信号与系统实验指导书
信号与系统实验指导书——学生用资料
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 RCdt 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 SV 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dtt 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 dtt 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。
信号与系统实验指导书
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月第二部分实验设备介绍信号与系统硬件实验的设备包括：信号与系统实验板、数字信号处理实验箱、PC机端信号与系统实验软件、＋5V电源和计算机串口连接线。
信号与系统实验指导书
信号与线性系统分析实验指导书山东理工大学电气与电子工程学院目录实验一、50Hz非正弦周期信号的分解与合成 (2)实验二、三无源和有源滤波器 (6)实验四、抽样定理 (11)实验一、50Hz非正弦周期信号的分解与合成一、试验目的1、用同时分析法观测50Hz非正弦周期信号的频谱，并与其傅立叶级数各项的频率与系数作比较。
2、观测基波和其谐波的合成。
二、实验设备1、信号与系统实验箱TKSS-A型或TKSS-B型或TKSS-C型。
2、双踪示波器三、原理说明1、一个非正弦周期函数可以用一系列频率成整数倍的正弦函数来表示，其中与非正弦具有相同频率的成分称为基波或一次谐波，其它成分则根据其频率为基波频率的2、3、4…、n等倍数分别称为二次、三次、四次…、n次谐波，其幅度将随谐波次数的增加而减少，直至无穷小。
2、不同频率的谐波可以合成一个非正弦周期波，反过来，一个非正弦周期波也可以分解为无限个不同频率的谐波成分。
3、一个非正弦周期函数可用傅立叶级数来表示，级数各项系数之间的关系可用各个频谱来表示，不同的非正弦周期函数具有不同的频谱图，各种不同波形及其傅氏级数表达式见表1-1，方波频谱图如图1-1表示。
图1-1 方波频谱图表1-1 各种不同波形的傅立叶级数表达式1、方波⎪⎭⎫⎝⎛ΩΩ+Ω+Ω+Ω=t n n t t t t u t u m sin 17sin 715sin 513sin 31sin 4)( π 2、三角波⎪⎭⎫⎝⎛+Ω+Ω-Ω=t t t u t u m 5sin 2513sin 91sin 8)(2π 3、半波⎪⎭⎫⎝⎛+Ω-Ω-Ω+=t t t u t u m 4cos 151cos 31sin 4212)(ππ 4、全波⎪⎭⎫ ⎝⎛+Ω-Ω-Ω-=t t t u t u m 6cos 3514cos 1512cos 31214)(π 5矩形波⎪⎭⎫⎝⎛+Ω+Ω+Ω+=t T u t T u t T u u Tu t u m m m m m3cos 3sin 312cos 2sin 21cos sin2)(τττπτ 实验装置的结构如图1-2所示图1-2 信号分解与合成实验装置结构框图图中LPF 为低通滤波器，可分解出非正弦周期函数的直流分量。
信号与系统实验指导手册_控制学院
信号与系统实验指导手册山东大学控制科学与工程学院2005-1-26目录实验一 信号的产生与运算-------------------------------------------2 实验二 离散线性不变系统分析---------------------------------------8 实验三 周期信号的傅立叶级数表示----------------------------------11 实验四 离散时间傅立叶变换----------------------------------------12 实验五 连续时间系统分析------------------------------------------16 实验六 采样与重建------------------------------------------------17实验一 信号的产生与运算一、 信号的产生1.内容：产生并画出以下信号：a、单位冲击函数b、单位阶跃函数c、正弦波d、周期三角波和锯齿波e、周期方波程序：a、 subplot(2,3,1); %将图片分为2行3列6部分，在第一部分显示stem(0,1); %在零点画离散信号，幅度为一title('单位冲激信号')b、 