數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)

1、實(shí)驗(yàn)二信號(hào)卷積實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 理解卷積的概念及物理意義；2. 通過實(shí)驗(yàn)的方法加深對卷積運(yùn)算的圖解方法及結(jié)果的理解。二、實(shí)驗(yàn)原理說明卷積積分的物理意義是將信號(hào)分解為沖激信號(hào)z和，借助系統(tǒng)的沖激響應(yīng)，求解系統(tǒng)對 任意激勵(lì)信號(hào)的零狀態(tài)響應(yīng)。設(shè)系統(tǒng)的激勵(lì)信號(hào)為x(t),沖激響應(yīng)為h(t),則系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng) y(t) =* h(t) = j嚴(yán)耳 x(t)h(t - i)d t。對于任意兩個(gè)信號(hào)辦仃丿和厶仃丿，兩者做卷積運(yùn)算定義為:1. 兩個(gè)矩形脈沖信號(hào)的卷積過程兩信號(hào)兀仃丿與力仃丿都為矩形脈沖信號(hào)，如圖9-1所示。下面由圖解的方法(圖9-1) 給出兩個(gè)信號(hào)的卷積過程和結(jié)果，以便與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較

2、。h( -t)2(g)八x(x) h(t-t)kx(t)h(t -t)i(h)2<t<t(i)卷積結(jié)果圖9-1兩矩形脈沖的卷積積分的運(yùn)算過程與結(jié)果2. 矩形脈沖信號(hào)與鋸齒波信號(hào)的卷積信號(hào).齊仃丿為矩形脈沖信號(hào)，厶仃丿為鋸齒波信號(hào)，如圖9-2所示。根據(jù)卷積積分的運(yùn) 算方法得到.齊仃丿和厶仃丿的卷積積分結(jié)果/仃丿，如圖9-2(c)所示。(a)(b)(c)圖9-2矩形脈沖信號(hào)與鋸齒脈沖信號(hào)的卷積積分的結(jié)果3. 本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的卷積運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)方法在本實(shí)驗(yàn)裝置中采用了 dsp數(shù)字信號(hào)處理芯片，因此在處理模擬信號(hào)的卷積積分運(yùn)算時(shí), 是先通過a/d轉(zhuǎn)換器把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，利用所編寫的相應(yīng)程序

3、控制dsp芯片實(shí)現(xiàn) 數(shù)字信號(hào)的卷積運(yùn)算，再把運(yùn)算結(jié)果通過d/a轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)輸出。結(jié)果與模擬信號(hào)的直接 運(yùn)算結(jié)果是一致的。數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)逐步和完全取代模擬信號(hào)處理系統(tǒng)是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的 必然趨勢。圖9-3為信號(hào)卷積的流程圖。圖9-3 信號(hào)卷積的流程圖三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 檢測矩形脈沖信號(hào)的自卷積結(jié)果用雙蹤示波器同時(shí)觀察輸入信號(hào)和卷積后的輸出信號(hào),把輸入信號(hào)的幅度峰峰值調(diào)節(jié)為 4v,再調(diào)節(jié)輸入信號(hào)的頻率或占空比使輸入信號(hào)的時(shí)間寬度滿足表中的要求，觀察輸出信號(hào) 冇何變化，判斷卷積的結(jié)果是否正確，并記錄表9-1。實(shí)驗(yàn)步驟如下： 將跳線開關(guān)j702置于“脈沖”上。 連接p702與p101,將示波器接在tp

4、101上觀測輸入波形，按下信號(hào)源模塊上的按鈕s701、s702,使信號(hào)頻率為lkhz,調(diào)節(jié)w701使幅度為4v。(注意：輸入波形的頻率與幅度要在p702與p101連接后,在tp101上測試。） 按下選擇鍵sw102,此時(shí)在數(shù)碼管smg101上將顯示數(shù)字，連續(xù)按下按鈕，直到顯示 數(shù)字“3”。 將示波器的cii1接于tp801； c1i2接于tp803；可分別觀察到輸入信號(hào)的/（）波形與 卷積后的輸出信號(hào)久仃丿*厶仃丿的波形。 按下s701,s702改變輸入信號(hào)的頻率，可改變激勵(lì)信號(hào)的脈寬。表9-1輸入信號(hào)卷積后的輸出信號(hào)輸入信號(hào)/（"輸出信號(hào)仃丿*/2仃丿脈沖寬度（加）1脈沖寬度（加$

5、）0.5脈沖寬度5s）0.25木實(shí)驗(yàn)屮，采用的是矩形脈沖信號(hào)的自卷積，因此，在tp803 ±可觀察到矩形脈, tp801上m可觀測到一個(gè)三角波。2. 信號(hào)與系統(tǒng)卷積實(shí)驗(yàn)原理及步驟： 將跳線開關(guān)j702置于“脈沖”上。 連接p702與p101,將示波器接在tp101 ±觀測輸入波形，按下信號(hào)源模塊上的按 鈕s701、s702,使信號(hào)頻率為lkhz,調(diào)節(jié)w701使幅度為4v。（注意:輸入波形的 頻率與幅度耍在p702與p101連接后，在tp101上測試。） 按下選擇鍵sw102,此時(shí)在數(shù)碼管smg101 ±將顯示數(shù)字，連續(xù)按下按鈕，直到顯示 數(shù)字“4”。 將示波器的c

