学改革，更换了教材，原有的软件系统在内容的设计上就显现出一些不足；而且随着MATLAB版本的升级，该软件系统也陆续出现了一些问题，导致个别实验无法进行。在这样的背景下，我们设计并开发了一个新的基于MATLAB7.0的软件实验系统，利用MATLAB提供的GUI，使得系统界面更加美观；根据新教材的内容，设计并完善了实验内容；保留原有一些实验内容，但完善了功能，例如动态显示卷积过程，在任意范围显示图形等。 本系统包括七个实验，分别是：信号的时域基本运算、连续信号的卷积与连续时间系统的时域分析、离散信号的卷积与离散时间系统的时域分析、信号的频域分析、连续信号的采样与恢复、系统的频域分析、信号的幅度调制与解调。为了加强学生的计算机编程能力和应用能力，所有实验均提供设计性实验内容，让学生参与编程。 本系统既可作为教师教学的实验演示，又可作为学生动手实验的实验系统。 1. 安装本实验系统 本实验系统只能在 MATLAB 环境下运行，所以要求必须先安装 MATLAB7.0 以上版本的 MATLAB 软件，推荐安装MATLAB的所有组件。安装好MATLAB7.0之后，将本实验系统包含的文件夹 Signals&Systems 复制到MATLAB 的 work文件夹下即可。 2. 运行本实验系统 在 MATLAB 命令窗口下，键入启动命令 start，即可运行本实验系统，进入主实验界面。注意：如果MATLAB软件没有安装符号(Symbolic)、控制(Control)、信号(Signal)工具箱，运行过程中会有些命令无法识别。 start ↙ %启动命令 实验的运行过程中，需要实验者输入相应的参数、向量和矩阵，请参照本书中的格式输入。在输入向量时，数字之间用空格或逗号分隔，如输入离散序列 实验一：信号的时域分析 一、实验目的 1.观察常用信号的波形特点及产生方法 2.学会使用示波器对常用波形参数的测量 二、实验仪器 1.信号与系统试验箱一台（型号ZH5004） 2.40MHz双踪示波器一台 3.DDS信号源一台 三、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，即在一特定的输入信号下，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、信号：指数信号可表示为f(t)=Ke at。对于不同的a取值，其波形表现为不同的形式，如下图所示： 图1―1 指数信号 2、信号：其表达式为f（t）=Ksin（ωt＋θ），其信号的参数：振幅K、角频率ω、与初始相位θ。其波形如下图所示： 图1－2 正弦信号 3、指数衰减正弦信号：其表达式为其波形如下图： 图1－3 指数衰减正弦信号 4、Sa(t)信号：其表达式为：。Sa(t)是一个偶函数，t= ±π,±2π,…,±nπ时，函数值为零。该函数在很多应用场合具有独特的运用。其信号如下图所示： 图1－4 Sa（t）信号 5、钟形信号（高斯函数）：其表达式为：其信号如下图所示： 图1－5 钟形信号 6、脉冲信号：其表达式为f(t)=u(t)-u(t-T)，其中u(t)为单位阶跃函数。其信号如下图所示： 7、方波信号：信号为周期为T，前T/2期间信号为正电平信号，后T/2期间信号为负电平信号，其信号如下图所示 U(t) 广州大学 综合设计性实验 报告册 实验项目选频网络的设计及应用研究 学院物电学院年级专业班电子131 姓名朱大神学号成绩 实验地点电子楼316 指导老师 《综合设计性实验》预习报告 实验项目：选频网络的设计及应用研究 一 引言： 选频网络在信号分解、振荡电路及其收音机等方面有诸多应用。比如，利用选频网络可以挑选出一个周期信号中的基波和高次谐波。选频网络的类型和结构有很多，本实验将通过设计有源带通滤波器实现选频。 二 实验目的： （1）熟悉选频网络特性、结构及其应用，掌握选频网络的特点及其设计方法。 （2）学会使用交流毫伏表和示波器测定选频网络的幅频特性和相频特性。 （3）学会使用Multisim 进行电路仿真。 三 实验原理： 带通滤波器： 这种滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减和抑制。 典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器中将其中一级改成高通而成，如图1所示。 