subplot(2,3,2);x=-10:0.01:10; %x范围为-10到10，步长为0.01y=(x>=0);plot(x,y) ; %按上述程序要求画出连续信号坐标为（x,y）axis([-10,10,0,2]); %显示坐标范围为横坐标-10至10，纵坐标0至2title('单位阶跃信号')c、subplot(2,3,3);x=-pi:pi/20:pi;plot(x,sin(x));title('正弦波')d、subplot(2,3,4);x=-2*pi:0.01:2*pi;plot(x,sawtooth(x,0.5));title('周期三角波')e、subplot(2,3,5);x=-2*pi:0.01:2*pi;plot(x,sawtooth(x,1));title('周期锯齿波')f、subplot(2,3,6);x=-3*pi:0.01:3*pi;plot(x,square(x));axis([-10,10,0,2]);title('周期方波')图像：-10100.20.40.60.81单单单单单单-1001000.511.52单单单单单单-505-1-0.500.51正正正-1-0.500.51周周周周正-1-0.500.51周周周周正00.511.52周周周正2．内容：产生并画出以下离散序列：a 、离散正余弦序列：100),5.0sin(2)3/1.0cos(3)(≤≤++=n n n n x πππb 、单位采样序列⎩⎨⎧≠==−3,03,1)3(n n n δ c 、单位阶跃序列⎩⎨⎧<≥=−3,03,1)3(n n n ud 、实数指数序列100,)9.0()(≤≤=n n x n程序：function[x]=impseq(n0,n1,n2)%产生单位采样序列 n=[n1:n2]; x=[(n-n0)==0];function[x,n]=stepseq(n0,n1,n2)%产生单位阶跃序列 n=[n1:n2]; x=[(n-n0)>=0];a. subplot(2,2,1);n=[0:10];x=3*cos(0.1*pi*n+pi/3)+2*sin(0.5*pi*n); stem(n,x) grid ontitle('离散余弦序列')b. subplot(2,2,2);x=impseq(3,0,10); stem(n,x); grid on;title('单位采样序列')c. subplot(2,2,3);x= stepseq(3,0,10); stem(n,x); grid on;title('单位阶跃序列')d. subplot(2,2,4);n=[0:10];x=(0.9).^n;stem(n,x) grid ontitle('实数指数序列')图像：510离离离正离离单单单单离离单单单单离离实实实实离离4．内容：产生复数值信号：1010,)()3.01.0(≤≤−=+−n e n x n j在四个子图中画出其幅度、相位、实部和虚部的波形。
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实验一 滤波器一 实验目的1 了解无源和有源滤波器的种类、基本结构及其特性；2 对比并研究无源滤波器和有源滤波器的滤波特性； 二 原理说明1．滤波器的作用是对输入信号的频率具有选择性。
滤波器的种类很多，但总的来说，可分为两大类，即经典滤波器和现代滤波器。
经典滤波器可分为四种，即低通（LP ）、高通（HP ）、带通（BF ）、带阻（BS ）滤波器。
图1-1分别给出了四种滤波器的理想幅频响应。
图1-1 四种滤波器的理想幅频特性2 滤波器可认为是一个二端网络，可用图1-2的模型来描述。
其幅频特性和相频特性可由下式反映： . .H (j ω) =U2/U1=A(ω)∠θ(ω)H (j ω)为网络函数,又称为传递函数。
三 预习练习1预习滤波器的有关内容和原理；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；3 推导各类滤波器的网络函数。
（b ）高通滤波器(c) 带通滤波器(a) 低通滤波器0 fc f(d) 带阻滤波器0 fcl f0 fch f图1-2 滤波器四实验步骤及内容1 用实验导线按图1-3构造滤波器：(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1-3 各种滤波器的实验电路图2 测试各无源和有源滤波器的幅频特性：例1：测试RC无源低通滤波器的幅频特性。
实验电路如图1-3（a）所示。
实验时，打开函数信号发生器，使其输出幅度为1V的正弦信号，将此信号加到滤波器的输入端，在保持正弦信号输出幅度不变的情况下，逐渐改变其频率，用交流电压表测量滤波器输出端的电压U2。
每当改变信号源频率时，例2：测试RC有源低通滤波器的幅频特性。
实验电路如图1-3（b）所示。
放大系数K=1。
实验时，打开函数信号发生器，使其输出幅度为1V的正弦信号，将此信号加到滤波器的输入端，在保持正弦信号输出幅度不变的情况下，逐渐改变其频率，用交流电压表测量滤波器输出端的电压U2。
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信号与系统实验指导书目录实验1非正弦信号的谐波分解 (1)实验2波形的合成 (6)实验3无源和有源滤波器 (8)实验4开关电容滤波器 (12)实验5抽样定理 (16)实验一非正弦信号的谐波分解一、实验目的1、掌握利用傅氏级数进行谐波分析的方法。
