信号与系统实验指导书
信号与系统实验
实验一信号与系统认知
一、实验目的
1、了解实验室的规章制度、强化安全教育、说明考核方法。
2、学习示波器、实验箱的使用、操作知识；
3、学习常用连续周期信号的波形以及常用系统的作用。
二、实验仪器
1、信号与系统实验箱（本次实验使用其自带的简易信号源，以及实验箱上的“信号通过系统”部分。）
2、示波器
三、实验原理
1、滤波器
滤波器是一种常用的系统，它的作用为阻止某些频率信号通过，或只允许某些频率的信号通过。滤波器主要有四种：
这是四种滤波器的理想状态，实际上的滤波器只能接近这些效果，因此通常的滤波器有一些常用的参数：如带宽、矩形系数等。
通带范围：与滤波器最低衰减处比，衰减在3dB以下的频率范围。
2、线性系统
线性系统是现实中广泛应用的一种系统，线性也是之后课程中默认为系统都具有的一种系统性质。系统的线性表现在可加性与齐次性上。
齐次性：输入信号增加为原来的a倍时，输出信号也增加到原来的a倍。
四、预习要求
1、复习安全操作的知识。
2、学习或复习示波器的使用方法。
3、复习典型周期信号的波形及其性质。
4、复习线性系统、滤波器的性质。
5、撰写预习报告。
五、实验内容及步骤
1、讲授实验室的规章制度、强化安全教育、说明考核方法
2、通过示波器，读出实验箱自带信号源各种信号的频率范围
（1）测试信号源1的各种信号参数，并填入表1-1。
（2）测试信号源2的各种信号参数，并填入表1-2。
3、测量滤波器
根据相应测量方法，用双踪示波器测出实验箱自带的滤波器在各频率点的输入输出幅度（先把双踪示波器两个接口都接到所测系统的输入端，调节到都可以读出输入幅度值，并把两侧幅度档位调为一致，记录下这个幅度值；之后，将示波器的一侧改接入所测系统的输出端，再调节用于输入的信号源，将信号频率其调至表1-3中标示的值，并使输入信号幅度保持原幅度值不变。
信号与系统综合实验报告
目录
实验一常用信号的观察 (4)
实验二零输入、零状态及完全响应 (7)
实验五无源与有源滤波器 (8)
实验六低通、高通、带通、带阻滤波器间的变换 (14)
实验七信号的采样与恢复实验 (19)
实验八调制与解调实验 (31)
实验体会 (35)
实验一常用信号的观察
一、任务与目标
1。了解常用信号的波形和特点。
2。了解相应信号的参数。
3。学习函数发生器和示波器的使用。
二、实验过程
1．接通函数发生器的电源。
2．调节函数发生器选择不同的频率的正弦波、方波、三角波、锯齿波及组合函数波形,用示波器观察输出波形的变化。
三、实验报告
（x为时间，y为幅值)
100Hz 4V 正弦波
y=2sin（628x—π/2）100Hz 4V 方波
y=2 t=(2n-1）x*0.0025~(2n+1）x*0.0025 x为奇y=-2 t=（2n-1)x＊0。0025~(2n+1)x＊0.0025 x为偶
100Hz 4V 锯齿波
100Hz 4V 三角波
由50Hz的正弦波和100Hz正弦波组合的波形
y=0.2sin（628x)+0.1sin（314x）
实验二零输入、零状态及完全响应
一、实验目标
1．通过实验，进一步了解系统的零输入响应、零状态响应和完全响应的原理。
2．学习实验电路方案的设计方法——本实验中采用用模拟电路实现线性系统零输入响应、零状态响应和完全响应的实验方案.