电路性能参数可由下面各式求出。 通带增益：CB R R R R A f vp 144+= 其中B 为通频带宽。 中心频率：)1 1(121 3 12 20R R C R f += π 通带宽度：)2 1(14 321R R R R R C B f -+= 品质因数：B f Q 0 = 此电路的优点是，改变f R 和4R 的比值，就可以改变通带宽度B 而不会影响中心频率0f 。 四 实验内容： 设计一个中心频率Hz f 20000=，品质因数5>Q 的带通滤波器。 五 重点问题： （1）确定带通滤波器的中心频率、上限频率及下限频率。 （2）验证滤波器是否能筛选出方波的三次谐波。 六 参考文献： [1]熊伟等.Multisim 7 电路设计及仿真应用.北京：清华大学出版社，2005. [2]吴正光，郑颜.电子技术实验仿真与实践.北京：科学出版社，2008. [4]童诗白等.模拟电子技术基础（第三版）.北京：高等教育出版社， 2001. 图1 二阶带通滤波器 实验一 一阶电路的瞬态响应 一 实验目的 1 观察RC 电路的阶跃响应并测量其时间常数τ。 2 了解时间常数对响应波形的影响及积分、微分电路的特点。 二 原理说明 积分电路和微分电路 如图所示为一阶RC 串联电路图。 )(t Vs 是周期为T 的方波信号， 设0)0(=C V 则 dt t V RC dt R t V C dt t i C t V R R C ???===)(1)(1)(1)( 当时间常数RC =τ很大，即τ》T 时，在方波的激励下，C V 上冲得的电压远小于R V 上的电压，即)(t V R 》)(t V C 因此 )()(t V t Vs R ≈ 所以 dt t V RC t V S C ? ≈)(1)( 上式表明，若将)(t V C 作为输出电压，则)(t V C 近似与输出电压)(t Vs 对时间的积分成正比。我们称此时的RC 电路为积分电路，波形如下 V S V 图1-1 一阶RC 串联实验电路图 图1-2 积分电路波形 如果输出电压是电阻R 上的电压V R （t ）则有 dt t dV RC t i R t V C R )()()(?=?= 当时间常数RC =τ很小 ，即τ《T 时，)(t V C 》)(t V R ，因此)()(t V t V C S ≈ 所以 dt t dV RC t V S R )()(≈ 上式表明，输出电压V R （t ）近似与输出电压ＶS （t ）对时间的微分成正比。我们称此时的RC 在实验中，我们可以选择不同的时间常数满足上述条件，以实现积分电路和微分电路。 三 预习练习 1 复习有关瞬态分析的理论，瞬态响应的测量，弄清一阶电路的瞬态响应及其观察方法。 2 定性画出本实验中不同时间常数的瞬态响应的波形，并从物理概念上加以说明。 四 实验内容和步骤 用观察并测量一阶电路的瞬态响应。 1. 启动计算机，在双击桌面“信号与系统”快捷方式， 运行软件。 2. 测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。如通信不正常查找原 因使通信正常后才可以继续进行实验。 检测信息 3. 连接模拟电路(图1-1)。电路的输入U1接A/D 、D/A 卡的DA1输出，电路的 输出U2接A/D 、D/A 卡的AD1输入。检查无误后接通电源。 4. 在实验项目的下拉列表中选择实验二[二、一阶电路的瞬态响应]，鼠标单击V 图1-3 微分电路波形 实验1 信号的时域描述与运算 一、实验目的 1. 掌握信号的MATLAB表示及其可视化方法。 2. 掌握信号基本时域运算的MA TLAB实现方法。 3. 利用MA TLAB分析常用信号，加深对信号时域特性的理解。 二、实验原理与方法 1. 连续时间信号的MATLAB表示 连续时间信号指的是在连续时间范围内有定义的信号，即除了若干个不连续点外，在任何时刻信号都有定义。在MATLAB中连续时间信号可以用两种方法来表示，即向量表示法和符号对象表示法。 从严格意义上来说，MATLAB并不能处理连续时间信号，在MATLAB中连续时间信号是用等时间间隔采样后的采样值来近似表示的，当采样间隔足够小时，这些采样值就可以很好地近似表示出连续时间信号，这种表示方法称为向量表示法。