采样与保持仿真实验
DSP实验报告
姓名：班级：自动化15 学号：2015实验一数据存储实验一实验目的1。
掌握TMS320F2812程序空间的分配；2。
掌握TMS320F2812数据空间的分配；3。
能够熟练运用TMS320F2812数据空间的指令。
二实验步骤与内容实验步骤1.在进行DSP实验之前，需先连接好仿真器、实验箱及计算机,连接方法如下所示：2.F2812CPU板的JUMP1的1和2脚短接，拨码开关SW1的第二位置ON；其余OFF3.E300底板的开关SW4的第2位置ON，其余位置OFF.其余开关设置为OFF.4.上电复位在硬件安装完成后，确认安装正确、各实验部件及电源连接无误后，启动计算机，接通仿真器电源，此时，仿真器上的指示灯应点亮，否则DSP开发系统与计算机连接存在问题。
5.运行CCS程序1)待计算机启动成功后,实验箱220V电源置“ON",实验箱上电2)启动CCS5.5，工作环境的路径选择：E:\E300Program\E300TechV-2812\normal ；6.成功运行CCS5.5程序后，出现如下图所示界面:7.右键点击Project Explorer窗口下的工程文件“e300_01_mem”，选择“Open Project"命令打开该工程，如下图所示，可以双击才看左侧源文件；8.点击菜单栏Project/Build All命令编译整个工程，编译完成后点击按钮进入仿真模式，完全进入后如下图所示：9.用“View"下拉菜单中的“Memory/Browser”查看内存单元,参数设置如下图:注意:下面的参数设置都是以16进制。
此时可以观测到以0x003F9020为起始地址的存储单元内的数据；10.单击按钮，开始运行程序,一段时间后,单击按钮，停止程序运行，0x003F9020H～ 0x3F902FH单元的数据的变化，如下图所示：11.关闭Memory Browser窗口,点击按钮，退出仿真模式。
0.13um CMOS流水线型ADC采样保持电路设计的开题报告
0.13um CMOS流水线型ADC采样保持电路设计的开题报告摘要：本文详细阐述0.13um CMOS流水线型ADC采样保持电路的设计过程。
首先，对该电路的原理和常见设计方案进行了介绍，并分析了其主要优点和不足之处。
接着，我们设计了一种基于CMOS技术的电路方案，并对其进行了仿真和性能测试。
最终，通过实验结果，证明了该设计方案的可行性和优越性。
关键词：ADC、流水线、采样保持、CMOS1. 研究背景与意义ADC（模数转换器）是将模拟信号转换为数字信号的重要设备，广泛应用于通信、电力、环境监测等领域。
在现代高速数字通信中，高速、高精度的ADC已经成为必不可少的部分。
流水线型ADC是各类ADC中性能最好、速度最快、成本最低的一种。
它具有较高的采样速度和较低的噪声性能，被广泛应用于高速数字通信系统中。
采样保持电路是流水线型ADC中的一个重要组成部分，其主要功能是在ADC采样过程中对输入信号进行采样和保持。
因此，设计一种高性能、低功耗、基于CMOS技术的流水线型ADC采样保持电路，具有重要的现实意义。
2. 研究内容2.1 流水线型ADC原理及常见设计方案流水线型ADC采用逐级转换的方式，将模拟信号经过多个级别的转换，最终转换为数字信号。
其基本结构如下图所示：[image]常见的流水线型ADC采样保持电路有：单级采样保持电路、多级采样保持电路和分立滞后电容采样保持电路等。
这些电路各有优缺点，根据实际需求进行选择。
2.2 电路设计本设计采用多级采样保持电路的方案，其主要组成部分有精密采样电容、自适应开关电容和运放等。
2.3 仿真及性能测试通过电路仿真和性能测试，对设计方案进行验证和评估，分析其优点和不足之处。
3. 研究成果本研究设计了一种基于CMOS技术的流水线型ADC采样保持电路方案，并通过电路仿真和性能测试，验证了其可行性和优越性。
该方案具有以下优点：（1）采样精度高，大大提高了ADC的分辨率和信噪比。
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。
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。
DSP实验报告--模拟信号的AD+FFT变换
一、实验开发环境1．通用 PC机一台，安装 Windows2000 或 WindowsXP 操作系统且已安装常用软件(如：WinRAR 等)。