2、学习和掌握不同频率的正弦波相位差的鉴别与测试方法，并复习李沙育图形的使用方法。
3、掌握带通滤波器的有关测试。
二、预习要求1、阅读实验指导书的相关内容。
2、复习教材中非正弦交流电章、节的相关内容。
3、复习高等数学中傅里叶三角级数的原理，以及它在谐波分析中的应用、测量方法。
4、复习带通滤波器的原理及实验方法。
三、实验仪器1、双踪示波器2、TPE—SS1型或SS2型实验箱（1型还需频率计和交流毫伏表）四、实验原理1、在电力电子系统中最常用的是正弦交流信号，对电路的分析中均以之作为基础。
然而，电子技术领域中常遇到另一类交流电，虽是周期波，却不是正弦量，统称为非正弦周期信号，常见的有方波、锯齿波等等。
它们对电路产生的影响比单频率的正弦波复杂得多，即使在最简单的线性电路中，也无法使用相量模型或复频域分析法，而必须去解形式复杂的微积分方程，十分麻烦。
为求简化，是否可将其转化成正弦波呢？高等数学的傅里叶解析给了肯定的答案。
2、傅里叶解析认为任意一个逐段光滑的周期函数()x f均可分解出相应的f，在每一个间断点收敛于函三角级数，且其级数在每一连续点收敛于()x数()x f 的左右极限的平均值。
反映到电子技术领域中，就是说任意一个非正弦交流电都可以被分解成一系列频率与它成整数倍的正弦分量。
也就是说我们在实际工作中所遇到的各种波形的周期波，都可以由有限或无限个不同频率的正弦波组成。
3、一个非正弦周期波可以用一系列频率与之成整数倍的正弦波来表示。
反过来说，也就是不同频率的正弦波可以合成一个非正弦周期波。
这些正弦波叫做非正弦波的谐波分量，其中频率与之相同的成分称为基波或一次谐波。
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信号与系统实验指导书北京化工大学信息工程系目录MULTISM仿真实验部分 (2)实验一 RCL滤波电路频率响应特性分析 (2)实验二常见信号的产生，傅立叶分析和综合 (12)实验三采样和滤波 (16)实验四调幅解调 (20)硬件实验箱实验部分 (26)实验箱整体布局图 (26)实验五信号的分解与合成 (27)实验六信号的抽样与恢复 (31)MULTISM仿真实验部分实验一 RCL滤波电路频率响应分析一．实验目的通过学习简易教程和实际制作分析RCL滤波电路，熟悉MULTISIM 2001界面和基本操作。
二．实验内容学习MULTISIM 2001 基本界面和电路界面设计。
下面以RCL滤波器电路为例，简略介绍MULTISIM 2001仿真过程。
其中包括电路窗口的设置，元器件的调用，电路的连接，虚拟仪表的使用和电路分析方法等内容。
图1－1 RCL滤波电路电路如图1－1所示图中右上是波特图仪（BODE PLOTTER）。
它用来测量和显示一个电路、系统或放大器幅频特性A（f）和相频特性φ（f），类似于实验室的频率特性测试仪（或扫频仪），图1－2是波特图仪的图标和面板。
图1－2 波特图仪的图标和面板以下为实验步骤：1．建立电路文件若从启动MULTISIM 2001系统开始，则在MULTISIM基本界面上总会自动打开一个空白的电路文件。
在MULTISIM正常运行时也只要点击系统工具栏的NEW 按钮，同样将出现一个空白的电路文件，系统自动命名为CIRCUIT1，可以在保存其电路文件时再重新命名。
2．设计电路界面3．在电路窗口中放置元件MULTISIM 已将精心设计的若干元器件分门别类地放在元件工具栏的元件库中，这些元器件模型是进行电路仿真设计的基础。
电路仿真设计的第一步就是要考虑如何选择与放置所需的元器件。
（1）放置电阻当鼠标指针指向元件工具栏上的BASIC元件库按钮时，无须点击基本元件图1－3 打开元件库库即可自动打开。
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前言一．概述“信号与系统”是电子信息工程、通信工程、无线电技术、自动控制、生物医学、电子工程等专业的重要基础课，也是各院校相应专业的主干课程。
由于这门课程系统性、理论性很强，为此非常有必要开设实验课程，使学生通过实验课巩固和加深对基础理论和基本概念的理解，培养学生分析问题和解决问题的能力，同时使抽象的概念和理论形象化、具体化，从而提高学生的学习兴趣。
信号与系统实验箱是在多年开设的信号与系统实验的基础上，经过不断改进研制成功的。
利用该实验箱可进行多项信号系统主要实验。
通过本实验课程学习要求达到下列目标：１．巩固和加深所学的理论知识２．掌握万用电表、晶体管毫伏表、直流稳压电源、函数信号发生器、示波器等常用电表和电子仪器的使用方法及测量技术。
３．培养选择实验方法、整理实验数据、绘制曲线、分析试验结果、撰写实验报告的能力。
４．培养严肃认真的工作作风、实事求是的科学态度和爱护公物的优良品德。
二．主要功能单元介绍１．数显频率计⑴数字频率计测量频率的基本原理所谓频率，就是周期性信号在单位时间（1s）内变化的次数。
若在一定时间间隔T内测得这个周期信号的重复变化次数为N，则其频率可表示为Tf/=N图a是数字频率计的组成框图。
