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
信号与系统跃信号发生器主要为本实验箱提供单 位阶跃信号而设计的。当钮子开关打到正输 出时，调节电位器RP1，“A”点输出为0～5V 连续可调的直流电压，按下白色的复位按钮， 则“B”点输出为相应的0～5V连续可调阶跃 信号。钮子开关打到负输出时，调节电位器 RP2，“A” 点输出为0～－5V连续可调的直 流电压，按下白色的复位按钮，则“B”点输 出为相应的0～－5V的连续可调阶跃信号。
6. 实 验 完 毕 ， 应 及 时 关 闭 各 电 源 开 关 （ 置 关 端），并及时清理实验板面，整理好连接导 线并放置规定的位置。
7.实验时需用到外部交流供电的仪器，应妥 为接地。
信号与系统
实验教学
第二部分 信号与系统实验项目
信号与系统
目录
实验教学
• 实验一 • 实验二 • 实验三 • 实验四 • 实验五
信号与系统
实验教学
• 3. 完全响应
• 先连接K4，使电容两端电压通过R-C 回路放电，一直到零为止。然后连接 K3、K2，使5V电源向电容充电，待充 电完毕后，将短路帽连接K1，使15V 电源向电容充电，用示波器观测Uc （t）的完全响应。
信号与系统
五、实验设备
实验教学
• 1. TKSS-D型 信号与系统实验箱 • 2. 双踪低频慢扫描示波器1台
一阶电路时域响应的测试 非正弦周期信号的分解与合成 无源与有源滤波器 信号的采样与恢复 二阶网络状态轨迹的观测
信号与系统
实验教学
实验一 一阶电路时域响应的测试
实验学时：2 实验类型：验证 实验要求：必做
信号与系统
一、实验目的
实验教学
• 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。
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
信号与系统实验指导书庞勇倪育德韩萍编中国民航学院空管学院通信工程系目录实验一常用信号的分类与观察 (1)实验二零输入响应与零状态响应 (6)实验三离散时间信号卷积和 (8)实验四连续时间卷积的数值近似 (11)实验五信号的分解与合成 (13)实验六连续时间周期信号的傅立叶级数表示与综合 (18)实验七连续时间信号的时域采样与恢复 (20)实验八连续系统的频率响应 (24)实验九无失真传输系统 (30)实验十连续时间系统分析 (34)实验一 常用信号的分类与观察一、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。
其波形如图1.1所示。
图 1.1 正弦信号2、指数信号：指数信号可表示为atKe t f =)(。
对于不同的a 取值，其波形表现为不同的形式，如图1.2所示。
图 1.2 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其波形如图1.3所示。
图 1.3 指数衰减正弦信号4、抽样信号：其表达式为： sin ()tSa t t=。
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。
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书-学生
第一章功能模块操作说明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。
三、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)，它可以用于其它的振荡器, 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。
2、MAX038的管脚图及管脚功能图1-1-2 MAX038的管脚图3、实验电路如图1-1-3所示：图1-1-3 MAX038实验电原理图四、实验步骤1、接上电源线，按下船形开关、电源开关及该模块电源开关S1201、S1202，使其“输出”为方波，通过调整电位器“占空比调节”，使方波的占空比达到50%（当MAX038的第7脚电压DADJ为0V时，方波的占空比为50%）。
(注：“波形选择”开关K1201和K1202用于选择“方波”、“三角波”、“正弦波”，当K1201和K1202拨到左边时，输出方波，当K1201拨到右边且K1202拨到左边时，输出三角波；当K1201和K1202拨到右边时，输出正弦波。
信号与系统实验指导书
信号与系统实验指导书实验一基本信号的产生与运算一、实验目的学习使用MATLAB产生基本信号、绘制信号波形、实现信号的基本运算。
二、实验原理MATLAB提供了许多函数用于产生常用的基本信号：如阶跃信号、脉冲信号、指数信号、正弦信号和周期方波等等。
这些信号是信号处理的基础。
1.连续信号的产生（1）阶跃信号产生阶跃信号)(t u的MATLAB程序如下，运行结果如图1-1所示。
