实验一：采样与保持仿真实验
《数据采集与处理》仿真实验教学.doc
《数据采集与处理》仿真实验教学一、引言数据采集与处理是电子信息科学的一个重要分支，是以传感器、信号的测量与处理、计算机等先进技术为基础而形成的一门综合应用技术。
作为获取信息的工具，数据采集在科学研究和国民经济的各个领域，如通信、雷达、核电、冶金、航空航天等方面有着非常重要的地位。
掌握数据采集与处理相关理论与技术对学生综合运用多学科知识和从事相关领域工作的能力培养具有重要意义。
《数据采集与处理》是西安电子科技大学生命科学技术学院(以下简称“学院”)针对生物医学工程专业大四学生开设的一门选修课程，该课程主要讲解数据采集系统构成，数据采集系统器件工作原理，简单的数据采集系统设计以及数据处理与分析。
为提高教学质量，本文开展数据采集与处理仿真实验，以期通过具体的实例，让学生对数据采集技术有一个完整系统的认识;同时，使学生综合运用所学理论知识，解决实际问题，能够根据实际需求，设计合适的数据采集系统，并对采集到的数据进行分析和处理。
二、《数据采集与处理》仿真实验教学1.实验内容结合数据采集与处理课程的课堂内容，针对学生的专业背景，考虑该领域当前研究进展，以及实验开展的可行性，我们选取4个实验，分别为数据采集系统设计、Nyquist 采样与压缩采样、微弱信号采集与特征提取和中等强度信号采集与参数估计。
这4个实验既涉及理论，又包括工程实践，既涉及硬件，又包括软件，既涉及基础，又涵盖当前研究热点。
通过这4个实验，学生对该课程有一个系统的了解，并且能够运用所学理论知识，去分析和解决实际问题。
《数据采集与处理》课程共48学时，其中，课堂讲解学习32学时，仿真实验16学时，开设4个实验，每次4学时。
具体实验如下。
实验1：数据采集系统设计。
《数据采集与处理》课程围绕数据采集系统展开，并介绍常规的数据处理方法。
为了使学生对数据采集系统有一个清晰的认识，本实验设计语音信号采集系统。
系统通过压电传感器录入语音数据，经过滤波电路、采样保持电路、A/D转换器后将模拟信号转换为数字信号。
哈工大仿真技术及应用实验指导书
仿真技术及应用实验指导书目录前言 (I)目录 (II)实验项目 (2)实验1 利用替换法构建系统仿真模型实验 (2)1.1 实验目的 (2)1.2 实验内容与要求 (2)1.5 实验报告要求 (3)实验2 利用根匹配法构建系统仿真模型实验 (4)2.1 实验目的 (4)2.2实验内容与要求 (4)2.5实验报告要求 (5)实验3 利用数值积分算法的仿真实验 (6)3.1 实验目的 (6)3.2 实验内容与要求 (6)3.5实验报告要求 (7)实验四基于Simulink控制系统仿真与综合设计 (8)4.1实验目的 (8)4.2实验内容与要求 (8)4.5 实验报告要求 (9)实验五基于Simulink三相电路仿真 (10)5.1实验目的 (10)5.2实验内容与要求 (10)5.5 实验报告要求 (12)实验六基于Simulink的直流斩波电路仿真实验 (13)6.1实验目的 (13)6.2实验内容与要求 (14)6.5 实验报告要求 (15)实验七基于Simulink的简单电力系统仿真实验 (16)7.1实验目的 (16)7.2实验内容与要求 (16)7.5 实验报告要求 (17)实验8 基于Simulink的伺服系统仿真 (17)8.1实验目的 (17)8.2实验内容与要求 (18)实验项目实验1 利用替换法构建系统仿真模型实验1.1 实验目的1) 熟悉MATLAB 的工作环境；2) 掌握MATLAB 的 .M 文件编写规则，并在命令窗口调试和运行程序；3) 掌握利用替换法构造系统离散模型的方法,并对仿真结果进行分析。
1.2 实验内容与要求1.2.1 实验内容系统电路如图 1.1所示。
电路元件参数：直流电压源V E 1=，电阻Ω=10R ，电感H L 01.0=，电容F C μ1=。
电路元件初始值：电感电流A i L 0)0(=，电容电压V u c 0)0(=。
系统输出量为电容电压)(t u c 。
编码仿真实验报告(3篇)
第1篇实验名称：基于仿真平台的编码算法性能评估实验日期：2023年4月10日实验地点：计算机实验室实验目的：1. 了解编码算法的基本原理和应用场景。
2. 通过仿真实验，评估不同编码算法的性能。
3. 分析编码算法在实际应用中的优缺点。
实验环境：1. 操作系统：Windows 102. 编译器：Visual Studio 20193. 仿真平台：MATLAB 2020a4. 编码算法：Huffman编码、算术编码、游程编码实验内容：1. 编写Huffman编码算法，实现字符序列的编码和解码。
2. 编写算术编码算法，实现字符序列的编码和解码。
3. 编写游程编码算法，实现字符序列的编码和解码。