被测信号v经放大整形电路变成计数器所需要求的脉冲信x号Ⅰ，其频率与被测信号的频率f相同。
时基电路提供标准时间基准信号Ⅱ，其高电平持x续时间s=，当1s信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门，计数器开始计数，t11直到1s信号结束时闸门关闭，停止技术。
若在闸门时间1s内计数器计得的脉冲个数为N，则被测信号频率NHZf=。
逻辑控制电路的作用有两个：一个是产生锁存脉冲Ⅳ，使显x示器上的数字稳定；二是产生清“0”脉冲Ⅴ，使计数器每次测量从零开始计数。
图a 频率计原理框图各信号之间的时序关系如图b所示。
图b 波形关系图⑵数字频率计的主要技术指标频率测量范围：在输入电压符合规定要求值时，能够正常进行测量的频率区间称为频率测量范围。
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信号与系统实验指导书实验一：信号与系统实验指导书实验目的：本实验旨在通过对信号与系统的实际应用，加深对信号与系统理论知识的理解和掌握程度。
具体实验目标如下：1. 学习使用示波器和信号发生器进行信号的产生与观测；2. 熟悉信号与系统实验中常用的信号类型，如正弦信号、方波信号等；3. 掌握信号的频谱分析方法，如傅里叶变换和功率谱估计；4. 理解系统的时域和频域特性，如冲激响应、单位脉冲响应和传递函数。
实验器材：1. 示波器（型号：XXXX）2. 信号发生器（型号：XXXX）3. 实验信号源（型号：XXXX）4. 电缆、连接线等实验辅助器材实验步骤：注意：在进行实验之前，请确保所有仪器设备连接正确，且电源线接地良好。
第一步：信号发生与观测1. 将信号发生器的输出端与示波器的输入端连接，在信号发生器上选择合适的信号类型和频率进行输出。
2. 调节示波器的触发模式和水平控制，使得信号在示波器屏幕上显示清晰。
3. 改变信号发生器的输出参数，观察示波器上信号的变化，并记录观测结果。
第二步：信号频谱分析1. 使用信号发生器产生一个频率为f的正弦信号，并将信号输入示波器。
2. 切换示波器的测量模式为频谱分析模式，选择傅里叶变换作为频谱分析方法。
3. 记录示波器上显示的频谱图像，并分析频谱图像中各谐波分量的相对强度和频率。
第三步：系统时域特性测量1. 使用信号发生器产生一个单位冲激信号，并将信号输入系统。
2. 通过示波器观测系统的响应信号，并记录系统对单位冲激信号的响应情况。
3. 切换示波器的触发模式，选择单次触发模式，以便更好地观察系统的响应。
第四步：系统频域特性测量1. 使用信号发生器产生一个频率为f的正弦信号，并将信号输入系统。
2. 通过示波器观测系统的输出信号，并记录观测结果。
3. 将示波器的触发模式设置为频谱分析模式，进行系统输出信号的频谱分析。
4. 根据频谱分析结果，分析系统在不同频率下的增益特性和相位特性。
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探头连接信号
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（2）波形观测：观测波形首先要使波形稳定显示在屏幕上，可以调节触发电平来实现，如果仍不能 稳定并且波形呈周期性滚动，则可以按下停止触发开关来观测最后一次获得的波形。当需要定量观测时 可以适当调整电压和时基档位及信号波形在屏幕上的水平和垂直位置，操作步骤如下图所示。
uC (t) US c1e1t c2e2t
其中 c1 和 c2 为常数， uC (t) 中的暂态响应为
uC (t) c1e1t c2e2t
可知 uC (t) 亦呈无振荡衰减。
三、 实验内容及操作流程
该实验主要在实验箱的“模块二 S6”上进行，利用该模块上的二阶网络状态轨迹部分的电路来观测 电路暂态响应，实验电路如下图所示。由于使用示波器观察周期性信号波形稳定而且易于调节，因此在 实验中我们使用周期性矩形信号作为输入信号，实验中将该信号从端子 P5 接入到电路中，从观测端子
调整旋钮
自动抓取 信号开关
触发/停止 切换开关
触发电平 调整旋钮
电源 开关
通道 1 电压档位
通道 1 选择开关
通道 2 电压档位
通道 2 选择开关
时基 档位
（1）信号抓取：首先要打开左下角电源开关，然后将探头接到待测信号的测试端子上，如果看不到 波形，可以按右上角的自动抓取开关，步骤如下图所示。
③
①
起短路； 5、正确使用迭插头对，注意要旋转式插拔，请勿直接拽线； 6、操 作 实 验 箱 上 的 旋 钮 及 开 关 时 要 注 意 保 护 不 要 过 于 用 力 和 幅 度 过 大 ，以 保 证 器 件 的 可 使 用
性，延长器件使用寿命 7、注意保持实验室环境卫生，离开实验室时请将带入物品全部带出实验室。
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2、系统二全通
3、系统三低通