二、原理分析
实验指导书P4
三、实验过程
1、接通电源；
2、闭合K2，给电容充电，断开K2闭合K3,观察零输入响应曲线；
3、电容放电完成后，断开K3，闭合K1,观察零状态响应曲线；
信号与系统实验教程(只有答案)
信号与系统
实验教程（只有答案）
）
（实验报告
目录
实验一信号与系统的时域分析 (2)
三、实验内容及步骤 (2)
实验二连续时间信号的频域分析 (14)
三、实验内容及步骤 (14)
实验三连续时间LTI系统的频域分析 (35)
三、实验内容及步骤 (35)
实验四通信系统仿真 (41)
三、实验内容及步骤 (41)
实验五连续时间LTI系统的复频域分析 (51)
三、实验内容及步骤 (51)
实验一信号与系统的时域分析
三、实验内容及步骤
实验前，必须首先阅读本实验原理，读懂所给出的全部范例程序。实验开始时，先在计算机上运行这些范例程序，观察所得到的信号的波形图。并结合范例程序应该完成的工作，进一步分析程序中各个语句的作用，从而真正理解这些程序。
实验前，一定要针对下面的实验项目做好相应的实验准备工作，包括事先编写好相应的实验程序等事项。
Q1-1：修改程序Program1_1，将dt改为0.2，再执行该程序，保存图形，看看所得图形的效果如何？
dt = 0.01时的信号波形dt = 0.2时的信号波形
这两幅图形有什么区别，哪一幅图形看起来与实际信号波形更像？
答：
Q1-2：修改程序Program1_1，并以Q1_2为文件名存盘，产生实指数信号x(t)=e-0.5t。要求在图形中加上网格线，并使用函数axis()控制图形的时间范围在0~2秒之间。然后执行该程序，保存所的图形。
修改Program1_1后得到的程序Q1_2如下：信号x(t)=e-0.5t的波形图
clear, % Clear all variables
close all, % Close all figure windows
mathCAD信号与系统试验指导书
实验1：线性系统的时域分析及MathCAD 实现
一. 实验目的:
1. 掌握信号的时域（连续函数和序列）的表示方法, 掌握信号的时域分析与变换，包
括信号的叠加，反转，平移，尺度变换。
2. 掌握信号的卷积包括连续函数和离散函数的卷积。 二．实验原理
1． 信号的表示方法
普通函数：连续函数f(t)=sinx , f(t)=e-at
离散函数(序列) f(n)=n 2 f(n)=sin(nwt) 奇异函数：冲击函数 δ(t)、 阶跃函数 u(t)、 斜坡函数 p(t) 抽样函数、 单位冲击序列、单位阶跃序列。 2．信号的时域变换 叠加f(t)=f1(t)+f2(t) 反转f(-t)
尺度变换 f(at)
3．卷积
连续函数的卷积：⎰
∞
∞--=τττd t f f t f )(2)(1)(
离散函数的卷积：∑∞
-∞
=-=
m m n f m f n f )(2)(1)(
三．实验过程
a ：函数的表示方法
b：信号的时域变换
5：已知函数
求f(1-2t)的波形c：卷积
1：连续函数的卷积：
2：离散函数的卷积：
练习：求下列函数的卷积（1）求f1*f1
（2）求f1(n)*f2(n)
3．f1(n)=3n u(n) f2(n)=2n u(n)
实验2：连续时间信号的频域分析及MathCAD 实现
一：实验目的 1：了解周期信号和非周期信号的表示方法 2：了解频域分析的基本原理，掌握傅里叶级数的计算方法 3：掌握傅里叶变换的基本方法 二：实验原理 如果f(t)是周期函数周期为T
它的三角傅里叶级数的表达式为
∑∞
=++=1
110)sin cos (2)(k k k t b t k a a t f ωω
信号与系统实验指导书
信号与系统实验指导书
赵欣、王鹏
信息与电气工程学院
2006.6.26
前言
“信号与系统”是无线电技术、自动控制、生物医学电子工程、信号图象处理、空间技术等专业的一门重要的专业基础课，也是国内各院校相应专业的主干课程。
当前，科学技术的发展趋势既高度综合又高度分化，这要求高等院校培养的大学生，既要有坚实的理论基础，又要有严格的工程技术训练，不断提高实验研究能力、分析计算能力、总结归纳能力和解决各种实际问题的能力。21世纪要求培养“创造型、开发型、应用型”人才，即要求培养智力高、能力强、素质好的人才。