4. 在仿真平台上，分别对三种编码算法进行性能评估。
实验步骤：1. 设计Huffman编码算法，包括构建哈夫曼树、编码和解码过程。
2. 设计算术编码算法，包括编码和解码过程。
3. 设计游程编码算法，包括编码和解码过程。
4. 编写仿真实验代码，对三种编码算法进行性能评估。
5. 分析实验结果，总结不同编码算法的优缺点。
实验结果及分析：一、Huffman编码算法1. 编码过程：- 对字符序列进行统计，计算每个字符出现的频率。
- 根据频率构建哈夫曼树，叶子节点代表字符，分支代表编码。
- 根据哈夫曼树生成编码，频率越高的字符编码越短。
2. 解码过程：- 根据编码，从哈夫曼树的根节点开始，沿着编码序列遍历树。
- 当遍历到叶子节点时，输出对应的字符。
3. 性能评估：- 编码长度：Huffman编码的平均编码长度最短，编码效率较高。
- 编码时间：Huffman编码算法的编码时间较长，尤其是在构建哈夫曼树的过程中。
二、算术编码算法1. 编码过程：- 对字符序列进行统计，计算每个字符出现的频率。
- 根据频率，将字符序列映射到0到1之间的实数。
- 根据映射结果，将实数序列编码为二进制序列。
2. 解码过程：- 对编码的二进制序列进行解码，得到实数序列。
基于MATLAB控制系统仿真实验报告
tf 4
y0
0 1
6、求出 G1(s)
2 (s2 2s 1) 与 G2 (s)
1 (2s3
3s2
1)
的单位阶跃响应，并分别
求出状态空间模型。
解：（1） G1(s) 2 (s2 2s 1) 的状态空间模型求解如下：
function shiyan2 b1=[2];
D(z)
0.62(1 0.136z 1)(1 0.183z (1 0.045z 1)(1 0.53z 1)
1 )
分别用仿真算法得到系统在单位阶跃输入作用下的响应，系统在单位速度输
入是的输出响应。
解：（1）首先将 W1(s)转换为 W1(z)，采样周期 T=0.2s，程序清单如下： function shiyan42 num=[10];den=[0.005 0.15 1 0]; ts=0.2;[nc,dc]=c2dm(num,den,ts)
INTRO（注意：intro 为一个用 MATLAB 语言编写的幻灯片程序，主要演示
常用的 MATLAB 语句运行结果。）
然后，根据现实出来的幻灯片右面按钮进行操作，可按 START——NEXT—
—NEXT 按钮一步步运行，观察。
3、自编程序并完成上机编辑，调试，运行，存盘：
（1）用 MATLAB 命令完成矩阵的各种运算，例如：
5、利用 ode23 或 ode45 求解线性时不变系统微分方程 y(t) Ay(t) ，并绘制出 y(t)
曲线，式中
A
0.5
1
1 0.5
t t0 t 如下： function xdot=fun21(t,x) A=[-0.5 1;-1 -0.5]; xdot=A*x; function fzsy22 t0=0;tf=4;tol=1e-6; x0=[0;1];trace=1; [t,x]=ode23('fun21',t0,tf,x0,tol,trace); plot(t,x) 得到的实验结果如下图所示：
Multisim电路仿真实验
仿真错误
遇到仿真错误时，首先 检查电路原理是否正确 ，然后检查元件库是否
完整。
界面显示问题
如果界面显示异常，可 以尝试调整软件设置或
重启软件。
导出问题
在导出电路图或仿真结 果时出现问题，检查文 件路径和格式是否正确
。
THANKS
分析实验结果，验证电路的功 能和性能是否符合预期。
如果实验结果不理想，需要对 电路进行调整和优化。
04
电路仿真实验分析
实验数据整理
1 2 3
实验数据整理
在Multisim中进行电路仿真实验后，需要将实验 数据导出并整理成表格或图表形式，以便后续分 析和处理。
数据格式
数据整理时需要确保数据的准确性和完整性，包 括电压、电流、电阻、电容、电感等参数，以及 仿真时间和波形图等。
数据存储
整理好的数据应妥善存储，以便后续查阅和引用。
数据分析与处理
数据分析
对整理好的实验数据进行深入分 析，包括参数变化趋势、波形图 特征等，以揭示电路的性能和特 性。
数据处理
根据分析结果，对数据进行必要 的处理，如计算平均值、求取标 准差等，以得出更准确的结论。
误差分析
分析实验数据中可能存在的误差 来源，如测量误差、电路元件误 差等，以提高实验的准确性和可 靠性。
Multisim软件
Multisim软件是进行电路仿真实验的核心工具，用户可以在软件中创建电路图、设置元件参数、 进行仿真实验等操作。
实验电路板
实验电路板是用来搭建实际电路的硬件设备，用户可以在上面放置电路元件、连接导线等，实现 电路的物理连接。
元件库