表示一个连续时间信号需要使用两个向量，其中一个向量用于表示信号的时间范围，另一个向量表示连续时间信号在该时间范围内的采样值。例如一个正弦信号可以表示如下： >> t=0:0.01:10; >> x=sin(t); 利用plot(t,x)命令可以绘制上述信号的时域波形，如图1所示。 如果连续时间信号可以用表达式来描述，则还可以采用符号表达式來表示信号。例如对于上述正弦信号，可以用符号对象表示如下： >> x=sin(t); >> ezplot(X); 利用ezplot(x)命令可以绘制上述信号的时域波形 Time(seconds) 图1 利用向量表示连续时间信号 t 图 2 利用符号对象表示连续时间信号 sin(t) 2.连续时间信号的时域运算 对连续时间信号的运算包括两信号相加、相乘、微分、积分，以及位移、反转、尺度变换（尺度伸缩）等。 1）相加和相乘 信号相加和相乘指两信号对应时刻的值相加和相乘，对于两个采用向量表示的可以直接使用算术运算的运算符“+”和“*”来计算，此时要求表示两信号的向量时间范围和采样间隔相同。采用符号对象表示的两个信号，可以直接根据符号对象的运算规则运算。 2）微分和积分 对于向量表示法表示的连续时间信号，可以通过数值计算的方法计算信号的微分和积分。这里微分使用差分来近似求取的，由时间向量[N t t t ,,,21?]和采样值向量[N x x x ,,,21?]表示的连续时间信号，其微分可以通过下式求得 1,,2,1,|)('1-?=?-≈ +=N k t x x t x k k t t k 其中t ?表示采样间隔。MA TLAB 中用diff 函数来计算差分 k k x x -+1。 连续时间信号的定积分可以由MATLAB 的qud 函数实现，调用格式为 quad ('function_name',a,b) 其中，function_name 为被积函数名，a 、b 为积分区间。 中南大学 信号与系统试验报告 姓名: 学号: 专业班级:自动化 实验一 基本信号的生成 1．实验目的 ● 学会使用MATLAB 产生各种常见的连续时间信号与离散时间信号； ● 通过MATLAB 中的绘图工具对产生的信号进行观察，加深对常用信号的 理解； ● 熟悉MATLAB 的基本操作，以及一些基本函数的使用，为以后的实验奠 定基础。 2．实验内容 ⑴ 运行以上九个例子程序，掌握一些常用基本信号的特点及其MATLAB 实现方法；改变有关参数，进一步观察信号波形的变化。 ⑵ 在 k [10:10]=- 范围内产生并画出以下信号： a) 1f [k][k]δ=； b) 2f [k][k+2]δ=； c) 3f [k][k-4]δ=； d) 4f [k]2[k+2][k-4]δδ=-。 源程序： k=-10:10; f1k=[zeros(1,10),1,zeros(1,10)]; subplot(2,2,1) stem(k,f1k) title('f1[k]') f2k=[zeros(1,8),1,zeros(1,12)]; subplot(2,2,2) stem(k,f2k) title('f2[k]') f3k=[zeros(1,14),1,zeros(1,6)]; subplot(2,2,3) stem(k,f3k) title('f3[k]') f4k=2*f2k-f3k; subplot(2,2,4) stem(k,f4k) title('f4[k]') ⑶ 在 k [0:31]=范围内产生并画出以下信号： a) ()()k k 144f [k]sin cos π π=； b) ()2k 24f [k]cos π =； c) ()()k k 348f [k]sin cos π π=。 请问这三个信号的基波周期分别是多少？ 源程序： k=0:31; f1k=sin(pi/4*k).*cos(pi/4*k); subplot(3,1,1) stem(k,f1k) title('f1[k]') f2k=(cos(pi/4*k)).^2; subplot(3,1,2) stem(k,f2k) title('f2[k]') f3k=sin(pi/4*k).*cos(pi/8*k); subplot(3,1,3) stem(k,f3k) title('f3[k]') 其中f1[k]的基波周期是4, f2[k]的基波周期是4, f3[k]的基波周期是16。 