由于该课程核心的基本概念、基本理论和分析方法都非常重要，而且系统性、理论性很强，为此在学习本课程时，开设必要的实验，对学生加深理解、深入掌握基本理论和分析方法，培养学生分析问题和解决问题的能力，以及使抽象的概念和理论形象化、具体化，对增强学习的兴趣有极大的好处，做好本课程的实验，是学好本课程的重要教学辅助环节。
在做完每个实验后，请务必写出详细的实验报告，包括实验方法、实验过程与结果、心得和体会等。
目录
实验一无源和有源滤波器 (1)
实验二方波信号的分解 (6)
实验三用同时分析法观测方波信号的频谱 (8)
实验四二阶网络状态轨迹的显示 (10)
实验五二阶网络函数的模拟 (14)
实验六抽样定理 (18)
附录 (22)
实验一无源和有源滤波器
一、实验目的
1、了解RC无源和有源滤波器的种类、基本结构及其特性。
2、对比研究无源和有源滤波器的滤波特性。
3、学会列写无源和有源滤波器网络函数的方法。
二、基本原理
1、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，它允许某些频率(通常是某个频带范围)的信号通过，而其它频率的信号受到衰减或抑制，这些网络可以是由RLC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。
信号与系统实验指导书
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
信号与系统实验一
实验1 连续时间信号生成及基本运算
1、 实验目的
(1)熟悉MATLAB软件平台、工具箱、高效的数值计算及符号计算功
能；
(2)熟悉MATLAB软件的信号处理编程方法和结果的可视化；
(3)掌握连续时间信号表示的向量法和符号法；
(4)掌握连续信号的基本运算，掌握MATLAB相关函数的应用。
二、实验原理
1．信号的描述
1）时域法
时域法是将信号表示成时间的函数f(t)来对信号进行描述的方法。信号的时间特性指的是信号的波形出现时间的先后，持续时间的长短，随时间变化的快慢和大小，周期的长短等。
2）频域（变换域）法
频域法是通过正交变换，将信号表示成其它变量的函数来对信号进行描述的方法。一般常用的是傅里叶变换。信号的频域特性包括频带的宽窄、频谱的分布等。
2．信号的基本运算以及时域变换
（a）加（减）： = f1( t )f2( t )
（b）乘： = f1( t )f2( t )
（c）延时或平移：(t- t0) t0 >0时右移；t0 <0时左移
（d）翻转： (- t)
（e）尺度变化：(at) >1时尺度缩小；<1时尺度放大；a<0时，还必须包含翻转；
（f）微分：
（g）积分：
三、涉及的MATLAB函数
1．plot 函数
功能：在X轴和Y轴方向都按线性比例绘制二维图形。
调用格式：plot（x , y）：绘出x对函数y的线性图。
plot (x1,y1,x2,y2,…)：绘出多组x对y的线性曲线图。
2．ezplot 函数
功能：绘制符号函数在一定范围内的二维图形，简易绘制函数曲线。调用格式：ezplot (fun)：在[-2，2]区间内绘制函数。
信号与系统实验教材(深圳大学)
目录
实验一函数信号发生器实验 (1)
实验二常用信号分类与观察实验 (6)
实验三信号的卷积实验 (10)
实验四信号分解与合成实验 (12)
实验五信号的采样和恢复实验 (17)
实验六无失真传输系统实验 (21)
实验七一阶、二阶系统的幅频特性测试实验 (24)
实验八系统极点对系统频响特性的影响实验 (29)
实验安排：第六周：实验一+实验二，
第八周：实验三
第十周：实验四
第十二周：实验五
第十二、十四周：实验七
实验三、四、五、七需交实验报告。交实验报告的截止时间分别为第九、十一、十三、十七周的周四。
实验一函数信号发生器实验
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、改变波形的频率、幅值、占空比、观察三种波形的变化,了解其中的一些极限值。