Multisim软件提供了丰富的元件库，用户可以从元件库中选择需要的元件，将其添加到电路图中 ，方便快捷地搭建电路。
采样与保持仿真实验
微分与平滑仿真实验一．实验目的1．数/模转换器得零阶保持器作用零阶保持器：zero-order holder（ZOH）。
实现采样点之间插值的元件，基于时域外推原理，把采样信号转换成连续信号。
零阶保持器的作用是在信号传递过程中，把第nT时刻的采样信号值一直保持到第(n+1)T时刻的前一瞬时，把第(n+1)T时刻的采样值一直保持到(n+2)T时刻，依次类推，从而把一个脉冲序列变成一个连续的阶梯信号。
因为在每一个采样区间内连续的阶梯信号的值均为常值，亦即其一阶导数为零，故称为零阶保持器。
零阶保持器的传递函数为：2．零阶保持器在控制系统中的作用零阶保持器的作用是使采样信号e*(t) 每一采样瞬时的值e(kT) 一直保持到下一个采样瞬时e[(k+1)T]，从而使采样信号变成阶梯信号eh(t)。
二．实验原理如下图，控制系统中，给输入阶跃信号，有函数：plot(y.time,y.signals.values,x.time,x.signals.values)可以画出其输入输出波形图1-1如下所示。
图1-1仿真原理图三．仿真过程图1-2 采样周期T-10MS时系统的输入输出波形图1-3 采样周期T-20MS时系统的输入输出波形图1-4 采样周期T-30MS时系统的输入输出波形图1-5 采样周期T-40MS时系统的输入输出波形四．思考与总结1.在微机控制系统中采样周期T的选择因注意哪些方面？采样定理只是作为控制系统确定采样周期的理论指导原则，若将采样定理直接用于计算机控制系统中还存在一些问题。
主要因为模拟系统f（t）的最高角频率不好确定，所以采样定理在计算机控制系统中的应用还不能从理论上得出确定各种类型系统采样周期的统一公式。
目前应用都是根据设计者的实践与经验公式，由系统实际运行实验最后确定。
显然，采样周期取最小值，复现精度就越高，也就是说“越真”。
当T 0时，则计算机控制系统就变成连续控制系统了。
若采样周期太长。
DSP原理及应用课程设计实验报告
学院：信息与电气工程学院班级：电信081 姓名：学号：课程：DSP原理及应用实验日期：_____年月日成绩：实验一开发环境建立一、实验目的(1) 学会CCS软件的安装方法。
(2) 熟悉CCS集成开发环境，掌握工程的生成方法。
(3) 熟悉CCS常用菜单的使用。
(4) 掌握CCS集成开发环境的调试方法。
二、实验原理CCS是进行DSP开发的一个集成环境，它是在 WINDOWS系统下工作的一个软件，通过该软件，我们可以进行DSP程序及系统的开发。
CCS提供了配置、建立、调试、跟踪和分析程序的工具，是进行DSP开发的常用工具，它是在WINDOWS系统下工作的一个软件，通过该软件，我们可以进行DSP程序的编辑及系统的开发。
3. 实验仪器和设备(1) 主机1台(2) 仿真器1台(3) 主机1台三、实验内容及步骤3.1 CCS 安装双击Code Composer Studio 图标；按照光标与提示依次执行，最后安装完成后重启计算机。
3.2 SEED-XDS510PLUS 的驱动安装1、将SEED-XDS510PLUS 仿真器的USB 插头插入PC 机的USB 插槽中，启动计算机后识别SEED-XDS510PLUS 硬件，识别后安装其驱动程序。
2．按照提示依次执行，同时默认路径为CCS 的安装路径。
3．安装完毕后打开控制面板查看系统中的设备管理器，出现如下结果，证明硬件连接成功。
学院：信息与电气工程学院班级：电信081 姓名：学号：课程：DSP原理及应用实验日期：_____年月日成绩：4．将仿真器JTAG 插头与实验箱主控板SEED-DEC6713 的JTAG 插头J1 相连，打开实验箱电源开关。
观察SEED-DTK_MBoard 单元的+5V、+3.3V、+15V、-15V 的电源指示灯以及SEED-DEC6713 的D2 与D4 的电源指示灯均亮。
5．双击usb20rest.exe，如下图。
可以对仿真器进行复位：3.3 驱动程序的配置1．双击桌面上的Setup CCS 2(6000)。
通信原理网上实验一
实验报告（一）实验日期：2020 年4 月26 日；时间：19:00实验项目：信源编码技术实验使用仪器及装置：仪器：示波器，连接线，装置：主控&信号源模块、3号、21号模块（各一块）实验内容：一、抽样定理实验1、实验目的（1）了解抽样定理在通信系统中的重要性。
（2）掌握自然抽样及平顶抽样的实现方法。
（3）理解低通采样定理的原理。
（4）理解实际的抽样系统。
（5）理解低通滤波器的幅频特性对抽样信号恢复的影响。
（6）理解低通滤波器的相频特性对抽样信号恢复的影响。
（7）理解带通采样定理的原理。
2、实验原理（1）实验原理框图抽样定理实验框图（2）实验框图说明抽样信号由抽样电路产生。
