【文章內(nèi)容簡介】 記錄表1。實(shí)驗(yàn)步驟① 將跳線開關(guān)J702置于“脈沖”上。② 連接P702與P101，將示波器接在TP101上觀測輸入波形，按下信號源模塊上的按鈕S70S70S703使信號頻率為1KHz，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。）③ 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”。 ④ 將示波器的CH1接于TP801，CH2接于TP803，可分別觀察到輸入信號的波形與卷積后的輸出信號的波形。⑤ 按下S701,S702改變輸入信號的頻率，可改變激勵信號的脈寬。表1 輸入信號卷積后的輸出信號輸入信號輸出信號*脈沖寬度（）1脈沖寬度（）脈沖寬度（） 本實(shí)驗(yàn)中，采用的是矩形脈沖信號的自卷積，因此，在TP801上可觀察到矩形脈，TP803上應(yīng)可觀測到一個三角波。實(shí)驗(yàn)步驟① 將跳線開關(guān)J702置于“脈沖”上。② 連接P702與P101，將示波器接在TP101上觀測輸入波形，按下信號源模塊上的按鈕S70S70S703使信號頻率為1KHz，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。）③ 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“4”。④ 將示波器的CH1接于TP801，CH2接于TP802，首先觀測兩個卷積信號，TP801上測得的是激勵信號，TP802測得的是系統(tǒng)信號（本實(shí)驗(yàn)中系統(tǒng)信號用的是鋸齒波信號）。再用示波器的CH2測TP803可觀測到卷積后的輸出信號*的波形。⑤ 按下S701，S702改變輸入信號的頻率，可改變激勵信號的脈寬。表2 輸入信號和卷積后的輸出信號輸入信號鋸齒波輸出信號*脈沖寬度（）1脈沖寬度（）脈沖寬度（）四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求。五、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 1臺 1臺六、思考題：用圖解的方法給出圖4中的兩個信號的卷積過程。圖4 矩形脈沖信號與三角波信號實(shí)驗(yàn)6 矩形脈沖信號的分解一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模私饩匦蚊}沖信號諧波分量的構(gòu)成。，分解出各諧波分量的情況。二、實(shí)驗(yàn)原理信號的時(shí)域特性和頻域特性是對信號的兩種不同的描述方式。對于一個時(shí)域的周期信號，只要滿足狄利克萊(Dirichlet)條件，就可以將其展開成三角形式或指數(shù)形式的傅里葉級數(shù)。例如，對于一個周期為T的時(shí)域周期信號，可以用三角形式的傅里葉級數(shù)求出它的各次分量，在區(qū)間內(nèi)表示為即將信號分解成直流分量及許多余弦分量和正弦分量，研究其頻譜分布情況。圖1 信號的時(shí)域特性和頻域特性信號的時(shí)域特性與頻域特性之間有著密切的內(nèi)在聯(lián)系，這種聯(lián)系可以用圖1來形象地表示。其中圖1(a)是信號在幅度時(shí)間頻率三維座標(biāo)系統(tǒng)中的圖形；圖1(b)是信號在幅度時(shí)間座標(biāo)系統(tǒng)中的圖形即波形圖；把周期信號分解得到的各次諧波分量按頻率的高低排列，就可以得到頻譜圖。反映各頻率分量幅度的頻譜稱為振幅頻譜。圖1(c)是信號在幅度頻率座標(biāo)系統(tǒng)中的圖形即振幅頻譜圖。反映各分量相位的頻譜稱為相位頻譜。在本實(shí)驗(yàn)中只研究信號振幅頻譜。周期信號的振幅頻譜有三個性質(zhì)：離散性、諧波性、收斂性。測量時(shí)利用了這些性質(zhì)。從振幅頻譜圖上，可以直觀地看出各頻率分量所占的比重。測量方法有同時(shí)分析法和順序分析法。同時(shí)分析法的基本工作原理是利用多個濾波器，把它們的中心頻率分別調(diào)到被測信號的各個頻率分量上。當(dāng)被測信號同時(shí)加到所有濾波器上，中心頻率與信號所包含的某次諧波分量頻率一致的濾波器便有輸出。在被測信號發(fā)生的實(shí)際時(shí)間內(nèi)可以同時(shí)測得信號所包含的各頻率分量。在本實(shí)驗(yàn)中采用同時(shí)分析法進(jìn)行頻譜分析，如圖2所示。