2．TMS320C55xx 评估板及相关电源。
本实验采用ICETEK-VC5509-A评估板。
3．通用 DSP 仿真器一台及相关连线。
本实验采用ICETEK-5100USB仿真器。
4．控制对象(选用)。
本实验采用ICETEK-CTR控制板。
5．TI的 DSP 开发集成环境 Code Composer Studio。
本实验采用CCS2.21 for ’C5000。
6．仿真器驱动程序。
7．实验程序及相关文档。
二、实验目的1.通过实验熟悉 VC5509A的定时器。
2.掌握 VC5509A 片内 AD的控制方法。
3.掌握用窗函数法设计 FFT 快速傅里叶的原理和方法。
4.熟悉 FFT 快速傅里叶特性。
5.了解各种窗函数对快速傅里叶特性的影响。
三、实验设备通用计算机一台，ICETEK-VC5509-EDU 实验箱。
四、实验原理1.将从信号源获取的模拟信号经过A/D转换后，再进行FFT变换，然后输出。
2.TMS320VC5509A 模数转换模块特性：内置采样和保持的10位模数转换模块ADC，最小转换时间为500ns,最大采样率为21.5kHz。
有2个模拟输入通道（AIN0—AIN1）。
采样和保持获取时间窗口有单独的预定标控制。
3.模数转换工作过程：模数转换模块接到启动转换信号后，开始转换第一个通道的数据。
经过一个采样时间的延迟后，将采样结果放入转换结果寄存器保存。
转换结束，设置标志。
等待下一个启动信号。
4.模数转换的程序控制：模数转换相对于计算机来说是一个较为缓慢的过程。
一般采用中断方式启动转换或保存结果，这样在 CPU 忙于其他工作时可以少占用处理时间。
设计转换程序应首先考虑处理过程如何与模数转换的时间相匹配，根据实际需要选择适当的触发转换的手段，也要能及时地保存结果。
控制系统仿真实验报告
采样控制系统仿真实验报告姓名胡晓健班级13学号08001331课题内容1、应用采样工作原理和离散控制系统设计方法设计采样控制系统。
2、掌握采样控制系统的特点及采样控制系统仿真的特殊问题，运用采样控制系统数字仿真的一般方法（差分方程递推求解法和对离散、连续部分分别计算的双重循环法）及Simulink 对系统进行仿真。
3、给出仿真设计方案和仿真模型。
4、仿真分析。
具体内容：采样控制系统如下图所示：一． 设计要求① 设被控对象sss G o +=21)(，采用零阶保持器，数字控制器为5.015.2)(+-=z z z D ,采样周期T=0.1s 。
应用差分方程递推求解法求系统输出的单位阶跃响应,并求其超调量、上升时间、峰值时间。
设计方案和实现差分方程递推求解法在构成采样控制仿真模型时，若连续部分不要求计算内部状态变量或不含非线性环节，则可以同样的采样周期分别建立离散部分和连续部分的差分方程，然后采用差分方程递推求解。
由题意可知被控对象不含非线性环节且不要求计算其内部状态变量，为了简化仿真过程并提高仿真精度，将连续部分的离散化模型嵌入到整个仿真模型中，即求出系统闭环脉冲传递函数(离散化模型)，得到系统的差分方程后递推求解由题意得数字控制器（离散部分）为5.015.2)(+-=z z z D求解传递函数的程序如下：Ts=0.1 %采样周期num1=[1]den1=[1,1,0]G1c=tf(num1,den1)G1d=c2d(G1c,Ts) %采用零阶保持法进行系统变换G2d=tf([2.5 -1],[1 0.5],0.1)Gd=G1d*G2dGHd=feedback(Gd,1) %建立闭环系统模型Ts =0.1000num1 =1den1 =1 1 0%G1c的传递函数Transfer function:1-------s^2 + s%G1c转换后的Z传递函数Transfer function:0.004837 z + 0.004679----------------------z^2 - 1.905 z + 0.9048Sampling time: 0.1%G2d的传递函数Transfer function:2.5 z - 1---------z + 0.5Sampling time: 0.1%开环系统的Z传递函数Transfer function:0.01209 z^2 + 0.00686 z - 0.004679------------------------------------z^3 - 