将输入的被抽样信号与抽样脉冲相乘就可以得到自然抽样信号，自然抽样的信号经过保持电路得到平顶抽样信号。
平顶抽样和自然抽样信号是通过开关S1切换输出的。
抽样信号的恢复是将抽样信号经过低通滤波器，即可得到恢复的信号。
这里滤波器可以选用抗混叠滤波器（8阶3.4kHz的巴特沃斯低通滤波器）或FPGA数字滤波器（有FIR、IIR两种）。
反sinc滤波器不是用来恢复抽样信号的，而是用来应对孔径失真现象。
3、实验步骤实验项目一抽样信号观测及抽样定理验证概述：通过不同频率的抽样时钟，从时域和频域两方面观测自然抽样和平顶抽样的输出波形，以及信号恢复的混叠情况，从而了解不同抽样方式的输出差异和联系，验证抽样定理。
1、登录e-Labsim仿真系统，创建实验文件，选择实验所需模块和示波器。
2、运行仿真，开启所有模块的电源开关。
3、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【抽样定理】。
调节主控模块的W1使A-out输出峰峰值为3V。
4、此时实验系统初始状态为：被抽样信号MUSIC为幅度4V、频率3K+1K正弦合成波。
抽样脉冲A-OUT为幅度3V、频率9KHz、占空比20%的方波。
5、实验操作及波形观测。
（1）调用示波器观测自然抽样前后的信号波形：设置开关S13#为“自然抽样”档位，用示波器CH1和CH2分别接MUSIC主控&信号源和抽样输出3#。
峰值检测系统的设计
一、设计说明本设计的任务是设计一个峰值检测系统，其关键任务是检测峰值并保持稳定。
其框图如图1所示：它由传感器、放大器、采样/保持、采样/保持控制电路、A/D(模数转换)、译码显示、数字锁存控制电路组成。
各部分的作用如下：传感器：把被测信号量转换成电压量。
放大器：将传感器输出的小信号放大，放大器的输出结果满足模数转换器的转换范围。
采样/保持：对放大后的被测模拟量进行采样，并保持峰值。
采样/保持控制电路：该电路通过控制信号实现对峰值采样，小于原峰值时，保持原峰值，大于原峰值时保持新的峰值。
A/D转换：将模拟量转换成数字量。
译码显示：完成峰值数字量的译码显示。
数字锁存控制电路：对模数转换的峰值数字量进行锁存，小于峰值的数字量不锁存。
二、技术指标1. 放大器输入阻抗Ri >1MΩ；频带宽度：0Hz—1kHz；共模抑制比：KCMRR>70dB。
2.测量值用数字显示，显示范围：0000—9999；三、设计要求1. 传感器输出信号为0～5mV，1mV等效于400kg；2.根据技术指标通过分析计算确定电路形式和元器件参数；3.画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。
四、实验要求1．根据技术指标制定实验方案，验证所设计的电路；2．进行必要的实验数据处理和分析。
五、推荐参考资料1. 张福学编著. 传感器应用及其电路精选. 北京：电子工业出版社，1992.六、按照要求撰写课程设计报告指导教师年月日负责教师年月日学生签字年月日成绩评定表摘要：本文主要设计了能够检测输入信号峰值的电路，该电路分为三部分，第一部分是信号放大电路电路，主要有由三个放大器组成。
第二部分是采样保持电路，主要有运放、场效应管和电容电路组成。
第二部分是A/D转换及译码显示电路，主要有由A/D转换芯片和数码管组成。
该电路具有结构简单、元器件用量少、成本低的特点。
在众多的这类电路中是比较简单实用的。
关键词：放大器、采样/保持、采样/保持控制、数字锁存控制、A/D转换及译码一、概述本设计的任务是设计一个峰值检测系统，其关键任务是检测峰值并保持稳定。
通信原理抽样定理及其应用实验报告
一、实验目的
1．通过对模拟信号抽样的实验,加深对抽样定理的理解；
2．通过PAM调制实验，使学生能加深理解脉冲幅度调制的特点；
3．学习PAM调制硬件实现电路，掌握调整测试方法。
二、实验仪器
1．PAM脉冲调幅模块，位号：H（实物图片如下）
2．时钟与基带数据发生模块，位号：G（实物图片见第3页）
PAM实验原理：它采用模拟开关CD4066实现脉冲幅度调制。抽样脉冲序列为高电平时，模拟开关导通，有调制信号输出；抽样脉冲序列为低电平，模拟开关断开，无信号输出
图1-2 PAM信道仿真电路示意图
四、可调元件及测量点的作用
32P01：模拟信号输入连接铆孔。
32P02：抽样脉冲信号输入连接铆孔。
32TP01：输出的抽样后信号测试点。
7．取样恢复信号观察：
PAM解调用的低通滤波器电路（接收端滤波放大模块，信号从P14输入）设有两组参数，其截止频率分别为2.6KHZ、5KHZ。调节不同的输入信号频率和不同的抽样时钟频率，用示波器观测各点波形，验证抽样定理，并做详细记录、绘图。（注意，调节32W01应使32TP01、32P03两点波形相似，即以不失真为准。）