6、h1接于tp803； ch2接于tp802,首先觀測兩個(gè)卷積信號(hào)，tp803 ±測 得的是激勵(lì)信號(hào)tp802測得的是系統(tǒng)信號(hào)f2（t）（木實(shí)驗(yàn)屮系統(tǒng)信號(hào)用的是 鋸齒波信號(hào)）。再用示波器的ch2測tp801可觀測到卷積示的輸出信號(hào)齊仃丿*厶仃丿 的波形。 按下s701, s702改變輸入信號(hào)的頻率，可改變激勵(lì)信號(hào)的脈寬。表9-2輸入信號(hào)和卷積后的輸出信號(hào)輸入信號(hào)仃丿幾仃丿鋸齒波輸出信號(hào)脈沖寬度c ms）1脈沖寬度（"7s ）0.5脈沖寬度（處）0.25四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 要求記錄各實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填寫表9-1。2. 按耍求記錄各實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填寫表9-2。五、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1. 信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

7、箱1臺(tái)2. 雙蹤刀£波器1臺(tái)六、思考題用圖解的方法給出圖9-3中的兩個(gè)信號(hào)的卷積過程。圖9-3矩形脈沖信號(hào)與三角波信號(hào)實(shí)驗(yàn)三數(shù)字信號(hào)處理課本用fft對信號(hào)做頻譜分析實(shí)驗(yàn)四 相位對波形合成的影響一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 理解相位對波形合成屮的作用；2. 加深理解幅值對波形合成的作用。二、實(shí)驗(yàn)原理說明在對周期性的復(fù)雜信號(hào)進(jìn)行級(jí)數(shù)展開時(shí)，各次諧波間的幅值和相位是冇一定關(guān)系 的，只冇滿足這一關(guān)系時(shí)各次諧波的合成才能恢復(fù)出原來的信號(hào)，否則就無法合成原 始的波形；幅度對合成波形的影響前面已討論過，木實(shí)驗(yàn)討論諧波相位對信號(hào)合成的 影響。木實(shí)驗(yàn)中的波形分解是通過數(shù)字濾波器來實(shí)現(xiàn)的。數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)冇fir（

8、冇 限長濾波器）與hr（無限長濾波器）兩種，其中，由fir實(shí)現(xiàn)的各次諧波的數(shù)字濾波器 在階數(shù)相同的情況下，能保證各次諧波的線性相位，而由11r實(shí)現(xiàn)的數(shù)字濾波器，輸 出為非線性相位。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)小的數(shù)字濾波器是由fir實(shí)現(xiàn)的，因此在波形合成時(shí)不 存在相位的影響，只要各次諧波的幅度調(diào)節(jié)正確即可合成原始的輸入波形；但若把數(shù) 字濾波器的實(shí)現(xiàn)改為iir或仍然是fir但某次諧波的數(shù)字濾波器階數(shù)冇別于其它數(shù)字 濾波器階數(shù)則各次諧波相位間的線性關(guān)系就不能成立，這樣即使各次諧波的幅度關(guān)系 正確也無法合成原始的輸入波形。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在木實(shí)驗(yàn)中，各次諧波的數(shù)字濾波器仍由fir實(shí)現(xiàn)的，但三次諧波的數(shù)字濾波器 的階數(shù)不同

9、于其它濾波器，設(shè)計(jì)時(shí)使它相對于基波冇270度相移。因此就可以看出相 位對波形合成的影響了。實(shí)驗(yàn)步驟：1. 連接 p702 與 p10k2. 用示波器測tp101將方波信號(hào)調(diào)好，要求:方波頻率f=4khz； vp-p=4vo3. 按下選擇鍵sw102,此時(shí)在數(shù)碼管smg101上將顯示數(shù)字，連續(xù)按下按鈕，直到顯示 數(shù)字“6”。4. 按下復(fù)位鍵開關(guān)sw101,復(fù)位dsp,運(yùn)行相位對信號(hào)合成影響程序。5. 用示波器的一個(gè)通道測基波tp80k另一個(gè)通道分別測tp802、tp803. tp804、tp805、 tp806. tp807和tp808各次諧波波形并和基波進(jìn)行相位比較。6. 分別將各次諧加入介成

10、電路，觀測各次諧波對介成信號(hào)的影響。注意：在調(diào)節(jié)輸入信號(hào)的參數(shù)值（頻率、幅度等）時(shí)，需在p702與p101連接后，用 示波器在tp101 ±觀測調(diào)節(jié)。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求總結(jié)相位在波形合成中的作用。五、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1. 雙蹤示波器1臺(tái)2. 信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱1臺(tái)實(shí)驗(yàn)五數(shù)字濾波器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解數(shù)字濾波器的作用與原理；2. 了解數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過程。二、實(shí)驗(yàn)原理說明當(dāng)我們僅對信號(hào)的某些分量感興趣時(shí)，可以利用選頻濾波器，提取其中有用的部分，而 將其它濾去，濾波器的一項(xiàng)基木任務(wù)即對信號(hào)進(jìn)行分解與提取。目前dsp數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)構(gòu)成的數(shù)字濾波器已基木取代了傳統(tǒng)的模擬濾波器，數(shù)字濾 波器與模擬濾波器相比具有許多優(yōu)點(diǎn)。用dsp構(gòu)成的數(shù)字濾波器具有靈活性高、精度高和穩(wěn) 定性高，體積小、性能高，便于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。因此在這里我們選用了數(shù)字濾波器來實(shí)現(xiàn)信號(hào) 的分解。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 將j701置于“正弦”位置，連接p702與p101；2. 調(diào)節(jié)信號(hào)頻率為500hz,幅度為2v；3. 按下選擇鍵sw102,此時(shí)在數(shù)碼管smg101 ±將顯示數(shù)字，連續(xù)按下按鈕，直到顯示數(shù) 字 “2”；4. 按下s701和s