4、系统一的幅度响应和频率响应的实部是关于w的偶函数；相位响应和频率响应的虚部是关于原点对称的奇函数；系统二的幅值响应是关于w一值的一条直线，相位响应、频率响应的实部虚部没有对称关系；系统三的幅度响应和频率响应的实部没有一定的对称关系，而相位响应，频率响应的虚部在低频是关于w一值的奇函数。
3、 最好频率是100HZ，恰当，因为大于2f
4、 是的，频率越高，频率混叠越小。
1. 若 f (t) 是实函数，实函数的傅里叶变换的幅度谱为偶函数，而相位谱为奇函数。
2. 若 f (t)= jg (t) 是虚函数，虚函数的傅里叶变换的幅度谱仍为偶函数，相位谱仍为奇函数。 3. 实偶函数的傅里叶变换仍为实偶函数。
4不会。因为系统一、系统三分别是带通和低通滤波器，他们的相位频率响应不是线性的，那么群延时就不一样，所以会产生相位失真。系统二的相位频率响应是线性的，那么它的群延时是一个常数，不会产生相位失真。
试验四
1、 信号的采样要符合奈奎斯特采样定律，就是采样频率要高一点，被采信号最高频率的2
被，这样才能保证频率不会混叠，也就是采样出来的数字信号包含了被采信号的所有信息，而且没有引入刚绕。这就是信号的时域采样。
2、 是带限信号，可以选择一个抽样频率消除已抽样信号的频率混叠，但是不能完全消除。
信号与系统实验指导书(新)
信号与系统实验讲义吴光永编重庆文理学院电子电气学院二○○九年十月实验一 函数信号发生器一、实验目的1、了解函数信号发生器的操作方法。
2、了解单片多功能集成电路函数信号发生器的功能及特点。
3、熟悉信号与系统实验箱信号产生的方法。
二、实验内容1、用示波器观察输出的三种波形。
2、调其中电位器、拨位开关，观察三种波形的变化，了解其中的一些极限值。
3、熟悉其中的极限值，便于后面的实验，因为信号源是后面用的最多的。
三、预备知识阅读原理说明部分有关ICL8038的资料，熟悉管脚的排列及其功能。
四、实验仪器1、20M 双踪示波器一台。
2、信号与系统实验箱一台。
五、实验原理1、ICL8038是单片集成函数信号发生器，其内部框图如图1-1－1所示。
它由恒流源1I 和2I 、电压比较器A 和B 、触发器、缓冲器和三角波变正弦波电路等组成。
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(指EE cc U U +)的2/3和1/3。
恒流源1I 和2I 的大小可通过外接电阻调节，但必须12I I >。
当触发器的输出为低电平时，恒流源2I 断开，恒流源1I 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C 接通，由于12I I > (设122I I =)，恒流源2I 将电流21I 加到C 上反充电，相当于C 由一个净电流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1/3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2I 断开，1I 再给C 充电，…如此周而复始，产生振荡。
若调整电路，使122I I =，则触发器输出为方波，经反相缓冲器由管脚⑨输出方波信号。
C 上的电压C U 上升与下降时间相等时为三角波，经电压跟随器从管脚③输出三角波信号。
2019年12月6日信号与系统实验指导书-54页精选文档
信号与系统实验指导书长春工程学院电气与信息学院电工电子实验教学中心二〇〇八年二月十日目录MATLAB软件仿真实验部分 (1)实验一信号的基本运算 (1)实验二周期信号的傅里叶级数及G IBBS现象 (9)实验三信号抽样及信号重建 (15)实验四信号与系统复频域分析 (21)EL-SS-III实验箱硬件实验部分 (24)一、硬件资源 (24)二、软件安装及使用 (26)三、实验系统部分 (27)实验一滤波器 (28)实验二一阶电路的瞬态响应 (31)实验三一阶电路的零输入响应、零状态响应及完全响应 (34)实验四二阶电路的瞬态响应 (36)实验五二阶网络函数的模拟 (38)实验六方波信号的分解 (40)实验七方波信号的合成 (41)实验八抽样定理 (42)实验九数据采集 (47)附录一实验结果参考 (47)附录二AD/DA卡调试说明 (51)MATLAB 软件仿真实验部分实验一 信号的基本运算一、实验目的1、熟悉掌握常用的用于信号与系统时域仿真分析的MATLAB 函数。
2、掌握用MATLAB 描述连续时间信号和离散时间信号的方法，能够编写MATLAB 程序进行仿真。
3、熟悉实现各种信号的时域变换和运算的原理和方法，并在MATLAB 环境下仿真。
4、利用延拓的方法将时限信号变成一个周期函数。
5、利用MATLAB 的卷积工具实现两个信号的卷积运算。
二、实验原理1、在《信号与系统》课程中，单位阶跃信号u(t) 和单位冲激信号δ(t) 是二个非常有用的信号。
它们的定义如下0,0)(1)(≠==⎰∞-∞=t t dt t t δδ 1.1(a) ⎩⎨⎧≤>=0,00,1)(t t t u 1.1(b)这里分别给出相应的简单的产生单位冲激信号和单位阶跃信号的扩展函数。