基于Matlab 的信号与系统实验指导 实验一 连续时间信号在Matlab 中的表示 一、实验目的 1、学会运用Matlab 表示常用连续时间信号的方法 2、观察并熟悉这些信号的波形和特性 二、实验原理及实例分析 1、信号的定义与分类 2、如何表示连续信号？ 连续信号的表示方法有两种；符号推理法和数值法。 从严格意义上讲，Matlab 数值计算的方法不能处理连续时间信号。然而，可利用连续信号在等时间间隔点的取样值来近似表示连续信号，即当取样时间间隔足够小时，这些离散样值能被Matlab 处理，并且能较好地近似表示连续信号。 3、Matlab 提供了大量生成基本信号的函数。如： （1）指数信号：K*exp(a*t) （2）正弦信号：K*sin(w*t+phi)和K*cos(w*t+phi) （3）复指数信号：K*exp((a+i*b)*t) （4）抽样信号：sin(t*pi) 注意：在Matlab 中用与Sa(t)类似的sinc(t)函数表示，定义为：)t /()t (sin )t (sinc ππ= （5）矩形脉冲信号：rectpuls(t,width) （6）周期矩形脉冲信号：square(t,DUTY)，其中DUTY 参数表示信号的占空比 DUTY%，即在一个周期脉冲宽度（正值部分）与脉冲周期的比值。占空比默认为0.5。 （7）三角波脉冲信号：tripuls(t, width, skew)，其中skew 取值范围在-1~+1之间。 （8）周期三角波信号：sawtooth(t, width) （9）单位阶跃信号：y=(t>=0) 三、实验内容 1、验证实验内容 直流及上述9个信号 2、程序设计实验内容 （1）利用Matlab 命令画出下列连续信号的波形图。 （a ）)4/3t (2cos π+ （b ） )t (u )e 2(t -- （c ）)]2()(u )][t (cos 1[--+t u t π （2）利用Matlab 命令画出复信号)4/t (j 2e )t (f π+=的实部、虚部、模和辐角。 四、实验报告要求 1、格式：实验名称、实验目的、实验原理、实验环境、实验内容、实验思考等 2、实验内容：程序设计实验部分源代码及运行结果图示。 大连理工大学 本科实验报告 课程名称：___信号与系统实验学院：信息与通信工程学院专业：电子信息工程 班级： 学号： 学生姓名： 2012年12月11日 信号与系统实验 项目列表 信号的频谱图 Signals Frequency Spectrum 连续时间系统分析 Analysis for Continuous-time System 信号抽样 Signal Sampling 离散时间LTI系统分析 Analysis for Discrete-time LTI System 语音信号的调制解调 Modulation and Demodulation for Audio Signals Simulink?模拟信号的调制解调 Modulation and Demodulation for Analog Signals in Simulink ? 实验1信号的频谱图 一、实验目的 1. 掌握周期信号的傅里叶级数展开； 2. 掌握周期信号的有限项傅里叶级数逼近； 3. 掌握周期信号的频谱分析； 4. 掌握连续非周期信号的傅立叶变换； 5. 掌握傅立叶变换的性质。 二、实战演练（5道题） 1.已知周期三角信号如下图1-5所示，试求出该信号的傅里叶级数，利用MA TLAB编程 实现其各次谐波的叠加，并验证其收敛性。 解： 调试程序如下： clc clear t=-2:0.001:2; omega=pi; y=-(sawtooth(pi*t,0.5)/2+0.5)+1; plot(t,y),grid on; xlabel('t'),ylabel('周期三角波信号'); axis([-2 2 -0.5 1.5]) n_max=[1 3 5 11 47]; N=length(n_max); for k=1:N n=1:2: n_max(k); c=n.