实验五滤波器的频率特性测试
实验五数字滤波器幅频特性的测试
实验三 低通、高通滤波器的幅频特性一、实验目的㈠ 进一步熟悉DSP 实验系统的结构、组成及使用方法。
㈡ 了解数字低通、高通滤波器的特点，学习数字滤波器幅频特性的测量方法。
㈢ 观察数字滤波器频响特性的周期延拓性。
二、实验原理㈠ 用DSP 实验系统实现数字滤波器一个线性时不变离散系统，或者说一个数字系统可以用系统函数来表示：∑∑=-=--=N i ii Ni ii z a zb z H 101)(也可以用差分方程表示: ∑∑==-+-=Ni iN i ii n y a i n x b n y 1)()()(由以上两个公式中,当i a 至少有一个不为0时,表达的是一个IIR 数字滤波器;当i a 全都为0时,表达的是一个FIR 数字滤波器。
FIR 数字滤波器可以看成是IIR 数字滤波器i a 全都为0时的一个特例。
通常,我们把FIR 滤波器的系统函数表示为 H Z h n Zn N n()()==--∑01其差分方程表示为y n h i x n i i N ()()()=-=-∑01例如:已知一个用双线性变换法设计的三阶低通IIR 数字滤波器，采样频率F s =4KHz,其3dB 截止频率为1KHz,它的传递函数2321333121)(----++++=zz z z z H 为了用数字信号处理实验系统实现这个滤波器,我们对上式还需进行处理,将其化成一般表示式232123213333.0116667.05.05.016667.031161212161)(--------++++=++++=z z z z z zz z z H 由上式可知,传递函数的各系数为16667.00=b 5.01=b 5.02=b 16667.03=b 01=a 3333.02-=a 03=a相应的差分方程为)2(3333.0)3(16667.0)2(5.0)1(5.0)(16667.0)3()2()1()3()2()1()()(3213210---+-+-+=-+-+-+-+-+-+=n y n x n x n x n x n y a n y a n y a n x b n x b n x b n x b n y将以上差分方程的计算过程及采样频率Fs 、电路阶数N =3编写成TMS320Cxx 执行程序,输入实验系统,即可实现这个IIR 数字低通滤波器。
信号与系统综合实验报告
目录实验一常用信号的观察 (4)实验二零输入、零状态及完全响应 (7)实验五无源与有源滤波器 (8)实验六低通、高通、带通、带阻滤波器间的变换 (14)实验七信号的采样与恢复实验 (19)实验八调制与解调实验 (31)实验体会 (35)实验一常用信号的观察一、任务与目标1。
了解常用信号的波形和特点。
2。
了解相应信号的参数。
3。
学习函数发生器和示波器的使用。
二、实验过程1．接通函数发生器的电源。
2．调节函数发生器选择不同的频率的正弦波、方波、三角波、锯齿波及组合函数波形,用示波器观察输出波形的变化。
三、实验报告（x为时间，y为幅值)100Hz 4V 正弦波y=2sin（628x—π/2）100Hz 4V 方波y=2 t=(2n-1）x*0.0025~(2n+1）x*0.0025 x为奇y=-2 t=（2n-1)x＊0。
0025~(2n+1)x＊0.0025 x为偶100Hz 4V 锯齿波100Hz 4V 三角波由50Hz的正弦波和100Hz正弦波组合的波形y=0.2sin（628x)+0.1sin（314x）实验二零输入、零状态及完全响应一、实验目标1．通过实验，进一步了解系统的零输入响应、零状态响应和完全响应的原理。
2．学习实验电路方案的设计方法——本实验中采用用模拟电路实现线性系统零输入响应、零状态响应和完全响应的实验方案.二、原理分析实验指导书P4三、实验过程1、接通电源；2、闭合K2，给电容充电，断开K2闭合K3,观察零输入响应曲线；3、电容放电完成后，断开K3，闭合K1,观察零状态响应曲线；4、断开K1,闭合K3，再次让电容放电，放电完成后断开K3闭合K2，在电容电压稳定于5V后断开K2，闭合K1,观察完全响应曲线.四、实验报告上图为零输入响应、零状态响应和完全响应曲线。