产生单位冲激信号的扩展函数为：function y = delta(t)dt = 0.01;y = (u(t)-u(t-dt))/dt;产生单位阶跃信号的扩展函数为：% Unit step functionfunction y = u(t)y = (t>=0); % y = 1 for t > 0, else y = 0请将这二个MA TLAB 函数分别以delta 和u 为文件名保存在work 文件夹中，以后，就可以像教材中的方法使用单位冲激信号δ(t) 和单位阶跃信号u(t)。
信号与系统实验指导书
实验一 零输入响应零状态响应一、实验目的1、掌握电路的零输入响应。
2、掌握电路的零状态响应。
3、学会电路的零状态响应与零输入响应的观察方法。
二、实验内容1、观察零输入响应的过程。
2、观察零状态响应的过程。
三、实验仪器1、信号与系统实验箱一台（主板）。
2、系统时域与频域分析模块一块。
3、20MHz 示波器一台。
四、实验原理1、零输入响应与零状态响应： 零输入响应：没有外加激励的作用，只有起始状态（起始时刻系统储能）所产生的响应。
零状态响应：不考虑起始时刻系统储能的作用（起始状态等于零）。
2、典型电路分析：电路的响应一般可分解为零输入响应和零状态响应。
首先考察一个实例：在下图中由RC 组成一电路，电容两端有起始电压Vc(0-),激励源为e(t)。
图2-1-1 RC 电路则系统响应－电容两端电压：1()01()(0)()ttt RCRCC c V t eV e e d RC -τ=-+ττ⎰ 上式中第一项称之为零输入响应，与输入激励无关，零输入响应(0)t RCc e -是以初始电压值开始，以指数规律进行衰减。
第二项与起始储能无关，只与输入激励有关，被称为零状态响应。
在不同的输入信号下，电路会表征出不同的响应。
五、实验步骤1、把系统时域与频域分析模块插在主板上，用导线接通此模块“电源接入”和主板上的电源（看清标识，防止接错，带保护电路），并打开此模块的电源开关。
2、系统的零输入响应特性观察（1）接通主板上的电源，同时按下此模块上两个电源开关，将“时域抽样定理”模块中的抽样脉冲信号（SK1000用于选择频段，“频率调节”用于在频段内的频率调节，“脉宽调节”用于脉冲宽度的调节，以下实验都可改变以上的参数进行相关的操作），通过导线引入到“零输入零状态响应”的输入端。
（2）用示波器的两个探头，一个接输入脉冲信号作同步，一个用于观察输出信号的波形，当脉冲进入低电平阶段时，相当于此时激励去掉，即在低电平时所观察到的波形即为零输入信号。
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实验一常用信号分类与观察一、实验目的1、观察常用信号的波形，了解其特点及产生方法。
2、学会用示波器测量常用波形的基本参数，了解信号及信号的特性。
二、实验内容1、了解几种常用典型信号的解析式及时域波形。
2、观察这些信号的波形，思考可以从那几个角度观察分析这些信号的参数。
三、实验仪器1、信号与系统实验箱一台（主板）。
2、20MHz双踪示波器一台。
四、实验原理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、指数信号：指数信号可表示为()atf t Ke。
对于不同的a取值，其波形表现为不同的形式，如图1-1所示：图1-1 指数信号2、指数衰减正弦信号：其表达式为(0)()sin()(0)att f t Ket t ω-<⎧=⎨>⎩，其波形如图1-2所示：图1-2 指数衰减正弦信号3、抽样信号：其表达式为：sin ()a t S t t=。
()a S t 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。
其信号如图1-3所示：图1-3 抽样信号4、钟形信号（高斯函数）：其表达式为：()2t f t Eeτ⎛⎫- ⎪⎝⎭=，其信号如图1-4所示：图1-4钟形信号5、脉冲信号：其表达式为)()()(T t u t u t f --=，其中)(t u 为单位阶跃函数。
6、方波信号：信号周期为T ，前2T 期间信号为正电平信号，后2T期间信号为负电平信号。
五、实验步骤常规信号是由DSP 产生，并经过D/A 后输出，按以下步骤，分别观察各信号。
预备工作：将开关S401——S408置为OFF （on 为闭合，off 为断开）。
将拨号开关SW601置为“0001”（开关拨上为1，拨下为0）, 打开实验箱电源，按下复位键S601。
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信号与系统实验指导书(Matlab版)目录实验一连续信号的时域分析 (1)实验二线性系统的时域分析 (2)实验三连续时间周期信号的傅里叶级数 (3)实验四非周期信号的频域分析 (4)实验五信号的抽样和重构 (5)实验六系统的频率特性 (6)实验七拉普拉斯变换 (7)实验八离散信号和系统的时域分析 (8)实验九离散系统的Z域分析 (9).1.信号与系统 实验指导书(Matlab 版).1. 实验一 连续信号的时域分析一、实验目的掌握利用Matlab 画图函数和符号函数显示常用连续信号波形、连续信号在时域中的基本运算及连续信号的奇偶分解的方法。