1.405 z^2 - 0.04758 z + 0.4524Sampling time: 0.1%闭环系统的Z 传递函数 Transfer function:0.01209 z^2 + 0.00686 z - 0.004679 ------------------------------------z^3 - 1.393 z^2 - 0.04072 z + 0.4477Sampling time: 0.1由上式可知当采样周期为T =0.1s 时，连续部分的脉冲传递函数为系统闭环脉冲传递函数系统差分方程为求解差分方程的MATLAB 程序如下clear allm=2;n=3; % 明确脉冲传递函数分子m=2;分母n=3 A=[-1.393 -0.04072 0.4477]; % 脉冲传递函数分母多项式的系数行向量 B=[0.01209 0.00686 -0.004679]; % 脉冲传递函数分子多项式的系数行向量R=zeros(m+1,1); % 建立参与递推运算的输入信号序列存储列向量Y=zeros(n,1); % 建立参与递推运算的输出信号序列存储列向量 T=0.1; % 明确采样周期T =0.1sM=150; % 设定仿真总时间为M*T=15s(进行M=150次递推计算) yt=0;t=0;for k=1:MR(k)=1; % r (t )=1(t )的离散序列R(0)=R(1)=…R(k)=1 R=[R(k);R(1:m)];% 刷新参与递推运算的输入信号序列 yk=-A*Y+B*R; % 递推运算21219048.0905.1104679.0004837.0)(----+-+=zzz z z G 3213214477.004072.0393.11004679.000686.001209.0)()(1)()()()()(------+---+=+==zz z zzzz G z D z G z D z R z Y z G cl )3(004679.0)2(00686.0)1(01209.0)3(4477.0)2(04072.0)1(393.1)(---+-+---+-=k k r k r k y k y k y k yY=[yk;Y(1:n-1)];% 刷新参与递推运算的输出信号序列yt=[yt,yk]; % yt 为记载各采样(kT)时刻输出响应的行向量 t=[t,k*T]; % t 为记载各采样(kT)时刻的行向量(与yt 对应) endplot(t,yt,'*k'); % 绘制各采样(kT)时刻的输出响应图 grid;xlabel('time(s)'); ylabel('y(kT)');超调量 σ% 指响应的最大偏离量h(tp)与终值h （∞）的差与终值h （∞）比的百分数h(tp)-h %*100%h σ∞=∞（）（）峰值时间 tp 指响应超过其终值到达第一个峰值所需的时间上升时间 tr 指响应从终值10%上升到终值90%所需的时间求超调量的程序 maxy=max(yt); yss=yt(length(t));pos=100*(maxy-yss)/yss求峰值时间的程序 for i=1:50if yt(i)==maxy,n=i;end endtp=(n-1)*15/length(t)求上升时间的程序 for i=1:50if (yt(i)<yss*0.1),t1=i;end if (yt(i)<yss*0.9),t2=i;end endts=(t2-t1)*15/length(t)测试和结果．输出的单位阶跃响应为由程序算出的超调量，峰值时间和上升时间超调量pos = 14.0155峰值时间tp =3.5762上升时间ts =1.6887由上面两张截图算出的超调量σ%=（1.163-1.02）/1.02=14.02%峰值时间tp=3.6由上面两张截图可得上升时间tr=2-0.4=1.6性能分析该仿真算法不仅简单易行且仿真精度高。
采样与保持仿真实验
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？
采样与保持仿真实验
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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-orｄeｒｈolder(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。