t=-2:0.02:6;x=(t>0);plot(t,x);axis([-2,6,0,1.2]);图1-1 阶跃信号（2）指数信号产生随时间衰减的指数信号t e=2)(的MATLAB程序如下，运行结果如图x-t1-2所示。
t=0:0.001:5;x=2*exp(-1*t);plot(t,x);图1-2 指数信号（3）正弦信号利用MATLAB提供的函数cos和sin可产生正弦和余弦函数。
产生一个幅度的正弦信号的MATLAB程序如下，运行结果如图为2，频率为4Hz，相位为61-3所示。
f0=4;w0=2*pi*f0;t=0:0.001:1;x=2*sin(w0*t+pi/6);plot(t,x);图1-3 正弦信号（4）矩形脉冲信号函数rectpulse(t)可产生高度为1、宽度为1、关于t=0对称的矩形脉冲信号；函数rectpulse(t，w) 可产生高度为1、宽度为w、关于t=0对称的矩形脉冲信号。
产生高度为1、宽度为4、延时2秒的矩形脉冲信号的MATLAB 程序如下，运行结果如图1-4所示。
t=-2:0.02:6;x=rectpuls(t-2,4);plot(t,x);axis([-2,6,0,1.2]);图1-4 矩形脉冲信号（5）周期方波函数square(w0*t)产生基本频率为w0的周期方波。
函数square(w0*t，DUTY)产生基本频率为w0、占空比DUTY=100τ的T/*周期方波。
τ为一个周期中信号为正的时间长度。
信号与系统实验指导书
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。
信号与系统实验指导书新
实验要求 (2)概述 (3)实验一常用信号的分类与观察 (9)实验二信号的基本运算单元 (13)实验三信号的合成 (17)实验四线性时不变系统 (20)实验五信号的抽样与恢复（ＰＡＭ） (23)实验要求1．实验前必须充分预习，完成指定的预习任务。
预习要求如下：1）认真阅读实验指导书，分析、掌握实验电路的工作原理。
2）完成各实验“预备知识”中指定的内容。
3）熟悉实验任务。
4）复习实验中所用各仪器的使用方法及注意事项。
5）每次实验前写好实验预习报告。
2．使用仪器和实验箱前必须了解其性能、操作方法及注意事项，在使用时应严格遵守。
3．实验时接线要认真，相互仔细检查，确定无误才能接通电源。
4．实验时应注意观察，若发现有破坏性异常现象（例如有元件冒烟、发烫或有异味）应立即关断电源，保持现场，报告指导教师。
找出原因、排除故障，经指导教师同意再继续实验。
5．实验过程中需要改接线时，应关断电源后才能拆、接线。
6．实验过程中应仔细观察实验现象，认真记录实验结果(数据、波形、现象) 。
所记录的实验结果经指导教师审阅签字后再拆除实验线路。
7．实验结束后，必须关断电源、拔出电源插头，将仪器、设备、工具、导线等按规定整理，并将凳子摆放整齐。
8．实验后每个同学必须按要求独立完成实验报告。
概述1.1 电路组成概述在ZH5004“信号与系统”实验箱中，主要由以下功能模块组成：1、基本运算单元；2、信号的合成；3、线性时不变系统；4、零输入响应与零状态响应；5、二阶串联谐振、二阶并联谐振；6、有源与无源滤波器；7、PAM传输系统8、FDM传输系统；9、PAM抽样定理；10、二阶网络状态矢量；11、RC振荡器12、一阶网络13、二阶网络；14、反馈系统应用15、二次开发16、信号产生模块在“信号与系统”实验箱中，电源插座与电源开关在机箱的后面，电源模块在实验平台电路板的下面，它主要完成交流 220V到+5V、+12V、-12V的直流变换，给整个硬件平台供电。
信号与系统实验指导书DOC
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 eV -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。
《信号与系统》实验指导书
《信号与系统》实验指导书黄剑航编莆田学院机电工程学院2015年3月目录实验1MATLAB在信号处理中的应用基础 (1)实验2连续时间信号在MATLAB中的表示 (6)实验3 连续时间信号在MATLAB中的运算 (12)实验4傅里叶变换及其性质 (18)实验5信号抽样及抽样定理 (24)实验6连续时间LTI系统的时域分析 (30)前言MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，它是美国MathWorks 公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。
MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MathWorks公司也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。
MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