8．关机拆线：
实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验模块
六.实验现象
输入模拟信号观察：将DDS信号源产生的正弦波（频率为2KHZ，峰一峰值2V）
取样脉冲观察：当DDS信号源处于《PDM波1》状态，旋转SS01可改变取样脉冲的频率示波器接在32P02上，可观察取样脉冲波形。
取样信号观察：示波器接在32TP01上，可观察PAM取样信号，示波器接在32P03上，调节“PAM脉冲幅度调制”上的32W01可改变PAM信号传输信道的特性，PAM取样信号波形会发生改变。
北邮通信原理实验 基于SYSTEMVIEW通信原理实验报告
北京邮电大学实验报告题目：基于SYSTEMVIEW通信原理实验报告班级：2013211124专业：信息工程姓名：曹爽成绩：目录实验一：抽样定理 (3)一、实验目的 (3)二、实验要求 (3)三、实验原理 (3)四、实验步骤和结果 (3)五、实验总结和讨论 (9)实验二：验证奈奎斯特第一准则 (10)一、实验目的 (10)二、实验要求 (10)三、实验原理 (10)四、实验步骤和结果 (10)五、实验总结和讨论 (19)实验三：16QAM的调制与解调 (20)一、实验目的 (20)二、实验要求 (20)三、实验原理 (20)四、实验步骤和结果 (21)五、实验总结和讨论 (33)心得体会和实验建议 (34)实验一：抽样定理一、 实验目的1. 掌握抽样定理。
2. 通过时域频域波形分析系统性能。
二、 实验要求改变抽样速率观察信号波形的变化。
三、 实验原理一个频率限制在0f 的时间连续信号()m t ，如果以012S T f的间隔进行等间隔均匀抽样，则()m t 将被所得到的抽样值完全还原确定。
四、 实验步骤和结果1. 按照图1.4.1所示连接电路，其中三个信号源设置频率值分别为10Hz 、15Hz 、20Hz ，如图1.4.2所示。
图1.4.1 连接框图图1.4.2 信号源设置，其余两个频率值设置分别为15和202.由于三个信号源最高频率为20Hz，根据奈奎斯特抽样定理，最低抽样频率应为40Hz，才能恢复出原信号，所以设置抽样脉冲为40Hz，如图1.4.3。
图1.4.3 抽样脉冲设置3.之后设置低通滤波器，设置数字低通滤波器为巴特沃斯滤波器（其他类型的低通滤波器也可以，影响不大），截止频率设置为信号源最高频率值20Hz，如图1.4.4。
图1.4.4 滤波器设置4.为了仿真效果明显，设置系统时间如图1.4.5所示。
图1.4.5 系统时间设置5.之后开始仿真，此时选择抽样速率恰好等于奈奎斯特抽样频率，仿真结果如图1.4.6所示，图中最上面的Sink4是相加后的输入信号波形，中间的Sink8是输入信号乘以抽样脉冲之后的波形，最下面的Sink9是低通滤波恢复后的波形。
连续时间系统实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解连续时间系统的基本概念和特性。
2. 掌握连续时间系统建模和仿真方法。
3. 熟悉连续时间系统的分析方法。
4. 培养实验操作能力和数据分析能力。
二、实验原理连续时间系统是指系统中各物理量随时间连续变化的系统。
连续时间系统在工程应用中广泛存在，如电路、信号处理、控制系统等。
本实验主要研究连续时间系统的建模、仿真和分析方法。
三、实验仪器与设备1. 连续时间系统实验箱2. 示波器3. 信号发生器4. 信号分析仪5. 计算机及仿真软件（如MATLAB）四、实验内容及步骤1. 连续时间系统建模（1）根据实验要求，选择合适的连续时间系统，如一阶滤波器、二阶滤波器等。
（2）根据系统特性，确定系统的输入信号和输出信号。
（3）利用实验箱提供的元器件搭建实验电路。
（4）根据元器件参数，推导出系统的传递函数。
2. 连续时间系统仿真（1）利用MATLAB软件，根据推导出的传递函数，建立系统的仿真模型。
（2）设置仿真参数，如采样时间、初始条件等。
（3）运行仿真，观察系统输出波形。
3. 连续时间系统分析（1）分析系统输出波形，观察系统的稳定性和频率响应特性。
（2）根据实验数据，计算系统的幅频特性和相频特性。
（3）分析系统在实际应用中的优缺点。
五、实验结果与分析1. 实验结果（1）根据实验数据和仿真结果，绘制系统输出波形图。
（2）根据实验数据和仿真结果，计算系统的幅频特性和相频特性。
2. 实验分析（1）通过实验和分析，验证了连续时间系统建模和仿真方法的有效性。
（2）分析了系统在实际应用中的优缺点，为实际工程提供了参考。
六、实验结论1. 本实验成功地实现了连续时间系统的建模、仿真和分析。
2. 通过实验，掌握了连续时间系统的基本概念、特性和分析方法。
