信号与系统指导书

信号与系统

实

验

指

导

书

皖西学院计算机系网络与通信教研室编

二0一0 ·五

目录

第一章绪论 (3)

第二章 THSSC-4实验箱的组成及使用 (4)

第三章 THSSC-4软件使用说明V1.0 (7)

第四章实验内容 (15)

实验一信号的基本运算 (15)

实验二非正弦周期信号的分解与合成 (20)

实验三一阶系统的脉冲响应与阶跃响应 (23)

实验四无源和有源滤波器 (31)

实验五二阶网络函数的模拟 (30)

实验六二阶系统时域响应 (34)

实验七系统时域响应模拟解 (36)

实验八线性系统的综合分析与设计 (39)

实验九信号的采样与恢复 (41)

第一章绪论

一、引言

信号与系统是电子信息与电气类专业本科生的一门关键性的技术基础课程，技术基础课是一类理论性与技术性都比较强的课程，它既不同于基础理论课、又有别于专业课，它是反映事物本质的物理概念、数学概念与工程概念三结合的产物。

课程主要讨论确定性信号经线性时不变系统传输与处理的基本要求和分析方法，核心内容是三个变换（傅里叶变换、拉普拉斯变换与Z变换)和状态空间分析。通过本课程的学习，使学生牢固掌握信号与系统的时域、变换域分析的基本原理和基本方法，理解傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换的数学概念、物理概念与工程概念，掌握利用信号与系统的基本理论与方法分析和解决实际问题的基本方法，为进一步学习后续课程打下坚实的基础。

实验是培养学生基本技能的重要手段之一，通过实验使学生对所学的理论知识进行加深与巩固，同时锻炼学生分析具体实际问题和解决实际问题的综合能力。本门实验主要是为了使学生了解信号的基本运算方法和具体实现电路；了解信号的合成与分解；掌握如何对二阶以及高阶系统进行模拟、分析并最终进行简单的系统设计；同时了解并掌握信号的采集与抽样的原理和具体频率要求。通过实验加深对抽象理论的理解和掌握。

二、实验要求

1．实验前的要求

为避免盲目性，学生应对实验内容进行预习，明确实验目的和要求，掌握有关电路的基本原理，拟提出实验方法和步骤，设计实验表格，对思考题进行解答，初步估算（分析）实验结果（包括参数和波形），最后做出预习报告。

2．实验中的要求

学生参加实验应该自觉遵守实验室规则；根据实验内容准备好实验所需的仪器设备和装置并安放适当，按实验方案连接实验电路和测试电路。认真记录实验条件和所得数据、波形，发生故障应独立思考，耐心排除，并记录排除故障的过程与方法。发生故障时应立即切断电源，并报告指导老师和实验工作人员，等待处理。实验结束时将实验记录送交指导老师审阅签字，经教师同意后方可撤除线路，清理现场。

3．实验后的要求

实验后应该认真写好实验报告，列出实验条件使用的仪器名称及编号；认真整理和处理测试的数据和描绘实验波形；对测试结果进行理论分析，做出简明扼要的结论，找出产生误差的原因，提出减少实验误差的措施；记录产生故障情况，说明排除故障的过程和方法；写出本次实验的心得体会以及改进实验的建议。实验报告要文理通顺，书写简洁；符号标准，图表齐全；讨论深入，结论简明。

第二章 THSSC-4实验箱的组成及使用

一、直流稳压电源

直流稳压电源主要用于给实验箱提供电源。有±5V/0.5A、±15V/0.5A及+24V/1.0A五路，每路均有短路保护自恢复功能。它们的开关分别由相关的钮子开关控制，并由相应发光二极管指示。其中+24V主用于温度控制单元。

实验前，启动实验箱上的电源开关。并根据需要将±5V、±15V、+24V钮子开关拔到“开”的位置。

实验时，通过2号连接导线将直流电压接到需要的位置。

二、低频函数信号发生器及锁零按钮

低频函数信号发生器由单片集成函数信号发生器专用芯片及外围电路组合而成，主要输出有正弦信号、三角波信号、方波信号、斜坡信号和抛物线信号。输出频率分为f1、f2、f3三档。其中正弦信号的频率范围分别为0.1Hz～7Hz、3Hz～70Hz、46Hz～1.5KHz三档，V

