电子科技大学信号与系统硬件实验

实验一 连续系统的频率响应特性测量

一、实验项目名称：连续系统的幅频特性测量 二、实验目的与任务：

目的：使学生对系统的频率特性有深入了解。

任务：记录不同频率正弦波通过低通、带通滤波器的响应波形，测量其幅度，

拟合出频率响应的幅度特性；分析两个滤波器的截止频率。

三、实验原理：

正弦波信号x(t)Acos(0t)输入连续LTI系统，输出y(t)仍为正弦波信号。

图3.3-1信号输入连续LTI系统 图3.3-1中，

x(t)H(j)y(t)y(t)AH(j0)cos(0tH(j0))

通过测量输入x(t)、输出y(t)的正弦波信号幅度，计算输入、输出的正弦波信号幅度比值，可以得到系统的幅频特性在0处的测量值H(j0)。改变0可以测出不同频率处的系统幅频特性。

四、实验内容

打开PC机端软件SSP.EXE，在下拉菜单“实验选择”中选择“实验三”；使用串口电缆连接计算机串口和实验箱串口，打开实验箱电源。

实验内容（一）、低通滤波器的幅频特性测量 实验步骤：

1、信号选择：按实验箱键盘“3”选择“正弦波”，再按“＋”或“－”依次选择表3.1中一个频率。

2、连接接口区的“输入信号1”和“输出信号”，如图3.3-2所示。点击SSP软件界面上的

按钮，观察输入正弦波。将正弦波频率值和幅度

值(Vpp/2, Vpp为峰-峰值)记录于表3.3-1。

实验信号输入通道1通道2信号源输出通道1通道2采样信号备用GND 图3.3-2 观察输入正弦波的连线示意图

3、按图3.3-3的模块连线示意图连接各模块。

实验信号输入通道1通道2信号源输出通道1通道2采样信号备用GND输入S11低通滤波器U11输出S12 图3.3-3 实验三实验内容（一）模块连线示意图

4、点击SSP软件界面上的

按钮，观察输入正弦波通过连续系统的

响应波形；适当调整X、Y轴的分辨率可得到如图3.3-4所示的实验结果。将输出正弦波的幅度值(Vpp/2, Vpp为峰-峰值)记录于表3.3-1。

5、重复步骤1~4，依次改变正弦波的频率，记录输入正弦波的幅度值和响应波形的幅度值于表3.3-1。

表3.3-1

实验一

频率0.1 0.2 0.6 1.0 1.4 1.8 2.2 2.6 3.0 3.4 3.8 4.2 4.6 5.0 （kHz） 输入幅度（v） 输出幅度（v） 输出/输入 幅度比值H 2.07031 1.453 0.91509 2.070 31 1.871 0.90755 2.03125 1.84766 0.90962 2.03516 1.83984 0.90403 2.07031 1.83594 0.88679 2.07422 1.79688 0.86629 2.05078 1.71875 0.83810 2.05078 1.60156 0.78105 2.05078 1.47656 0.71999 2.0625 1.32813 0.39 2.04297 1.11328 0.493 2.01172 0.996094 0.49514 2.061 0.8438 0.43478 2.07 031 0.8007 81 0.38679 实验内容（二）、带通滤波器的幅频特性测量 实验步骤：

重复实验内容（一）的实验步骤1~5。注意在第3步按图3.3-5的模块连线示意图连接各模块。

实验信号输入通道1通道2信号源输出通道1通道2采样信号备用GND输入S31高通滤波器U21输出S32输入S11低通滤波器U11输出S12 图3.3-5 实验三实验内容（二）模块连线示意图

将输入正弦波频率值、幅度值和响应波形的幅度值记录于表3.3-2。

频率0.1 0.2 0.6 1.0 1.4 1.8 2.2 2.6 3.0 3.4 3.8 4.2 4.6 5.0 （kHz） 输入幅2.0702.07031 0．46875 2.03125 1．00781 2.03516 2．08203 2.07031 2．222669 2.07422 2．03906 2.05078 1．85938 2.05078 1．67188 2.05078 1．52344 2.0625 1．33384 2.04297 1．107 2.01172 0．980469 2.061 0．8706 2.07031 0．78125 度（v） 31 输出幅0．4度（v） 29688 输出/输入 幅度比值H 0.20755 0.221 0.49615 1.02303 1.07359 0.98304 0.90667 0.81524 0.74285 0.671 0.111 0.48738 0.42533 0.37736 表3.3-2

思考问题：

（1）将表3.3-1、3.3-2的输出/输入的幅度比值H数据用横座标（频率）、纵座

标（幅度比值H）描绘出来，可以拟合出两条光滑曲线，它们说明两个系统的幅频特性有何不同之处？

根据表3.3-1数据做出的图

>> x=[0.1, 0.2, 0.6, 1.0, 1.4, 1.8, 2.2, 2.6, 3.0, 3.4, 3.8, 4.2, 4.6, 5.0];

>>y=[0.91509,0.90755,0.90962,0.90403,0.88679,0.86629,0.83810,0.78105,0.7

1999,0.39,0.493,0.49514,0.43478,0.38679]; >> plot(x,y);

10.90.80.70.60.50.400.511.522.533.4.55

根据表3.3-2数据做出的图

>> x=[0.1, 0.2, 0.6, 1.0, 1.4, 1.8, 2.2, 2.6, 3.0, 3.4, 3.8, 4.2, 4.6, 5.0];