3. 培养了实验操作能力和数据分析能力。
4. 为今后在实际工程中的应用奠定了基础。
七、实验注意事项1. 实验过程中，注意安全操作，防止触电、短路等事故发生。
2. 实验数据要准确记录，便于后续分析。
信号的采集与恢复
实验报告课程名称： 信号分析与处理指导老师： 欢老师 成绩：__________________ 实验名称： 信号的采集与恢复 实验类型： 基础实验 同组学生：第一次实验 信号的采集与恢复一、实验目的1.1了解信号的采样方法与过程以及信号恢复的方法； 1.2验证采样定理。
二、实验原理2.1信号采集与时域采样定理对一个连续时域信号的采集，理论上是用一系列冲激函数与信号做乘积，实际中常用占空比尽可能小的周期矩形脉冲作为开关函数来代替冲激函数。
采样信号的频谱，是由原来信号的频谱进行幅值尺度变换并在频率轴（横轴）上做平移延拓组成的，频率轴上平移延拓的“周期”为开关函数的频率值。
具体推导如下：∑∞-∞=-=n sns n F S F )()(ωωω其中，)(ωs F 是采样信号)(t f s的频谱。
n S 为开关函数s (t )的傅里叶级数的傅里叶系数，)(ωF 为连续信号的频谱。
若理想开关函数可表示为周期为T s 的冲激函数序列∑∞-∞=-=n snT t t s )()(δ于是)()()()()(sn ss nT t nT f t s t f t f -==∑∞-∞=δ∑∞-∞=-=n sss n F T F )(1)(ωωω一个典型的例子：矩形脉冲采样信号s(t)，作为理想冲激串的替代。
假设脉冲宽度τ，则s(t)的傅里叶变换)2(Sa τωτs s n n T S ⋅=，于是)()2(Sa )(s n s s s n F n T F ωωτωτω-⋅=∑∞-∞= 装订线平移后的频率幅度按Sa(x )规律衰减。
采样信号的频谱是原信号频谱周期的延拓，它占有的频带要比原信号频谱宽得多。
显然，对于开关函数，若它的频率为f s ，信号的最大频率为f m ，那么为了采样后采样信号的频谱不发生混叠，存在时域采样定理：f s ≥f m （时域采样定理，即香农定理）。
而对于频谱不受限的信号，往往需要先用低通滤波器滤除高频分量，使它近似成为频谱受限的信号，在进行采样。
《计算机控制》采样和保持器实验
《计算机控制》采样和保持器实验
一．实验目的
1. 了解判断采样/保持控制系统稳定性的充要条件。
2．了解采样周期T对系统的稳定性的影响。
3．掌握控制系统处于临界稳定状态时的采样周期T的计算。
4．用MATLAB验证临界稳定状态时的采样周期
5．观察和分析采样/保持控制系统在不同采样周期T时的瞬态响应曲线。
二．实验原理
1.实验原理框图
闭环采样/保持控制系统原理方块图如图3-1-1所示：
图3-1-1 闭环采样/保持控制系统原理方块图
2. 闭环采样/保持控制系统实验电路
闭环采样/保持控制系统实验构成电路如图3-1-2所示，积分环节（A3单元）的积分时间常数Ti=R1*C1=0.1S，惯性环节（A5单元）的惯性时间常数
T=R2*C2=0.5S，增益K=R2/R3=5。
图3-1-2闭环采样/保持控制系统实验构成电路
三．实验内容
1. MATLAB仿真被控对象
2. 用LabACT实验箱观察不同采样周期时系统工作状态四．实验记录
1.不同采样周期输出端的波形（现场截图）
1)T= 2 ms 的波形图
2）T= 4 ms 的波形图
3）T= 6 ms 的波形图
2.积分常数Ti=0.1，惯性常数T=0.2，增益K=2时的波形（现场截图）
五．对象临界稳定采样周期T的测量与计算
根据不同采样周期输出端的波形，观察和计算的被测对象的临界稳定采样周期T如表1所示。
表1 对象的临界稳定采样周期T。
信号的抽样与恢复(抽样定理)
实验一 信号的抽样与恢复（抽样定理）一、实验目的1．了解信号的抽样方法与过程以及信号恢复的方法。
2．验证抽样定理。
二、实验设备1．Dais －XTB 信号与系统实验箱 一台 2．双踪示波器 一台 3．任意函数发生器 一台三、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抽样而得。
抽样信号()s x t 可以看成连续信号()x t 和一组开关函数()s t 的乘积。
()s t 是一组周期性窄脉冲，如图1-1，s T 称为抽样周期，其倒数1/s s f T =称抽样频率。
图1-1 矩形抽样信号对抽样信号进行傅里叶分析可知，抽样信号的频率包括了原连续信号以及无限个经过平移的原信号频率。
平移的频率等于抽样频率f s 及其谐波频率2f s 、3f s ……。
当抽样信号是周期性窄脉冲时，平移后的频率幅度按sin x /x 规律衰减。
抽样信号的频谱是原信号频谱周期的延拓，它占有的频带要比原信号频谱宽得多。