MATLAB在信号与系统中的应用主要包括符号运算和数值计算仿真分析。
由于信号与系统课程的许多内容都是基于公式演算，而MATLAB借助符号数学工具箱提供的符号运算功能，能基本满足信号与系统课程的需要。
例如解微分方程、傅立叶正反变换、拉普拉斯正反变换和Z正反变换等。
MATLAB在信号与系统中的另一主要应用是数值计算与仿真分析，主要包括函数波形绘制、函数运算、冲激响应仿真分析、信号的时域分析、信号的频谱分析等内容。
数值计算仿真分析可以帮助学生更深入地理解信号与系统的理论知识，并为将来使用MATLAB进行信号处理领域的各种分析和实际应用打下基础。
实验报告要求如下：1. 具体格式参照“莆田学院机电工程学院实验报告”格式。
信号与系统实验指导书(修改稿)
《信号与系统》实验指导书嘉兴学院电子信息实验室2008年3月目 录第一部分 软件实验实验1 产生信号波形的仿真实验实验2 连续时间信号卷积及MATLAB实现实验3 系统时域特性的仿真分析实验实验4 连续时间信号的频域特性仿真实验实验5 信号的幅度调制及MATLAB实现实验6 连续信号的采样与恢复（重构）实验7 用MATLAB分析拉普拉斯变换及其曲面第二部分 硬件实验实验1 非正弦信号的谐波分解实验2 波形的合成实验3 抽样定理实验4 无源和有源滤波器（待定）实验5 开关电容滤波器（待定）实验6 二阶网络传输函数实现的各种滤波功能（待定） 实验7 二阶网络状态轨迹的显示（待定）第一部分 软件实验实验1 产生信号波形的仿真实验一、实验目的:：熟悉MATLAB软件的使用，并学会信号的表示和以及用MATLAB来产生信号并实现信号的可视化。
二、预习要求1、阅读实验指导书的相关内容。
2、复习教材中信号描述及分类的相关内容。
三、实验内容: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。
对信号进行时域分析，首先需要将信号随时间变化的规律用二维曲线表示出来。
对于简单信号可以通过手工绘制其波形，但对于复杂的信号，手工绘制信号波形显得十分困难，且难以绘制精确的曲线。
在MATLAB中通常用三种方法来产生并表示信号，即（1）用MATLAB软件的funtool符合计算方法（图示化函数计算器）来产生并表示信号；（2）用MATLAB软件的信号处理工具箱（Signal Processing Toolbox）来产生并表示信号；（3）用MATLAB软件的仿真工具箱Simulink中的信号源模块。
（一）用MATLAB软件的funtool符合计算方法（图示化函数计算器）来产生并表示信号在MATLAB环境下输入指令funtool，则会产生三个视窗，即figure No.1：可轮流激活，显示 figure No.3 的计算结果。
信号与系统实验指导书
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。
信号与系统实验指导书
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(信丽萍)
信号和系统实验指导书北方民族大学2012年3月目录第一部分信号和系统实验箱简介 (3)第二部分：实验内容 (4)实验一、信号的时域、频域分析及测试 (4)实验二、信号合成 (6)实验三、无源滤波器和有源滤波器 (8)实验四、信号采样及恢复 (11)实验五、连续时间系统模拟 (14)第一部分信号和系统实验箱简介信号系统实验箱电路板如下图：图2-1-11该实验箱为信号系统实验配置了较为全面的实验电路，主要有无源和有源滤波器；串联谐振网络；并联谐振网络；基本运算单元；连续时间系统模拟；以及信号抽样单元。
多种有无源滤波器可以级联使用。
实验箱上有源电路的电源通过一个三芯插座和外电源相连。
基本电源电压为+12V和-12V。
电源如正常，红、绿两发光二极管应正常发光，否则应检查原因。
8、实际操作1、用示波器测量正弦波的Vpp和Vrms，并估算其周期。
2、用示波器观察调幅信号。
3、用I ST-B分别进行电压测量频率测量、频率测量、频谱测量以及失真度测量等。
第二部分：实验内容实验一信号的时域、频域分析及测试1-1实验目的:1．熟悉掌握电信号的时域观察方法和参数测量方法。
2．学习信号频谱的测量的方法，加深信号频谱的概念。
1-2实验仪器：1．I ST-B 智能信号测试仪2．双踪示波器3．信号系统实验箱1-3 实验原理周期信号的频谱是以基频ω1 为间隔的离散谱线。
下图示出了方波的振幅频谱图，特点是随着谐波次数的增加幅度是下降的。
基波幅度A 1 = 4/π，n 次谐波幅度为A n = A 1 /n (n= 1,3,5…)。
方波只有奇次谐波。
图1-1-1 对称方波及其频谱 如果对此频谱进行归一化处理，即A n /A 1,则其归一化频谱为A n =1/n。