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)
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。计算机控制系统受到的干扰就得不到及时克服而带来很大误差,使系统动态品质恶化，甚至导致计算机控制系统的不稳定。
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。
实验二采样保持电路检测
熟悉采样与采样定理，熟悉采样保持电路的工作原理与测试方法。
实验原理、电路
采样：每隔一定时间间隔T逐点采入模拟信号的瞬时值的过程，其中T为采样周期。
展开采样开关场效应管说明文件2N4391.PDF，对场效应管特性进行分析说明。
采样/保持电路如下：
实验步骤：
（1）、依上图在PROTEUS下构建实验电路；
（2）、在信号输入端U2第3脚上，接入标准50Hz、1V信号正弦波输入信号，在采样/保持控制端D1（—）端接入—12V、400Hz、50%占空比的采样信号；
（3）、分别将仿真示波器A通道接到U2第3脚输入信号处，B通道接采样保持输出端U1第6脚，C通道接采样/保持控制信号上。开启仿真运行，观察输出波形与采样/保持控制信号、输入正弦信号的变化关系，注意观察其波形中的采样跟踪部分与保持部分。并绘出对应波形；(如下图)
（6）、完成实验报告。
课后分析
（4）、改变输入信号的频率由20Hz~1KHz，观察采样样点的变化，验证采样定理；
当输入信号频率为100Hz时，测得输出波形入信号频率为300Hz时，测得输出波形如下：
（5）、分别改变采样控制信号的幅度与频率，重复上述内容。改变保持电容C1的大小，观察波形中采样过程的斜顶、保持过程的平顶发生变化的情况；
汕头职业技术学院教师教案
授课题目
测控技术实验二：模拟信号的采样与保持检测
授课形式
仿真实验
授课时间
2012/11/13
节数
2
章节
4.1.3
授课者
余阿陵
授课系、班级
应用电子1001
教学条件
智能仪器设计基础（李泓，清华大学出版社）教材，教学教案，多媒体教室、多媒体电子教案结合黑板板书教学、PROTEUS仿真环境
systemview第三章
3
DSB-AM模块
4
多进制的PN序列
电平数
5
4电平 1
1/3 -1/3 -1
6电平 -3/5 -1
1/5 -1/5
1 3/5
6
4ASK波形
4
23 1
BSD-AM接收到4个电平后，输出波形的幅
度分为4段
4
23 1
7
4ASK和2ASK调制性能比较
延时一个样点
抽样压缩器 采样频率为10HZ
52
采样器的图符
53
采样器的设置
54
样点延时器
55
样点延时器的设置
56
抽样器压缩
57
抽样器压缩的设置
58
延时一个样点，从0.2S开始传输样点
差分编码后
59
MSK的发送端
60
61
I路调制后
I路调制前
延时0.3S Q路调制后
延时0.2S Q路调制前
42
43
3.4 现代数字调制方式
• 随着大容量和远距离通信技术的发展，传统的数 字调制方式已经不能满足应用的需求，需要采用 新的数字调制方式，以减小信道对所传信号的影 响，以便在有限的带宽资源条件下，获得更高的 传输速率
• 新的调制技术的优点是节省频谱和高效率的利用 频带。
• 主要有最小移频键控（MSK）、高斯滤波最小移 频键控（GMSK）、正交幅度调制（QAM）、正 交频分复用
延时0.2S
62
63
10000 011011
0 0 0 0 0 1 1 10 0 1 0
64
周期0.1S
周期0.2S 周期0.2S
采样保持电路课程设计
采样保持电路课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解采样保持电路的基本原理和电路构成，掌握其工作过程。
2. 学生能够运用采样保持电路的相关理论知识，分析并计算电路参数。
3. 学生了解采样保持电路在模拟信号处理中的应用及其重要性。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，设计简单的采样保持电路，并进行仿真实验。
2. 学生能够通过实验分析采样保持电路的性能，并提出优化方案。