2．在一定条件下，从抽样信号可以恢复原信号。
只要用一截止频率等于原信号频谱中最高频率f n 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，故在低通滤波器输出端可以得到恢复后的原信号。
3．原信号得以恢复的条件是f s ≥2f max ，f s 为抽样频率，f max 为原信号的最高频率。
当f s ＜2 f max 时，抽样信号的频谱会发生混叠，从发生混叠后的频谱中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，仅包含有限频率的信号是极少的，因此恢复后的信号失真还是难免的。
实验中选用f s ＜2 f max 、f s ＝2 f max 、f s ＞2 f max 三种抽样频率对连续信号进行抽样，以验证抽样定理。
4．连续信号的抽样和抽样信号的复原原理框图如图1-2所示。
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迭，但这也会造成失真。
仿真技术实验程序及思考题解答(仅供参考)
实验一 连续系统的数字仿真一、实验目的1． 熟悉Matlab 中m 文件的编写；2． 掌握龙格－库塔法的基本原理。
二、实验设备计算机、MATLAB 软件三、实验内容假设单变量系统如图所示。
试根据四阶龙格－库塔法，求系统输出y 的动态响应。
1．首先把原系统转化为状态空间表达式：⎪⎩⎪⎨⎧=+=•CXy bu AX X ，根据四阶龙格－库塔公式，可得到： ⎪⎩⎪⎨⎧=++++=+++1143211)22(6k k k k CX y K K K K h X X （1） 其中： ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧+++=+++=+++=+=)()()2()2()2()2()(3423121h t bu hK X A K h t bu K h X A K h t bu K h X A K t bu AX K k k k k k k k k （2） 根据（1）、（2）式编写仿真程序。
2．在Simulink 环境下重新对上述系统进行仿真，并和1中结果进行比较。
四、实验结果及分析要求给出系统输出响应曲线，并分析计算步长对龙格－库塔法的影响。
计算步长对龙格－库塔法的影响：单从每一步看，步长越小，截断误差就越小，但随着步长的缩小，在一定求解范围内所要完成的步数就增加，不但引起计算量的增大，而且可能导致舍入误差严重积累，因此同积分的数值计算一样，微分方程的解法也有选择步长的问题。
源程序：r=5;numo=[1];deno=[1 4 8 5];numh=1;denh=1;[num,den]=feedback(numo,deno,numh,denh);[A,b,C,d]=tf2ss(num,den);Tf=input('仿真时间 Tf= ');h=input('计算步长 h=');x=[zeros(length(A),1)];y=0;t=0;for i=1:Tf/h;K2=A*(x+h*K1/2)+b*r;K3=A*(x+h*K2/2)+b*r;K4=A*(x+h*K3)+b*r;x=x+h*(K1+2*K2+2*K3+K4)/6;y=[y;C*x];t=[t;t(i)+h];endplot(t,y)Tf=5 h=0.02五、思考题1．试说明四阶龙格－库塔法与计算步长关系，它与欧拉法有何区别。
计算机仿真技术实验报告
《计算机仿真技术》实验指导书实验一 状态空间模型的仿真一、实验目的通过实验，学习4阶龙格-库塔法的基本思路和计算公式，加深理解4阶龙格-库塔法的原理和稳定域。
加深理解仿真的稳定性，仿真步长对仿真精度的影响。
二、实验内容1、线性定常系统[]1112223332010002001010060000600x x x x x u y x x x x -⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=-+=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦&&&；)(1000)0()0()0(321t u x x x =⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡2、非线性系统()()()()()()()()xt rx t ax t y t yt sx t bx t y t =-⎧⎨=-+⎩&& 其中：r=0.001, a=2⨯10-6, s=0.01, b=1⨯10-6, x(0)=12000, y(0)=600。
三、实验原理运用SIMULINK 仿真工具进行实验。
四、实验设备和仪器微型计算机、MATLAB 软件。