信號合成信號分解 圖2 用同時(shí)分析法進(jìn)行頻譜分析 其中，TP801出來的是基頻信號，即基波；TP802出來的是二次諧波；TP803的是三次諧波，依此類推。一個幅度為E，脈沖寬度為τ，重復(fù)周期為T的矩形脈沖信號，如圖3所示。 圖3 周期性矩形脈沖信號其傅里葉級數(shù)為：該信號第次諧波的振幅為： 由上式可見第次諧波的振幅與、有關(guān)。進(jìn)行信號分解和提取是濾波系統(tǒng)的一項(xiàng)基本任務(wù)。當(dāng)我們僅對信號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，而將其它部分濾去。目前DSP數(shù)字信號處理系統(tǒng)構(gòu)成的數(shù)字濾波器已基本取代了傳統(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)信號的分解。在數(shù)字濾波器模塊上，選用了有8路輸出的D/A轉(zhuǎn)換器TLV5608（U502），因此設(shè)計(jì)了8個濾波器（一個低通、六個帶通、一個高通）將復(fù)雜信號分解提取某幾次諧波。分解輸出的8路信號可以用示波器觀察，測量點(diǎn)分別是TP80TP80TP80TP80 TP80TP80TP807 、TP808。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容觀察矩形脈沖信號的頻譜，分解出其各次諧波。實(shí)驗(yàn)步驟① 將J701置于“脈沖”位置，連接P702與P101。② 按下選擇鍵SW101，此時(shí)在數(shù)碼管SMG101上將顯示數(shù)字，繼續(xù)按下按鈕，直到顯示數(shù)字“5”。③ 矩形脈沖信號的脈沖幅度和頻率按要求給出，改變信號的脈寬，測量不同 時(shí)信號頻譜中各分量的大小。示波器可分別在TP80TP80TP80TP80TP80TP80TP807和TP808上觀測信號各次諧波的波形。根據(jù)表表2中給定的數(shù)值進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并記錄實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)填入表中。注意：在調(diào)節(jié)輸入信號的參數(shù)值（頻率、幅度等）時(shí)，需在P702與P101連接后，用示波器在TP101上觀測調(diào)節(jié)。S704按鈕為占空比選擇按鈕，每按下一次可以選擇不同的占空比輸出。1.：的數(shù)值按要求調(diào)整，測得的信號頻譜中各分量的大小，其數(shù)據(jù)按表的要求記錄。表1 的矩形脈沖信號的頻譜，T= ， ，諧波頻率1f2f3f4 f5 f6 f7 f8 f 以上理論值電壓有效值電壓峰峰值測量值電壓有效值電壓峰峰值2.：矩形脈沖信號的脈沖幅度和頻率不變，的數(shù)值按要求調(diào)整，測得的信號頻譜中各分量的大小，其數(shù)據(jù)按表的要求記錄。表2 的矩形脈沖信號的頻譜 ，T= ， ， 諧波頻率 1f 2f 3f4 f 5 f 6 f7 f8 f 以上理論值電壓有效值電壓峰峰值測量值電壓有效值電壓峰峰值注意：4個跳線器K80K80K80K804應(yīng)放在左邊位置。4個跳線器的功能為：當(dāng)置于左邊位置時(shí)，只是連通；當(dāng)置于右邊位置時(shí)，可分別通過W80W80W80W408調(diào)節(jié)各路諧波的幅度大小。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求，填寫表表2。五、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 1臺 1臺　　　　　 　　　　　　 1臺六、思考題：？請畫出基波信號頻率為5KHz的矩形脈沖信號的頻譜圖（取最高頻率點(diǎn)為10次諧波）。、3次諧波，以及4次以上的高次諧波，你會選用幾個什么類型（低通、帶通、…）的濾波器？實(shí)驗(yàn)7 矩形脈沖信號的合成一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹６?、?shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理部分參考矩形脈沖信號的分解實(shí)驗(yàn)。矩形脈沖信號通過8路濾波器輸出的各次諧波分量可通過一個加法器，合成還原為原輸入的矩形脈沖信號，合成后的波形可以用示波器在觀測點(diǎn)TP809進(jìn)行觀測。