三、预备知识
阅读原理说明部分有关MAX038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、MAX038的原理
MAX038是单片精密函数信号产生器,它用±5V电源工作，基本的振荡器是一个交变地以恒流向电容器充电和放电的驰张振荡器, 同时产生一个三角波和矩形波。通过改变COSC 引脚的外接电容和流入IIN引脚的充放电电流的大小来控制输出信号频率,频率范围为0.1Hz～20MHz。流入IIN 的电流由加到FADJ 和DADJ 引脚上的电压来调制, 通过此两引脚可用外接电压信号调整频率和占空比。MAX038 内部有一个正弦波形成电路把振荡器的三角波转变成一个具有等幅的低失真的正弦波。三角波、正弦波和矩形波输入一个多路器。两根地址线A0和A1从这三个波形中选出一个, 从OUT引脚输出2V(峰锋值)振幅的信号。三角波又被送到产生高速矩形波的比较器 (由SYNC 引脚输出)，它可以用于其它振荡器, SYNC 电路具有单独的电源引线因而可被禁止。另外, PDI、PDO 引脚分别是相位检波器的输入和输出端, 本信号源没有使用。
《信号与系统及实验》课程教学大纲
《信号与系统及实验》课程教学大纲
一、课程概述
1. 课程名称：《信号与系统及实验》
2. 课程性质：必修课
3. 学时安排：64学时（理论课32学时，实验课32学时）
4. 授课对象：电子信息类相关专业本科生
二、课程目标
1. 理论掌握：通过本课程的学习，学生将掌握信号与系统的基本理论知识，包括信号的表示与处理、系统的特性与分析等方面的内容。
2. 实验能力：学生将具备进行相关实验的基本能力，能够独立完成信号与系统相关的实验设计、实施和数据分析。
3. 应用水平：学生将具备将所学知识应用于实际工程问题的能力，为日后的专业发展打下扎实的基础。
三、教学内容与教学安排
1. 信号的基本概念与表示（4学时）
2. 信号的操作与运算（4学时）
3. 常用信号的分类与性质（4学时）
4. 离散时间信号与系统（8学时）
5. 连续时间信号与系统（8学时）
6. 系统特性与分析方法（8学时）
7. 信号与系统的转换（4学时）
8. 信号处理器件与应用（4学时）
9. 信号与系统实验（32学时）
四、教材与参考书
1. 主教材：《信号与系统》，作者：Alan V. Oppenheim，Alan S. Willsky，S. Hamid Nawab，出版社：Prentice Hall
2. 参考书：
- 《信号与系统分析》，作者：张三，出版社：清华大学出版社
- 《信号与系统实验》，作者：李四，出版社：电子工业出版社
五、考核方式与成绩评定
1. 平时成绩（20）：包括课堂讨论、作业等
2. 实验成绩（30）：包括实验报告、实验操作等
3. 期中考试（20）
《信号与系统》实验讲义
《信号与系统》实验讲义
龙岩学院物理与机电工程学院电子教研室编
2008年1月
实验一阶跃响应与冲激响应
一、实验目的
1、观察和测量RLC串联电路的阶跃响应与冲激响应的波形和有关参数，并研究其电路元件参数变化对响应状态的影响。
2、掌握有关信号时域的测量方法。
二、实验内容
1、用示波器观察欠阻尼、临界阻尼和过阻尼状态的阶跃响应波形。
2、用示波器观察欠阻尼、临界阻尼和过阻尼状态的冲激响应波形。
三、实验仪器
1、信号与系统实验箱一台
2、信号与系统实验平台
3、阶跃响应与冲激响应模块（D Y T3000-64）一块
4、20M H z双踪示波器一台
5、连接线若干
四、实验原理
RLC串联电路的阶跃响应与冲激响应电路原理图如下所示，其响应有以下三种状态：
阶跃响应与冲激响应原理图
1、当电阻R>2
L时，称过阻尼状态；
C
2、当电阻R=2
L时，称临界阻尼状态；
C
3、当电阻R<2
L时，称欠阻尼状态。
C
冲激信号是阶跃信号的导数，所以对线性时不变系统冲激响应也是阶跃响应
的导数。为了便于用示波器观察响应波形，实验中用周期方波代替阶跃信号，而用周期方
波通过微分电路后得到的尖脉冲代替冲激信号，冲激脉冲的占空比可通过电位计W102调节。