对于下图所示的幅度为1、周期为T 、宽度为τ的矩形脉冲，其n 次谐波的幅度A n 为：下图画出了τ/ T = 1/4 时的振幅频谱图：图1-1-2 矩形脉冲及其频谱 1) 频谱包络线的零点为2n π/τ，τ越小，零点频率越高，当τ=T/2时，即为方波。
信号与系统实验指导书
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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 ss 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<t 时左移[][]N n x n x -→ 0>N 时右移，0<N 时左移(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 →1>a 时尺度压缩，1<a 时尺度拉伸，0<a 时还包含反转[][]mn x n x → m 取整数1>m 时只保留m 整数倍位置处的样值，1<m 时相邻两个样值间插入1-m 个0，0<m 时还包含反转三、 实验内容与步骤1．连续时间信号的时域基本运算实验步骤：（1） 在主界面下单击“连续时间信号的时域基本运算”按钮，进入该子实验界面，如图1-1所示；（2） 在界面上文本框“设置 t 范围”的提示之下，在文本右边方框中输入t的起始、步长、终止值，从而设置函数波形的显示范围。
如果不输入，则使用缺省值，即起始值=–10，终止值=10，步长=0.001；（3） 通过下拉条选择函数()t x 1；（本实验提供了五种函数：正弦函数()bt a sin 、余弦函数()bt a cos 、指数函数btae 、直线b at +和单位阶跃函数()t u ） （4） 输入参数a 、b 的值，若选择的是单位阶跃函数()t u ，则不用输入；（5） 单击“函数x 1图形”按钮，()t x 1的波形就会显示出来；（6） 通过下拉条选择函数()t x 2并输入参数的值；（若选择的是单位阶跃函数()t u ，则不用输入）（7） 单击“函数x 2图形”按钮，()t x 2的波形就会显示出来；（8） 通过下拉条选择运算方式；（本实验提供两种基本运算：加法和乘法）（9） 单击“运算后的函数波形”按钮，两函数相加或相乘之后的图形便会显示出来；（10） 通过下拉条选择函数x ，然后输入参数a 和b 的值；（11） 单击“函数x 波形”按钮，该函数的波形会显示出来；（12） 若进行平移运算，则先输入平移量t 0，再选择平移方式（左移或右移），最后单击“平移后图形”按钮，在右下角的图形显示框中就会出现平移后的波形；若进行尺度变换运算，则先输入变换因子m 的值，再选择尺度变换方式（拉伸或压缩），最后单击“变换后图形”按钮，在右下角的图形显示框中就会出现尺度变换后的波形；若进行反转运算，则直接单击“函数反转”按钮，在右下角的图形显示框中就会出现反转后的波形。
（13） 重复（2）至（13）步，可进行另一次实验；（14） 单击“返回”按钮，关闭连续时间信号的时域基本运算实验，返回主界面。
图 1-1 连续时间信号时域基本运算实验界面2．离散时间信号的时域基本运算实验步骤：（1） 在主界面下单击“离散时间信号的时域基本运算”按钮，进入该子实验界面，如图1-2所示；（2） 在界面上文本框“设置 n 范围”的提示之下，在文本右边方框中输入 n 的起始和终止值（注意对于离散信号而言，由于其值只定义在整数位置处，因而步长始终为1），从而设置序列图形的显示范围；（3） 通过下拉条选择序列[]n x 1；（本实验提供了四种函数：实指数序列n b Aa、复指数序列()n jb a Ae +、单位函数[]b an A -δ和单位阶跃序列[]b an Au -）（4） 分别输入参数A 、参数a 和参数b 的值；（5） 单击“序列1x 图形”按钮，[]n x 1的图形就会显示出来；（6） 通过下拉条选择函数[]n x 2并分别输入几个参数的值；（7） 单击“序列2x 图形”按钮，[]n x 2的波形就会显示出来；（8） 通过下拉条选择运算方式；（本实验提供两种基本运算：加法和乘法}单击“运算后序列图形”按钮，两序列相加或相乘之后的图形便会显示出来；（9） 通过下拉条选择原序列并依次输入几个参数的值；（10） 单击“原序列图形”按钮，该序列的图形会显示出来；（11） 若进行移位运算，则先输入移位位数N ，再选择移位方式（左移或右移），最后单击“移位后图形”按钮，在右下角的图形显示框中就会出现移位后的图形；若进行尺度变换运算，则先输入变换因子m 的值，再选择尺度变换方式（拉伸或压缩），最后单击“变换后图形”按钮，在右下角的图形显示框中就会出现尺度变换后的图形；若进行倒相运算，则直接单击“序列倒相”按钮，在右下角的图形显示框中就会出现倒相后的图形；若进行反转运算，则直接单击“序列反转”按钮，在右下角的图形显示框中就会出现反转后的图形。
（12） 重复（2）至（13）步，可进行另一次实验；（13） 单击“返回”按钮，关闭离散时间信号的时域基本运算实验，返回主界面。
图 1-2 离散时间信号时域基本运算实验界面3。