Sources(信号源)，Sink(显示输出),Continuous(线性连续系统)，Discrete（线性离散系统)，Function & Table （函数与表格)，Math(数学运算)， Discontinuities (非线性)，Demo （演示）五、实验方法运行MA TLAB ，在MA TLAB 窗口中按SimuLink 按钮，启动SimuLink 库浏览器，在浏览器窗口上选create a new modem 命令，得到一个空模型，从Library: SimuLink 窗口中找到需要的模块，将这些模块拖到空模型窗口中。
将空模型窗口中的排好，并按要求连接。
在保存好的模型窗口中，选Simulation\Paramters 命令设置各模块的参数和仿真参数。
液位控制系统设计
2013-2014 学年＿第一学期山东科技大学电工电子实验教学中心创新性实验研究报告实验项目名称＿液位控制系统设计组长姓名学号联系电话E-mail成员姓名学号成员姓名学号专业班级指导教师及职称2014年月日四、实验内容积分（I）比例积分（PI）比例微分（PD）惯性环节（T）比例积分微分（PID）各典型环节的模拟电路图及输出响应各典型环节名称模拟电路图输出响应比例（P）U0(t)=K (t≥0)其中K=R1/R0 Ui(s)1TSUo(s)Ui (s)TSUi(s)Uo(s) 11TS Uo(s)Ui(s)KKUi(s)Uo(s)TS1TS+1KUi(s)Uo(s)KTS+1 Uo(s)Ui(s)1TSUo(s)1KUi(s)Uo(s)（TS+1）K P TiS1Ui(s)Uo(s)T d S积分（I）U0(t)=tT1(t≥0)其中T=R0C比例积分（PI）U0(t)=tTK1+(t≥0)其中K=R1/R0，T=R1C比例微分（PD）U0(t)=KTδ(t)+K其中δ(t)为单位脉冲函数21RRRK+=2121RRRRT+=惯性环节（T）U0(t)=K(1-e-t/T) 其中K=R1/R0，T=R1C比例积分微分（PID）tTKtTtUipdO1)()(++=δ其中δ(t)为单位脉冲函数Kp=R1/R0 ;T i=R0C1T d=R1R2C2/R0离散系统的采样本实验采用“采样—保持器”LF398芯片，它具有将连续信号离散后以零阶保持器输出信号功能。
其管脚连接如图4-1所示，采样周期T等于输入至LF398第8脚（PU）的脉冲周期，此脉冲由多谐振荡器（用组件MC1555或MC1455及组容元件构成）发生的方波经单稳态电路（用组件MC14538及组容元件构成）产生，改变多谐振荡器的周期，即改变采样周期。
图4-1 LF398连接图图4-2是LF398采样——保持器功能的原理方块图。
图4-2 LF398功能图信号的采样保持电路如图4-3所示。
SystemView实验
SystemView实验实验⼀图符库的使⽤⼀、实验⽬的1、了解SystemVue图符库的分类2、掌握SystemVue各个功能库常⽤图符的功能及其使⽤⽅法⼆、实验内容按照实例使⽤图符构建简单的通信系统，并了解每个图符的功能。
三、基本原理SystemVue的图符库功能⼗分丰富，⼀共分为以下⼏个⼤类1.基本库SystemView的基本库包括信源库、算⼦库、函数库、信号接收器库等，它为该系统仿真提供了最基本的⼯具。
（信源库）：SystemView为我们提供了16种信号源，可以⽤它来产⽣任意信号（算⼦库）功能强⼤的算⼦库多达31种算⼦，可以满⾜您所有运算的要求（函数库）32种函数尽显函数库的强⼤库容！（信号接收器库）12种信号接收⽅式任你挑选，要做任何分析都难不倒它2.扩展功能库扩展功能库提供可选择的能够增加核⼼库功能的⽤于特殊应⽤的库。
它允许通信、DSP、射频/模拟和逻辑应⽤。
（通信库）：包含有⼤量的通信系统模块的通信库，是快速设计和仿真现代通信系统的有⼒⼯具。
这些模块从纠错编码、调制解调、到各种信道模型⼀应俱全。
（DSP库）：DSP库能够在你将要运⾏DSP芯⽚上仿真DSP系统。
该库⽀持⼤多DSP芯⽚的算法模式。
例如乘法器、加法器、除法器和反相器的图标代表真正的DSP算法操作符。
还包括⾼级处理⼯具：混合的RadixFFT、FIR和IIR滤波器以及块传输等。
（逻辑运算库）：逻辑运算⾃然离不开逻辑库了，它包括象与⾮门这样的通⽤器件的图标、74系列器件功能图标及⽤户⾃⼰的图标等。
（射频/模拟库）：射频/模拟库⽀持⽤于射频设计的关键的电⼦组件，例如：混合器、放⼤器和功率分配器等。
3. 扩展⽤户库扩展的⽤户库包括有扩展通信库2、IS95/CDMA 、数字视频⼴播DVB等。
通信库2: 扩展的通信库2主要对原来的通信库加了时分复⽤、OFDM 调制解调、QAM 编码与调制解调、卷积码收缩编解码、GOLD 码以及各种衰落信道等功能。