二、实验内容1、连续信号的波形表示（单边指数信号、正弦信号、复指数信号、Sinc 函数、单位阶跃信号、单位冲击信号）a. 画出教材(上册)P38习题1-9(4)的波形图。
b. 画出教材(上册)中P9图1-8。
c. 画出教材(上册)P39习题1-11(2)、(5)(a=2,t0=1)的波形图。
d. 用符号函数sign 画出单位阶跃信号u(t-2)的波形（-5<t<10）。
e. 单位冲击信号可看作是宽度为∆，幅度为1/∆的矩形脉冲，即t=t 1处的冲击信号为11111 ()()0 t t t x t t t otherδ∆⎧<<+∆⎪=-=∆⎨⎪⎩画出0.5∆=,t 1=1的单位冲击信号。
f. 画出复指数信号()()j t f t e σω+=当0.5, 10σω==(0<t<10)的实部和虚部的波形图。
2、信号的基本运算（相加、相乘、反折、移位、尺度变换）a. 画出教材(上册)中P13图1-16、1-17(取2Ω=).b. 利用符号函数subs 画出教材(上册)中P11图1-13(a)(b)(c)(d),并与P38习题1-4进行对比。
3、信号的奇偶分解利用符号函数subs 画出教材(上册)中P40习题1-18(c)(d)的波形并画出信号的奇分量和偶分量的波形。
实验指导书(Matlab版) 信号与系统.2. 实验二线性系统的时域分析一、实验目的掌握利用Matlab工具箱求解线性时不变系统的冲激响应、阶跃响应和零状态响应，理解卷积概念。
二、实验内容1、连续系统的冲击响应、阶跃响应、LTI连续系统的响应a. 利用impulse和step函数画出教材(上册)P49方程(2-20)的冲击响应和阶跃响应的波形。
b. 利用lsim函数画出教材(上册)P49方程(2-20)当e(t)=4u(t)时的零状态响应的波形。
2、连续时间信号卷积a. 画出教材(上册)P62图2-12(a)、(b)并利用conv函数画出它们的卷积积分P64图2-14。
b.画出教材(上册)P84习题2-13(3)的f1(t)和f2(t)，并利用conv函数画出它们的卷积积分。
信号与系统实验指导书(Matlab版) 实验三连续时间周期信号的傅里叶级数一、实验目的掌握连续时间周期信号的傅里叶级数的展开和合成，理解吉布斯现象，掌握周期矩形脉冲信号的频谱及不同周期、脉冲宽度对周期信号频谱的影响。
二、实验内容1．周期信号的傅里叶级数的展开和合成画出教材(上册)P99图3-6(b)(c)(d)，进一步画出对称方波的7、9、11次谐波的傅里叶级数合成波形，观察吉布斯现象。
2．周期矩形脉冲信号的频谱a. 画出周期矩形脉冲的傅里叶级数的频谱—教材(上册)P104图3-9(d)；b. 取E=1， =1, 画出教材(上册)P105图3-11(a)(b)右边的频谱；c. 取E=1，T1=10, 画出教材(上册)P106图3-12右边的频谱。
.3.实验指导书(Matlab 版) 信号与系统.4.实验四 非周期信号的频域分析一、实验目的理解非周期信号的频域分析方法，掌握典型信号的幅度谱和相位谱，理解信号的调制特性，掌握傅里叶变换的性质：尺度变换、时移、频移、卷积定理、对称性、微分特性。
二、实验内容1、利用符号函数fourier 和ifourier 求傅里叶变换和傅里叶逆变换。
a. 利用符号函数fourier 求教材(上册)P114双边指数信号当a=3时的傅里叶变换表达式。
b. 利用符号函数ifourier 求教材(上册)P114公式(3-32)第一式当a=1时的傅里叶逆变换表达式。
c. 利用符号函数fourier 和ezplot 画出21()()2t f t e u t -=及其幅频谱。
2、矩形脉冲信号和周期矩形脉冲信号的频谱比较画出教材(上册)P110图3-18右边的离散谱和连续谱。
3、幅度调制信号及其频谱已知线性调制信号表示式如下：a. 0cos()cos()t t ωΩ；b. 0[1.5sin()]cos()t t ω+Ω式中09ω=Ω，试分别画出它们的波形图和频谱图4、傅里叶变换的性质（尺度变换、时移、频移、卷积定理、对称性）a. 设2()(1)(1)()f t u t u t G t =+--=，求1()(21)(21)()y t u t u t G t =+--=的频谱()Y j ω，并与()f t 的频谱()F j ω进行比较。
(提示：利用单位阶跃信号的符号函数Heaviside)b. 画出21()()2t f t e u t -=、 2(0.4)11()(0.4)2t f t e u t --=-和2(0.4)21()(0.4)2t f t e u t -+=+的幅度谱和相位谱，观察信号时移对信号频谱的影响。
c. 画出()(1)(1)f t u t u t =+--、201()()j t f t f t e -=和202()()j t f t f t e =的频谱，进行相互比较。