如果濾波器設(shè)計(jì)正確，則分解前的原始信號（觀測TP501）和合成后的信號應(yīng)該相同。信號波形的合成電路圖如圖1所示。圖1 信號合成電路圖三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容觀察和記錄信號的合成：注意4個跳線器K80K80K80K804放在左邊位置，4個跳線器的功能在實(shí)驗(yàn)4中介紹。實(shí)驗(yàn)步驟① 輸入的矩形脈沖信號，（的矩形脈沖信號又稱為方波信號）。② 電路中用8根導(dǎo)線分別控制各路濾波器輸出的諧波是否參加信號合成，用導(dǎo)線把P801與P809連接起來，則基波參于信號的合成。用導(dǎo)線把P802與P810連接起來，則二次諧波參于信號的合成，以此類推，若8根導(dǎo)線依次連接P801－P80P802－P8 P803－P81P804－P81P805－P81P806－P81P807－P81P808－P816，則各次諧波全部參于信號合成。另外可以選擇多種組合進(jìn)行波形合成，例如可選擇基波和三次諧波的合成；可選擇基波、三次諧波和五次諧波的合成等等。③ 按表1的要求，在輸出端觀察和記錄合成結(jié)果，調(diào)節(jié)電位器W805可改變合成后信號的幅度。表1 矩形脈沖信號的各次諧波之間的合成波形合成要求合成后的波形基波與三次諧波合成三次與五次諧波合成基波與五次諧波合成基波、三次與五次諧波合成基波、二、三、四、五、六、七及八次以上高次諧波的合成沒有二次諧波的其他諧波合成沒有五次諧波的其他諧波合成沒有八次以上高次諧波的其他諧波合成四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求，畫圖填寫表1。，總結(jié)周期信號的分解與合成原理。五、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 1臺 1臺六、思考題方波信號在哪些諧波分量上幅度為零？請畫出信號頻率為2KHz的方波信號的頻譜圖（取最高頻率點(diǎn)為10次諧波）。實(shí)驗(yàn)8 諧波幅度對波形合成的影響一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。二、?shí)驗(yàn)原理說明一個幅度為E，脈沖寬度為τ，重復(fù)周期為T的矩形脈沖信號，如圖1所示。 圖1 周期性矩形脈沖信號其傅里葉級數(shù)為：該信號第次諧波的振幅為： 由上式可見第次諧波的振幅與、有關(guān)，在矩形脈沖信號的、決定后，各次諧波的幅度就決定了。的矩形脈沖信號就是方波信號，若基波（即1次諧波）的振幅歸一化為1。根據(jù)上式可得到它的各次諧波的振幅（歸一化值）：表1 方波的振幅頻譜表 諧波 振幅 1 1 2 0 3 三分之一 4 0 5 五分之一 6 0 7 七分之一 8次 0 … …奇次諧波分量4個跳線器分別為K80K80K80K804，當(dāng)跳線開關(guān)放在左邊，選擇直接輸出；放在右邊，選擇幅度調(diào)整，通過調(diào)整可變電阻W80W80W80W804來調(diào)整輸出幅度。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容調(diào)整輸入信號幅度＝4V，頻率。1. 4個跳線器K80K80K80K804放在左邊，選擇直接輸出。測量方波信號的各次諧波分量（測量點(diǎn)分別是TP80TP80TP80TP80 TP80TP80TP807 、TP808）。是否滿足表121。注意：由于TP808輸出的是8次以上的高次諧波分量，因此，TP808輸出不為零。用導(dǎo)線連接P801－P80P802－P8 P803－P81P804－P81P805－P81P806－P81P807－P81P808－P816，進(jìn)行波形合成，在TP809觀察合成的波形時(shí)否為方波信號。 2. 4個跳線器K80K80K80K804，放在右邊，選擇幅度調(diào)整。用導(dǎo)線連接P801－P80P802－P8 P803－P81P804－P81P805－P81P806－P81P807－P81P808－P816，進(jìn)行方波合成，在TP809觀察合成的波形時(shí)否為方波信號。分別按表表表4，調(diào)整各諧波幅值，觀察并記錄合成后的波形。表2 各諧波振幅頻譜表 諧波 振幅合成后的波形 1 二分之一 2 0 3 三分之一 4 0 5 五分之一 6