^2; b=4./(pi*pi*c); x=b*cos(omega*n'*t)+0.5; figure; plot(t,y,'b'); hold on; plot(t,x,'r'); hold off; xlabel('t'),ylabel('部分和的波形'); axis([-2 2 -0.5 1.5]);grid on; title(['最大谐波数=',num2str(n_max(k))]) end 运行结果如下： 信号与系统综合设计实验项目 实 验 指 导 项目一 用MATLAB 验证时域抽样定理 目的： 通过MATLAB 编程实现对时域抽样定理的验证，加深抽样定理的理解。同时训练应用计算机分析问题的能力。 任务： 连续信号f(t)=cos(8*pi*t)+2*sin(40*pi*t)+cos(24*pi*t)，经过理想抽样后得到抽样信号fs(t)，通过理想低通滤波器后重构信号f(t)。 方法： 1、确定f(t)的最高频率fm 。对于无限带宽信号，确定最高频率fm 的方法：设其频谱的模降到10-5左右时的频率为fm 。 2、确定Nyquist 抽样间隔T N 。选定两个抽样时间：T S 信号与系统实验指导书 电子科技大学通信学院 朱学勇潘晔刘斌崔琳莉黄扬洲徐胜 目录 第一部分信号与系统实验总体介绍 (1) 第二部分实验设备介绍 (2) 2.1信号与系统实验板的介绍 (2) 2.2PC机端信号与系统实验软件介绍 (5) 2.3实验系统快速入门 (6) 第三部分信号与系统硬件实验 (8) 实验项目一：线性时不变系统的脉冲响应 (8) 实验项目二：连续周期信号的分解与合成 (12) 实验项目三：连续系统的幅频特性 (17) 实验项目四：连续信号的采样和恢复 (21) 第四部分信号与系统软件实验 (28) 实验项目五：表示信号与系统的MATLAB函数、工具箱 (28) 实验项目六：离散系统的冲激响应、卷积和 (34) 实验项目七：离散系统的转移函数，零、极点分布 (38) 第一部分信号与系统实验总体介绍 一、信号与系统实验的任务 通过本课程的实验，应加深学生对信号与系统的分析方法的掌握和理解，切实增强学生理论联系实际的能力。 二、信号与系统实验简介 本课程实验包含硬件、软件共七个实验项目，教师可以选择开出其中某些实验项目。单套实验设备包括：硬件：信号系统与DSP实验箱、微型计算机（PC）；软件：PC机端实验软件SSP.exe、基于MATLAB的仿真实验软件。 三、信号与系统课程适用的专业 通信、电子信息类等专业。 四、信号与系统实验涉及的核心知识点 线性时不变系统的冲激响应、连续信号的分解及频谱、系统的频率响应特性、采样及恢复、表示信号与系统的MATLAB函数、工具箱、离散系统的冲激响应、卷积和、离散系统的转移函数，零、极点分布等。 五、信号与系统实验的重点与难点 连续信号与系统时域、频域分析，离散系统的冲激响应、卷积和，离散系统的转移函数，零、极点分布等。 六、考核方式 实验报告。 七、总学时 本实验指导书的实验项目共需要14学时。可供教师选择开出其中某些实验项目以适应不同的学时数要求。 八、教材名称及教材性质 A.V.Oppenheim,A.S.Willsky,S.H.Nawab,Signals&Systems,Prentice-Hall,1999 九、参考资料 1.蒋绍敏，信号与系统实验，电子科技大学通信学院，2000年7月 2.梁虹等，信号与系统分析及MA TLAB实现，电子工业出版社，2002年2月 3.S.K.Mitra著，孙洪，于翔宇等译，数字信号处理试验指导书（MA TLAB版），电 子工业出版社，2005年1月 第二个信号实验题目 1（1）用数值法求门函数4()G t 的傅里叶变换，并给出门函数的幅频特性曲线和相频特性曲线。 （2）用符号法给出函数5()2()()3 t f t e u t -=的傅里叶变换。 （3）已知系统函数为34 2 1()3 s s H s s s ++=++，画出该系统的零极点图。 2 （1）用数值法给出函数5(2)2()(2)3 t f t e u t --=-幅频特性曲线和相频特性曲线。 （2）对函数5(2)2()(2)3 t f t e u t --=-进行采样，采样间隔为0.01。 （3）已知输入信号为()sin(100)f t t =，载波频率为1000Hz ，采样频率为5000 Hz ，试产生输入信号的调幅信号。 3（1）用符号法实现函数4()G t 的傅里叶变换，并给出门函数的幅频特性曲线和相频特性曲线。 （2）已知系统函数为34 2 1()3 s s H s s s ++= ++，输入信号为()sin(100)f t t =，求该系统的 稳态响应。 （3）已知输入信号为()sin(100)f t t =，载波频率为100Hz ，采样频率为400 Hz ，试产生输入信号的调频信号。 4（1）已知系统函数为23 1()3 s s H s s s ++= ++，画出该系统的零极点图。 （2）已知函数5()2()()3 t f t e u t -=用数值法给出函数(3)f t 的幅频特性曲线和相频特性曲线。 （3）实现系统函数3421 ()3 s s H s s s ++= ++的频率响应。 （4）已知输入信号为()cos(100)f t t =，载波频率为100Hz ，采样频率为400 Hz ， 试产生输入信号的调相信号。 5（1）用数值法给出函数5(2)2 ()(2)3 t f t e u t -+=+幅频特性曲线和相频特性曲线。 （2）用符号法实现函数 2 2i ω +的傅里叶逆变换。 （3）已知输入信号为()5sin(200)f t t =，载波频率为1000Hz ，采样频率为5000 Hz ， 试产生输入信号的调频信号。 信号与系统实验综合设计 《二阶电路系统的设计与测试分析》年级： 班级： 姓名： 学号： 日期： 二阶电路系统的设计与测试分析一、实验原理 二阶电路图如下所示 描述这种电路的微分方程为 y’’ (t) + 2αy’ (t) +ω2y (t) =ω2f (t) ，式中ω2= 1/LC ，α= R/2L。 其特征根为 事实上，针对该电路，可列出以下方程： I (t) = C*Uc’(t) ① R*I (t) + L*I’(t) + Uc(t) = Us(t) ② 将①式代入②式：CR*Uc’(t) + LC*Uc’’(t) + Uc(t) = Us(t) 可化为：Uc’’(t) + (R/L)*Uc’(t) + (1/LC)Uc(t) = (1/LC)*Us(t) 将各元件值代入：Uc’’(t) + 15000 *Uc’(t) + 10^5 *Uc(t) = 10^5 *Us(t) ω2= 10^5 ，α= 7500 可以看出，α>ω，这属于过阻尼情况。选取过阻尼情况是考虑到实测电路时电路输出在示波器上的波形观察起来可以更加明显。 接下来，利用软件SystemView对该电路进行时域、频域、S域分析。 二、Systemview仿真 由电路实际方程Uc’’(t) + 15000 *Uc’(t) + 10^5 *Uc(t) = 10^5 *Us(t) 移项可得； Uc’’(t) = -15000 *Uc’(t) - 10^5 *Uc(t) + 10^5 *Us(t) 据此画出系统框图 其系统函数H（jω）为1/（LCs 2+ RCs + 1） 1、阶跃响应 ①时域仿真波形 信号与系统实验指导书 电子信息工程系 2010年9月 信号与系统综合实验指导书 目录 信号与系统实验箱简介 (2) 实验一信号源实验 (5) 实验二周期矩形脉冲信号的分解 (7) 实验三周期矩形脉冲信号的合成 (12) 实验四相位对波形合成的影响 (15) 实验五抽样定理与信号恢复 (17) 1 信号与系统综合实验指导书 2 信号与系统实验箱简介 一、信号与系统模块组成介绍 实验箱自带实验所需的电源、信号发生器、扫频信号源、数字交流毫伏表、数字频率计，其中数字交流毫伏表和数字频率计均采用自行设计电路，而不是像传统实验箱那样采用通用的表头，让仪表部分充分与本实验系统相配合。 实验箱采用了DSP 数字信号处理新技术，将模拟电路难以实现或实验结果不理想的“信号分解与合成”、“信号卷积”等实验得以准确地演示，并能生动地验证理论结果；可系统地了解并比较无源、有源、数字滤波器的性能及特性，学会数字滤波器的设计与实现。 该实验系统由以下模块组成： 1、 电源输入模块 2、信号源模块 3、毫伏表 4、频率计 5、主机接口与二次开发区 6、CPLD 可编程和数字信号处理器模块 7、 一阶电路暂态响应模块8、二阶电路传输特性模块9、二阶网络状态轨迹模块 信号与系统综合实验指导书 10、阶跃响应与冲激响应模块11、抽样定理模块12、模拟滤波器模块13、基本运算单元与连续系统的模拟模块14、信号分解与合成和信号卷积实验模块15、无失真传输模块16、二阶网络的系统模拟模块17、系统相平面分析模块（选配）18、极点对频响特性的影响模块（选配）19、频分复用模块（选配） 二、相关实验模块介绍 1、电源输入模块 此模块位于实验平台的右上角部分，分别提供 +12v、+5v、-12 v、-5 v的电源输出。