d. 画出()(1)(1)f t u t u t =+--、()()*()y t f t f t =及其()F j ω、()()F j F j ωω∙和()Y j ω的图形，验证时域卷积定理。
e. 设()()f t Sa t =,已知信号()f t 的傅里叶变换为2()()[(1)(1)]F j G u u ωπωπωω==+--，求12()()f t G t π=的傅里叶变换1()F j ω，画出各自的图形，并验证对称性。
信号与系统 实验指导书(Matlab 版).5. 实验五 信号的抽样和重构一、实验目的理解模拟信号的取样与重构过程，理解信号时域采样对频域的影响，理解抽样定理。
二、实验内容1、设x a (t)=e -1000|t|，求其傅里叶变换Xa(j Ω)（分析：2||1000)1000(1002.0)()(Ω+===ΩΩ-∞∞--Ω-∞∞-⎰⎰dt e e dt e t x j X t j t t j a a在10-5精度下，可取x a (t)的最高频率分量f h =2000，因此若取抽样间隔T=5*10-5<1/2f h ，就可得到x a (t)的逼近序列x(n)。
）2、以上例x a (t)说明取样速率对频域特性的影响；a. 取样速率Fs=5000Hz ，给出X 1(jw)曲线b. 取样速率Fs=1000Hz ，给出X 2(jw)曲线3、对上面产生的x 1(n)、x 2(n)序列，采用内插函数sinc 重构x a (t)。
实验指导书(Matlab 版) 信号与系统.6.实验六 系统的频率特性一、实验目的掌握求系统频率响应的方法; 掌握信号经系统的频域分析方法。
二、实验内容1、设21()0.08()0.41H j j j ωωω=++，利用freqs 函数画出系统幅频特性曲线和相频特性曲线。
2、设222()(1)100j H j j ωωω=++，利用freqs 函数画出系统幅频特性曲线和相频特性曲线。
设激励信号为1()(1cos )cos(100)v t t t =+，画出稳态响应2()v t 的波形。
信号与系统 实验指导书(Matlab 版).7. 实验七 拉普拉斯变换一、实验目的掌握系统零极点求法, 理解其含义; 并能利用零极点分析系统的时域和频域特性; 掌握系统的复频域和频域之间的关系。
二、实验内容1、利用mesh 函数画出信号f(t)=sin(t)u(t)的拉普拉斯变换的曲面图。
2、利用meshgrid 、mesh 、surf 函数画出信号f(t)= u(t)-u(t-2)的拉普拉斯变换的曲面图，观察曲面图在虚轴剖面上的曲线，并将其与信号傅里叶变换()F j ω绘制的振幅频谱进行比较。
3、画出22(3)(3)()(5)(10)s s H s s s -+=-+的曲面图，观察拉普拉斯变换的零极点。
4、利用roots 函数画出a.24324()2321s F s s s s s -=+-++和2325(45)()51630s s s F s s s s ++=+++的零极点图。
5、已知拉普拉斯变换324()4s F s s s+=+，利用residue 函数求其拉普拉斯逆变换。
6、已知系统函数为324()32s H s s s s+=++，利用residue 函数求该系统的冲击响应h(t)，并利用impulse 函数画出其时域波形，判断系统的稳定性。
实验指导书(Matlab 版) 信号与系统.8. 实验八 离散信号和系统的时域分析一、实验目的掌握常用离散信号、线性时不变系统的单位样值响应和零状态响应，理解卷积概念。
二、实验内容1、常用离散信号的表示（单位序列、单位阶跃序列、正弦序列、实指数序列、复指数序列）编写程序来产生下列基本脉冲序列：a. 单位脉冲序列，起点n 0，终点n f ，在n s 处有一单位脉冲。
b. 单位阶跃序列，起点n 0，终点n f ，在n s 前为0，在n s 后为1。
c. 正弦序列下册教材P8图7-8。
d. 实指数序列下册教材P78图7-7。
e. 复指数序列/4()j n x n e π=和2()j n x n e =。
2、画出教材(下册)P37习题7-3(3)的图形。
3、利用conv 函数画出教材(下册)P33例7-16卷积的图形。
4、利用impz 函数求出教材(下册)P28例7-14的单位样值响应的图形。
5、利用filter 函数求下列差分方程()0.25(1)0.5(2)()(1)y n y n y n x n x n --+-=+-当1()()()2n x n u n =时的零状态响应，并画出x(n)和y(n)的图形。
信号与系统 实验指导书(Matlab 版).9. 实验九 离散系统的Z 域分析一、实验目的理解并掌握系统函数的概念; 掌握利用系统函数零极点分析系统的稳定性和频率特性，掌握序列的Z 变换及其性质；掌握Z 域系统表示和差分方程求解。
二、实验内容1、 设某离散系统的系统函数为：541()341z H z z z +=-+，利用roots 函数求出系统的零极点，并画出系统的零极点图，判断系统是否稳定。