五、实验步骤
本实验使用信号源单元和阶跃响应与冲激响应单元。
1、熟悉阶跃响应与冲激响应的工作原理。接好电源线，将阶跃响应与冲激响应模块插入信号系统实验平台插槽中，打开实验箱电源开关，通电检查模块灯亮，实验箱开始正常工作。
2、阶跃响应的波形观察：
①将信号源单元产生的V
PP =3V、f
=1KHz方波信号送入激励信号输入点STEP_IN。
信号与系统实验手册
信号与系统实验指导手册
通信教研室编
河南师范大学计算机与信息技术学院
二Ｏ一Ｏ年三月
目录
实验1 实验仪表使用练习 (1)
实验2 基于MATLAB的信号时域表示 (2)
实验3 阶跃响应与冲激响应 (3)
实验4 用MATLAB实现连续信号卷积 (6)
实验5 信号卷积实验 (7)
实验6 矩形脉冲信号的分解 (11)
实验7 矩形脉冲信号的合成 (15)
实验8 谐波幅度对波形合成的影响 (17)
实验9 谐波相位对波形合成的影响 (20)
实验10 抽样定理与信号恢复 (21)
实验11 数字滤波器的设计 (28)
实验12 用MATLAB进行信号频谱分析 (29)
实验1 实验仪表使用练习
一、实验目的
1.了解课程中所使用的RZ8663信号与系统模块组成，及各部件的基本功能。
2.了解示波器在信号检测方面的使用方法，及频率计的使用方法。
二、实验内容
熟悉信号与系统实验中所使用到的实验模块功能，熟练使用示波器观察信号波形。
三、实验步骤
①打开RZ8663实验箱，观察其模块组成，了解各模块功能。
②给示波器加上电源，对自检信号进行校正。
③ J702置于“三角”，选择输出信号为“三角波”，拨动开关K701选择“函数”。
④默认输出信号频率为2KHz，按下S702使输出频率为500Hz。
⑤示波器的CH1接于TP702，观察信号源输出信号的波形。
⑥调整信号源输出信号的频谱及信号类型，重新在示波器上观察信号波形。
四、实验报告要求
1.描绘频率为500Hz，2KHz下正弦波和三角波的波形，标明信号幅度A、周期T。
2.调整信号源，观察占空比为1/2的方波信号并画出其波形。
信号与系统实验指导书
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
T
f/
=
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，t1
1
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NHZ
信号与系统实验实验讲义
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 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 2 指数信号
3、指数衰减正弦信号：其表达式为
其波形如下图：
图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,…,±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4 抽样信号
5、钟形信号（高斯函数）：其表达式为：
2
()
()
t
f t Ee-τ
=
，其信号如下图所示：
图 5 钟形信号
6、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。
通信信号与系统实验指导书
《信号与系统》
实验指导书
王晓春编
沈阳大学信息工程学院
目录
实验一：DDS信号发生器实验 (6)
实验二：函数信号发生器 (9)
实验三：扫频信号源 (12)
实验四：频率计和交流毫伏表实验 (15)
实验五：阶跃响应与冲激响应 (19)
实验六：零输入响应和零状态响应...............................................................2 2 实验七：信号的抽样与恢复 (25)
实验八：串联谐振电路的特性研究 (29)
实验九：二阶无源滤波器 (32)
.