值为0～15V可调。

p-p

使用时先将信号发生器单元的钮子开关拔到“开”的位置，并根据需要选择合适的波形及频率的档位，然后调节“频率调节”和“幅度调节”微调电位器，以得到所需要的频率和幅值，并通过2号连接导线将其接到需要的位置。

另外本单元还有一个锁零按钮，用于实验前运放单元中电容器的放电。当按下按钮时，通用单元中的场效应管处于短路状态，电容器放电，让电容器两端的初始电压为0V；当按钮复位时，单元中的场效应管处于开路状态，此时可以开始实验。

三、阶跃信号发生器

阶跃信号发生器主要提供实验时的阶跃给定信号，其输出电压范围为-5～+5V，正负档连续可调。使用时根据需要可选择正输出或负输出，具体通过“阶跃信号发生器”单元的拔动开关来实现。当按下自锁按钮时，单元的输出端输出一个可调(选择正输出时，调RP1电位器；选择负输出时，调RP2电位器)的阶跃信号(当输出电压为1V时，即为单位阶跃信号)，实验开始；当按钮复位时，单元的输出端输出电压为0V。

注：单元的输出电压可通过实验箱上的直流数字电压表来进行测量。

四、低频频率计

低频频率计是由单片机89C2051和六位共阴极LED数码管设计而成的，具有输入阻抗大和灵敏度高的优点。其测频范围为：0.1Hz～10.0KHz。

低频频率计主要用来测量函数信号发生器或外来周期信号的频率。使用时先

将低频频率计的电源钮子开关拔到“开”的位置，然后根据需要将测量钮子开关拔到“外测”(此时通过“输入”与“地”输入端输入外来周期信号)或“内测”(此时测量低频函数信号发生器输出信号的频率)。

另外本单元还有一个复位按钮，以对低频频率计进行复位操作。

注：将“内测/外测”开关置于“外测”时，而输入接口没接被测信号时，频率计有时会显示一定数据的频率，这是由于频率计的输入阻抗大，灵敏度高，从而感应到一定数值的频率。此现象并不影响内外测频。

五、函数信号发生器

本信号发生器由单片集成函数信号发生芯片XR-2206及外围电路、功率放大电路等组合而成。输出波形分正弦波、方波和三角波三种，由“波形选择”开关选择。

其输出频率范围为20Hz～100kHz，由“频段选择”开关(粗调分三档)和“频率调节”旋钮(细调)进行调节。正弦波输出幅度峰峰值为0～10Vp-p，由“幅度调节”旋钮进行细调。

使用时，只要将±5V、±15V电源接入对应的电源插孔，信号源即进入工作状态。

六、数字频率计

本频率计是由单片机89C2051和六位共阴极LED数码管设计而成的，具有输入阻抗大和灵敏度高的优点。其分辨率为1Hz，测频范围为1Hz～150KHz，灵敏度为100mV，输入阻抗1MΩ，闸门时间1秒。

将频率计处开关(内测/外测)置于“内测”，即可测量“函数信号发生器”本身的信号输出频率。将开关置于“外测”，则频率计显示由“输入”插口输入的被测信号的频率。

注：将“内测/外测”开关置于“外测”处，而输入插口没接被测信号时，频率计会显示一定数值的频率，这是由于频率计的输入阻抗大，灵敏度高，从而感应到一定数值的频率。此现象并不影响内外测频。

七、非正弦多波形信号发生器

提供50Hz半波、方波、矩形波、三角波及100Hz全波共五种波形,半波由交流电半波整流得到，全波由交流电全波整流得到，方波、矩形波由运放加外围器件构成，三角波是在方波的基础上加了一个由运放和电容构成的积分环节而得到。

八、交/直流数字电压表

交/直流数字电压表有三个量程，分别为200mV、2V、20V。当自锁开关不按下时，它作直流电压表使用，这时可用于测量直流电压；当自锁开关按下时，作交流毫伏表使用，它具有频带宽（10Hz～400kHz）、精度高（±5‰）和真有效值