>>y=[0.20755,0.221,0.49615,1.02303,1.07359,0.98304,0.90667,0.81524,0.74 285,0.671,0.111,0.48738,0.42533,0.3773]; >> plot(x,y)

1.21.110.90.80.70.60.50.40.30.200.511.522.533.4.55

系统1的幅度之比随着频率的增大而减小；系统二的幅度之比随着频率的增大

有一个从增大到减小的过程，大致是随频率从0.2khz到1.5khz是增大，1.5khz到5khz是减小。

（2）为什么实验内容（二）中，低通滤波器与高通滤波器串联会得到带通滤波

器？

当满足“高通滤波器的截止频率”低于“低通滤波器的截止频率”时，信号先通过低通滤波器，再接着通过高通滤波器。这样就可以构成一个带通滤波器。

五、项目需用仪器设备名称：数字信号处理实验箱、信号与系统实验板的低通滤

波器模块U11、高通滤波器模块U21、PC机端信号与系统实验软件、＋5V电源

六、所需主要元器件及耗材：连接线、计算机串口连接线

实验内容（二）带通滤波器的幅频特性测

（注：下面实验步骤中的波形已替换成我做实验时的波形）

一、实验项目名称：连续信号的采样和恢复 二、实验目的与任务

目的：1、使学生通过采样保持电路理解采样原理。

2、 使学生理解采样信号的恢复。

任务：记录观察到的波形与频谱；从理论上分析实验中信号的采样保持与恢

复的波形与频谱，并与观察结果比较。

三、实验原理：

实际采样和恢复系统如图3.6-1所示。可以证明，奈奎斯特采样定理仍然成立。

xs(t)x(t)tt0x(t)PT(t)xS(t)y(t)Hr(j)PT(t)...1...Tt

图3.6-1 实际采样和恢复系统

采样脉冲：

其中，spT(t)PT(j)Fk2a(k)ks2sin(ks/2)，ak，T。 TTks/2采样后的信号：

1xS(t)XS(j)X(j(ks)

TkF当采样频率大于信号最高频率两倍，可以用低通滤波器Hr(j)由采样后的信号xS(t)恢复原始信号x(t)。

四、实验内容

打开PC机端软件SSP.EXE，在下拉菜单“实验选择”中选择“实验六”；使用串口电缆连接计算机串口和实验箱串口，打开实验箱电源。

实验内容（一）、采样定理验证 实验步骤：

1、连接接口区的“输入信号1”和“输出信号”，如图3.6-2所示。

实验信号输入通道1通道2信号源输出通道1通道2采样信号备用GND 图3.6-2 观察原始信号的连线示意图

2、信号选择：按“3”选择“正弦波”，再按“＋”或“－”设置正弦波频率为“2.6kHz”。 按“F4”键把采样脉冲设为10kHz。

图3.6-3 2.6kHz正弦波（原始波形）

3、点击SSP软件界面上的示。

4、按图3.6-4的模块连线示意图连接各模块。

实验信号输入通道1通道2信号源输出按钮，观察原始正弦波，如图3.6-3所

通道1通道2采样信号备用GND信号输入 S111 采样脉冲输入S113采样保持器输出S112 图3.6-4观察采样波形的模块连线示意图

5、点击SSP软件界面上的所示。

按钮，观察采样后的波形，如图3.6-5

图3.6-5 10kHz采样的输出信号

6、用截止频率为3kHz的低通滤波器U1恢复采样后的信号。按图3.6-6的

模块连线示意图连接各模块。 实验信号输入通道1通道2信号源输出通道1通道2采样信号备用GND信号输入S111采样脉冲输入S113采样保持器输出S112输入S11低通滤波器输出S12 图3.6-6观察恢复波形的模块连线示意图

7、点击SSP软件界面上的

按钮，观察恢复后的波形，如图3.6-7所示。

图3.6-7 用3kHz低通滤波器恢复波形

实验内容（二）、采样产生频谱交迭的验证 实验步骤：

重复实验内容（一）的实验步骤1～7；注意在第2步中正弦波的频率仍设为“2.6kHz”后，按“F4”键把采样脉冲频率设为“5kHz”；在第6步中用3kHz的恢复滤波器（U11）。可以观察到如图3.6-8～3.6-10所示的波形。

图3.6-8 2.6kHz正弦波（原始波形）

图3.6-9 5kHz采样的输出信号

图3.6-l0 用3kHz低通滤波器恢复波形

思考问题：

（1）画出实验内容（一）的原理方框图和各信号频谱，说明为什么实验内容（一）的输出信号恢复了输入信号？

各信号频谱在上面，其中Xp(t)为采样后信号，X0(t)是恢复后的信号。实验一之

所能够恢复出信号，是因为满足采样定理，采样频率10khz>5.5khz。

（2）画出实验内容（二）的方框图，解释与实验内容（一）有何不同之处？

以会产生波形交叉，不能恢复出波形。

不同之处是采样频率由10khz减小到5khz，而5khz不满足采样定理，所

（3）如果改变实验内容（二）的3kHz恢复低通滤波器为截止频率为5kHz的低

通滤波器（U22），系统的输出信号有何变化？

输出波形如下图

输出信号的幅度增大，并且波形相对比较清晰。

五、项目需用仪器设备名称：数字信号处理实验箱、信号与系统实验板的低通滤

波器模块U11和U22、采样保持器模块U43、PC机端信号与系统实验软件、＋5V电源

六、所需主要元器件及耗材：连接线、计算机串口连接线