课程编号：11211391 课程类别：专业必修
适用层次：本科（2本3本）适用专业：通信工程
课程总学时：80 适用学期：第4学期
实验学时：20 开设实验项目数：10
撰写人：王晓春审核人：周昕教学院长：范立南
信号与系统实验箱介绍
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专业基础课，也是国内各院校相应专业的主干课程。当前，科学技术的发展趋势既高度综合又高度分化，这要求高等院校培养的大学生，既要有坚实的理论基础，又要有严格的工程技术训练，不断提高实验研究能力、分析计算能力、总结归纳能力和解决各种实际问题的能力。
由于该课程核心的基本概念、基本理论和分析方法非常重要，而且系统性、理论性很强，为此在学习本课程时，开设必要的实验，对学生加深理解深入掌握基本理论和分析方法，培养学生分析问题和解决问题的能力，以及使抽象的概念和理论形象化、具体化，对增强学习的兴趣有极大的好处，做好本课程的实验，是学好本课程的重要教学辅助环节。
信号与系统 实验报告
信号与系统实验报告
信号与系统实验报告
一、引言
信号与系统是电子信息工程领域中的重要基础课程，通过实验可以加深对于信号与系统理论的理解和掌握。本次实验旨在通过实际操作，验证信号与系统的基本原理和性质，并对实验结果进行分析和解释。
二、实验目的
本次实验的主要目的是：
1. 了解信号与系统的基本概念和性质；
2. 掌握信号与系统的采样、重建、滤波等基本操作；
3. 验证信号与系统的时域和频域特性。
三、实验仪器与原理
1. 实验仪器
本次实验所需的主要仪器有：信号发生器、示波器、计算机等。其中，信号发生器用于产生不同类型的信号，示波器用于观测信号波形，计算机用于数据处理和分析。
2. 实验原理
信号与系统的基本原理包括采样定理、重建定理、线性时不变系统等。采样定理指出，对于带限信号，为了能够完全恢复原始信号，采样频率必须大于信号最高频率的两倍。重建定理则是指出，通过理想低通滤波器可以将采样得到的离散信号重建为连续信号。
四、实验步骤与结果
1. 采样与重建实验
首先，将信号发生器输出的正弦信号连接到示波器上，观察信号的波形。然后，将示波器的输出信号连接到计算机上，进行采样，并通过计算机对采样信号进
行重建。最后，将重建得到的信号与原始信号进行对比，分析重建误差。
实验结果显示，当采样频率满足采样定理时，重建误差较小，重建信号与原始
信号基本一致。而当采样频率不满足采样定理时，重建信号存在失真和混叠现象。
2. 系统特性实验
接下来，通过调节示波器和信号发生器的参数，观察不同系统对信号的影响。
例如，将示波器设置为高通滤波器，通过改变截止频率，观察信号的低频衰减
信号与系统实验
实验一 抽样定理与信号恢复
一、实验目的
1. 观察离散信号频谱，了解其频谱特点；
2. 验证抽样定理并恢复原信号。
二、实验原理
1. 离散信号不仅可从离散信号源获得，而且也可从连续信号抽样获得。抽样信号 Fs （t ）=F （t ）·S （t ）。
其中F （t ）为连续信号（例如三角波），S （t ）是周期为Ts 的矩形窄脉冲。Ts 又称抽样间隔，Fs=1
Ts
称抽样频率，Fs （t ）为抽样信号波形。F （t ）、S （t ）、Fs （t ）波形如图1-1。
t
-4T S -T S 0T S 4T S
8T S 12T S t
t
02
/ττ2
/3τ2
/ττ2
/3τ2
/τ-(a)
(b)
(c)
图1-1 连续信号抽样过程
将连续信号用周期性矩形脉冲抽样而得到抽样信号，可通过抽样器来实现，实验原理电路如图1-2所示。
2. 连续周期信号经周期矩形脉冲抽样后，抽样信号的频谱
()∑∞
∞
--∙=m s s m m Sa
Ts