４组电源对应４个发光二极管，电源输出正常时对应的发光二极管则亮。 2、信号源模块（见实验一） 3、毫伏表 毫伏表可测量交直流信号的峰峰值，测量幅度范围为０－20Ｖ。 S201：选择测量交流信号或直流信号。 S202：选择被测量的对象是信号源单元的正弦波、方波或外部输入信号。 P200：外部信号输入端口。 S201与S202组合起来有以下功能： 4、频率表 S101：拨“外部”测量P100输入信号的频率。 拨“信号源”显示信号源输出信号的频率。 3 实验三 常见信号的MATLAB 表示及运算 一、实验目的 1．熟悉常见信号的意义、特性及波形 2．学会使用MATLAB 表示信号的方法并绘制信号波形 3. 掌握使用MATLAB 进行信号基本运算的指令 4. 熟悉用MATLAB 实现卷积积分的方法 二、实验原理 根据MATLAB 的数值计算功能和符号运算功能，在MA TLAB 中，信号有两种表示方法，一种是用向量来表示，另一种则是用符号运算的方法。在采用适当的MA TLAB 语句表示出信号后，就可以利用MA TLAB 中的绘图命令绘制出直观的信号波形了。 1.连续时间信号 从严格意义上讲，MATLAB 并不能处理连续信号。在MATLAB 中，是用连续信号在等时间间隔点上的样值来近似表示的，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出连续信号。在MATLAB 中连续信号可用向量或符号运算功能来表示。 ⑴ 向量表示法 对于连续时间信号()f t ，可以用两个行向量f 和t 来表示，其中向量t 是用形如12::t t p t =的命令定义的时间范围向量，其中，1t 为信号起始时间，2t 为终止时间，p 为时间间隔。向量f 为连续信号()f t 在向量t 所定义的时间点上的样值。 ⑵ 符号运算表示法 如果一个信号或函数可以用符号表达式来表示，那么我们就可以用前面介绍的符号函数专用绘图命令ezplot()等函数来绘出信号的波形。 ⑶ 常见信号的MATLAB 表示 单位阶跃信号 单位阶跃信号的定义为：10 ()0 t u t t >?=? 0); %定义函数体，即函数所执行指令 东莞理工学院 实验报告 班级：11通信1班 姓名：陈伟宏 学号：201141302117 同组者： 指导老师：刘学良 日期：2013.6.26 实验名称：利用MA TLAB 进行线性系统的特性分析和输出响应求解 实验目的：掌握利用MATLAB 语言对频域进行部分对时域的系统分析、画出统的单位冲激响应和单位阶跃响应曲线及系统的幅频特性和相频特性以及输出波形，以加深对所学知识的理解。 实验设备：电脑一台（Win XP 以上操作系统、MATLAB6.5软件）。 实验原理：先在某一时间范围内均匀产生一定数量的时间点，再调用基本信号函数计算这些时间点的函数值，最后用绘图函数画出这些坐标点所对应的波形即可。对于某一特定输入下的输出响应，先确定该输出响应的表达式，再编程计算给定时间点上的函数值，最后画出其波形即可。 实验步骤：1、运行MATLAB 程序；2、打开MATLAB 编辑器；3、将实验指导书上的程序输入编辑窗口；4、在编辑器窗口中执行“Debug │Save and Run ”命令。 实验结果（分析）讨论： 设系统的频率特性)(ωj H 为： ) 6)(4)(1(24)(+++=ωωωωj j j j H （1）用MATLAB 画出该系统的单位冲激响应和单位阶跃响应曲线； （2）设输入信号为)90sin()3sin()(t t t f +=，∞<<∞-t ，画出)(t f 通过该系统的响应)(t y 的波形曲线。 （3）用MATLAB 画出该系统的幅频特性和相频特性 （4）若系统输入信号为()t =，试用MATLAB求输出信号)(s f t e- Y的部分分式展开式，并写出其时域表达式)(t y。 解： (1)信号与系统实验指导书
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