3. 学生能够熟练使用相关仪器和软件进行电路测试和数据分析。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对电子技术的兴趣，激发学习热情，增强实践操作的自信心。
2. 学生养成团队协作、沟通交流的良好习惯，提高解决问题的能力。
3. 学生认识到采样保持电路在科技发展中的重要作用，增强社会责任感和使命感。
课程性质分析：本课程为电子技术基础课程，通过理论教学和实验操作，使学生掌握采样保持电路的基本原理和应用。
学生特点分析：学生处于高中年级，具备一定的电子技术基础知识和实验操作能力，但需要进一步培养实践能力和创新思维。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，提高学生的动手能力，培养解决实际问题的能力。
在教学过程中，关注学生的个体差异，充分调动学生的积极性，引导他们主动参与课堂讨论和实验操作。
通过本课程的学习，使学生能够达到上述课程目标，为后续相关课程打下坚实基础。
二、教学内容1. 理论知识：- 采样保持电路的基本原理及其数学描述。
- 采样保持电路的电路构成和关键元件功能。
- 采样保持电路的工作过程和性能参数分析。
- 采样保持电路在模拟信号处理中的应用案例分析。
2. 实践操作：- 设计简单的采样保持电路，并进行仿真实验。
- 使用示波器、信号发生器等仪器进行电路测试。
- 分析实验数据，探讨采样保持电路性能的优化方法。
3. 教学大纲：- 第一课时：采样保持电路的基本原理及数学描述。
- 第二课时：采样保持电路的电路构成及关键元件功能。
- 第三课时：采样保持电路的工作过程及性能参数分析。
信号的采样与恢复
信号的采样与恢复（建筑工业学院电子与信息学院课程设计）2012年06月29日此稿仅为借鉴摘要 (2)正文一、设计目的与要求 (3)二、设计原理 (4)三、设计容和步骤 (5)1．用MATLAB产生连续信号y=sin(t)和其对应的频谱 (6)２.对连续信号y=sin(t)进行抽样并产生其频谱 (7)3. 通过低通滤波恢复原连续信号 (9)四、总结 (12)五、数据分析 (13)六、参考文献 (1)摘要数字信号处理是一门理论与实践紧密结合的课程。
做大量的习题和上机实验，有助于进一步理解和巩固理论知识，还有助于提高分析和解决实际问题的能力。
过去用其他算法语言，实验程序复杂，在有限的实验课时所做的实验容少。
MATLAB强大的运算和图形显示功能，可使数字信号处理上机实验效率大大提高。
特别是它的频谱分析和滤波器分析与设计功能很强，使数字信号处理工作变得十分简单、直观。
本实验设计的题目是：信号的采样与恢复、采样定理的仿真。
通过产生一个连续时间信号并生成其频谱，然后对该连续信号抽样，并对采样后的频谱进行分析，最后通过设计低通滤波器滤出抽样所得频谱中多个周期中的一个周期频谱，并显示恢复后的时域连续信号。
实验中，原连续信号的频谱由于无法实现真正的连续，所以通过扩大采样点的数目来代替，理论上当采样点数无穷多的时候即可实现连续，基于此尽可能增加采样点数并以此来产生连续信号的频谱。
信号采样过程中，通过采样点的不同控制采样频率实现大于或小于二倍最高连续信号的频率，从而可以很好的验证采样定理。
信号恢复，滤波器的参数需要很好的设置，以实现将抽样后的信号进行滤波恢复原连续信号。
一、设计目的与要求1.设计目的和要求1.掌握利用MATLAB 在数字信号处理中的基本应用，并会对结果用所学知识进行分析。
2.对连续信号进行采样，在满足采样定理和不满足采用定理两种情况下对连续信号和采样信号进行FFT 频谱分析。
3.从采样信号中恢复原信号，对不同采样频率下的恢复信号进行比较分析。
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。
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。
最新仿真实验报告-真空实验
最新仿真实验报告-真空实验
在本次的真空实验中，我们旨在探究物质在真空环境下的行为和变化。
实验的主要目的是验证和理解在无空气、无压力的条件下，物质的稳
定性和反应性是否会有所不同。
实验设备包括一个高精度真空泵、温度控制系统、压力传感器以及用
于观测的高速摄像机。
实验样品为多种不同材质的样品，包括金属、
塑料、玻璃和有机材料。
实验步骤如下：
1. 首先，将实验样品放置在特制的实验舱中，并确保所有设备均已校
准并准备就绪。