A j )(22
s F ωωπδτ
ωτ
ω 它包含了原信号频谱以及重复周期为fs （f s =
πω2s 、幅度按S
T A τSa （2τωs m ）规律变化的原信号频谱，即抽样信号的频谱是原信号频谱的周期性延拓。因此，抽样信号占有的频带比原信号频带宽得多。
以三角波被矩形脉冲抽样为例。三角波的频谱 F （j ω）=∑
∞
-∞
=-K k k sa E )2()2(
1
2τπ
ωδππ 抽样信号的频谱
Fs （j ω）=
式中
取三角波的有效带宽为31ω18f f s =作图，其抽样信号频谱如图1-3所示。
图1-2 信号抽样实验原理图 )()2
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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
x (n )，输入数字之间用“，”或“ ”分隔。“1 2 3 6 4 7 12 4 –1”或
“1,2,3,6,4,7,12,4,-1”两种格式均可。在输入矩阵时，用分号“；”分隔不同的行，如输入状态矩阵A ，一行内数字用“，”或“ ”分隔，两行之间用“；”分隔。“1 2 –1 3；5 1.5 –2 0.3”或“1,2,-1,3;5,1.5,-2,0.3”均输入一个2×4的矩
阵⎥⎦
⎤⎢⎣⎡--3.025.153121。 在MATLAB 中对多项式的表示方法是将该多项式的系数按照降幂的顺序排列，用
一个行向量来表示。如()25.02++=s s s
s H ，需要用分子系数向量[1 0]和分母系数向
量[1 1 0.25]表示，凡是在实验系统中要求输入分子系数和分母系数时，均指分式的分子多项式和分母多项式的系数按照降幂顺序排列得到的行向量。
另外，MATLAB 还规定了一些数学函数表示方法。如：“exp”代表指数函数，
“exp(–0.1*n )”代表“n e 1.0-”；“sin”代表正弦函数，“sin(2*pi*n)”代表“()n π2sin ”，其它三角函数同理。本实验系统中表单选项里面的“Delta(at+b)”指单位冲激函数“δ(at +b )”，“u (a t+b )” 指单位阶跃函数。
3. 本实验系统的操作
本实验系统的主界面画了一个方框图，用以显示本系统包括的所有实验，如图 1 所示。点击相应的方框，就会进入相应的实验单元。
建议在具体进行实验之前，要详细阅读本实验指导书，了解界面上每个待输入
窗口需输入的参数的性质和输出窗口的输出内容，以及实验目的、实验步骤和实验要求。
4. 关闭本实验系统
点击界面上的“关闭”按钮，就可关闭本实验系统。
图1 本实验系统的主界面
实验一 信号的时域基本运算
一、 实验目的
1.掌握时域内信号的四则运算基本方法；
2.掌握时域内信号的平移、反转、倒相、尺度变换等基本变换；
3.注意连续信号与离散信号在尺度变换运算上区别。
二、 实验原理
信号的时域基本运算包括信号的相加（减）和相乘（除）。信号的时域基本变换包括信号的平移（移位）、反转、倒相以及尺度变换。
(1) 相加（减）: ()()()t x t x t x 21±= [][][]n x n x n x 21±=
(2) 相乘: ()()()t x t x t x 21•= [][][]n x n x n x 21•=
(3) 平移（移位）: ()()0t t x t x -→ 00>t 时右移，00 [][]N n x n x -→ 0>N 时右移，0 (4) 反转：()()t x t x -→ [][]n x n x -→ (5) 倒相：()()t x t x -→ [][]n x n x -→ (6) 尺度变换: ()()at x t x →