2. 启动真空泵，逐步抽取实验舱内的空气，直至达到预定的低压环境。
3. 通过压力传感器监测并记录实验过程中的压力变化。
4. 在达到真空状态后，使用温度控制系统对实验舱内的温度进行精确
调控，并保持在实验所需的特定温度。
5. 观察并记录样品在真空环境下的物理和化学变化，包括颜色变化、
形态变化、可能发生的化学反应等。
6. 使用高速摄像机捕捉样品变化的详细过程，以便后续分析。
7. 实验结束后，缓慢恢复实验舱内的压力至常压，并取出样品进行后
续的详细分析和评估。
实验结果显示，在真空环境下，金属样品的氧化速率明显降低，塑料
和有机材料的挥发性减弱，而玻璃样品则未观察到显著变化。
此外，
某些化学反应在真空中进行得更为缓慢或完全不发生，这可能与反应
机制中涉及的气体分子有关。
通过本次实验，我们进一步确认了真空环境对物质性质的影响，为未
来的材料选择和化学反应控制提供了重要的参考数据。
未来的工作将集中在分析真空环境下特定化学反应的机理，以及探索在这种条件下制备新材料的可能性。
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。
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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。
计算机控制系统受到的干扰就得不到及时克服而带来很大误差，使系统动态品质恶化，甚至导致计算机控制系统的不稳定。
在工程应用的实践中，一般根据系统被控制对象的惯性大小和加在该对象上的预期干扰程度和性质来选择采样周期。
例如，温度控制系统的热惯性大，反应慢，调节不宜过于频繁，采样周期选得要长一些。
对于一些快速系统，如交、直流可逆调速系统、随动系统，要求动态响应速度快，抗干扰能力强，采样周期要短些。
总之，根据理论指导原则，结合实际被控对象性质或参数，可以得出采样周期T选择的实用公式。
表2-2-1列出了不同被控参数物理量的采样周期T选择的参考数值。
2.若模拟量在A/D转换时变化较大，是否要加保持器？为什么？
从启动信号转换到转换结束的数字输出，经过一定时间，而模拟量转换期间，要求模拟量信号保持不变，所以必须用采样保持器.
该电路具有两个功能：采样跟踪输入信号；保持暂停跟踪输入信号，保持已采集的输入信号，确保在A/D转换期间保持输入信号不变。
在A/D转换期间，为了使输入信号不变，保持在开始转换时的值，通常要采用一个采样保持电路。
对于MCS-96单片机的A/D转换器，启动转换实际上是把采样开关接通，进行采样，过一段时间后，开关断开，采样电路进入保持模式，才是A/D 真正开始转换。
3.D/A转换器为什么会具有零阶保持器的作用？
在这种结构中每一个通道都有一个D/A转换器。
D/A转换器是按照采样周期T对控制器输出的数字量进行D/A转换的，但由于D/A转换器具有数据输入锁存功能，它能够在接收下一组数字量之前，一直保持前一组数字量不变，因而D/A转换器的输出模拟量，能够在一个采样周期内保持不变，也就是说，D/A转换器本身就具有零阶保持器的功能。
4.计算机控制系统模拟量输出通道中若无零阶保持器会出现什么问题？
模拟量输出通道中要有输出保持器，这是因为计算机控制是分时的，每个输出回路只能周期地在一个时间片上得到输出信号，即这时执行部件得到
的是时间上离散的模拟信号，而实际的执行部件却要求连续的模拟信号，因此为了使执行部件在两个输出信号的间隔时间内仍然能得到输出信号，就必须有输出保持器，通过它将前一采样控制时刻的输出信号保持下来，直到下一个采样控制时刻到来，重新得到新的输出信号
计算机控制系统中通常采用零阶保持器，即前一采样时刻的输出值原封不动的（理想化的）保持到下一采样时刻到来。
零阶保持器通常用和模拟量输入通道中的采样保持器一样的电容保持电路来实现。
5.系统的平滑性与什么有关？
计算机控制系统平滑性与采样周期有关。
当一个连续被控过程由计算机控制时，计算机产生的指令信号是通过零阶保持器输出的，因此，它是一组阶梯信号。
在这组阶梯信号作用下，被控过程的输出是一组彼此相连的阶跃响应。
由于信号阶梯的大小与采样周期成正比，在采样周期较大时，信号阶梯增大，使被控对象的输出响应不平滑，产生不允许的高频波动。
为了减小这种波动，采样周期应取得小些为好，以保证在响应过程中有足够多的采样点数。