五、实验思考题系统零输入响应的稳定性与零状态响应的稳定性是否相同？为什么?答：相同。
因为系统零输入响应和零状态响应稳定的充分必要条件都是系统传递函数的全部极点si（i=1,2，3，…，n)，完全位于s平面的左半平面。
实验五 信号的采样与恢复
F
0
t
(a) 连续信号的频谱
m
0
m
f s t
Fs
t
0 Ts
1 TS
s
0
m
m
s
（b） 高抽样频率时的抽样信号及频谱（不混叠）
f s t
Fs
1 TS
0 Ts
t
s
0
m
பைடு நூலகம்
m
s
（c） 低抽样频率时的抽样信号及频谱（混叠） 图 5-2 抽样过程中出现的两种情况 4、点频抽样还原实验采用分立方式，对2kHz正弦波进行抽样和还原，首先2kHz的 方波经过截止频率为2.56kHz低通滤波器得到2kHz的正弦波，然后用可调窄脉冲对正弦 波进行抽样得到抽样信号，抽样信号经低通滤波器后还原出正弦波。 考虑下面的正弦信号： x(t ) cos(
s
2
2
t)
该信号在采样周期 2
s 整数倍点上
的值都是零；因此在这个采样频率下所产生的信号全是零。当这个零输入加到理想低通 滤波器上时，所得输出当然也都是零。 5、为了实现对连续信号的抽样和抽样信号的复原，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宽而造成抽样后信号频谱的混叠。但这也会造 成失真。原始的语音信号带宽为 40Hz 到 10000Hz,但实际中传输的语音信号的带宽为 300Hz 到 3400Hz,并不影响我们的听觉效果,因此本实验加了前置滤波器。 6、语音抽样还原实验采用集成方式，本实验采用PCM编译码器TP3067专用大规模集 成电路，它是CMOS工艺制造的单片PCM A律编译码器．片内带有输入输出话路滤波器．它 把编译码器（Codec）和滤波器(Filter)集成在一个芯片上。 脉冲编码调制（PCM)就是把一个时间连续、取值连续的模拟信号变换成时间离散、 取值离散的数字信号后在信道中进行传输。而脉冲编码调制就是对模拟信号先进行抽样 后，再对样值的幅度进行量化、编码的过程。话音信号先经过防混叠低通滤波器，得到 限带信号（300Hz～3400Hz），进行脉冲抽样，变成 8kHz 重复频率的抽样信号（即离散 的脉冲调幅 PAM 信号），然后将幅度连续的 PAM 信号用“四舍五入”办法量化为有限个 幅度取值的信号，再经编码，转换成二进制码。对于电话，CCITT（国际电话与电报顾 问委员会 International Telephone and Telegraph Consultative Committee）规定 8 抽样率为 8kHz，每抽样值编 8 位码，即共有 2 =256 个量化值，因而每话路 PCM 编码后 的标准数码率是 64kb/s。
电路仿真五阶巴特沃斯
电路仿真作业吴东升 学号:2011213952 一 实验目的：1.掌握Pspice 仿真软件的使用。
2.掌握巴特沃斯滤波器的基本设计方法。
二 实验题目：（1）这是一个五阶低通滤波器，其传输函数表示为：551()()kk w s H s s s ==-∏k s = -9.7675 +29.8589i 、-9.7675 -29.8589i 、-25.2612 +18.6770i 、-25.2612 -18.6770i 、-31.4159（k=1,2,3,4,5）五阶低通传输函数可转换成以下式子：再通过滤波器设计参考书来确定参数。
通过以上的公式变换我们就能获得所需要的参数，令c1=c2=0.01uf,则 R1=R2=R=1/w0=1/2π*5krad/s=3180Ω ,1/Q=0.618,可将该五阶滤波器当作俩个二阶滤波器和一个一阶滤波器的级联。
两个二阶滤波器的传输函数分别为所以u=3-0.618=2.382所以第一级u=3-0.618=2.382 Rb/Ra=u-1=1.382。
第二级u=3-1.618=1.382 Rb/Ra=u-1=0.382。
一阶传输函数为：所以相关参数为：（2）由此可画电路图如下：设置为：运行后如下：（3）-20lgX1=-3 X1=-20lgX2=-10 X2=10(1/2)-20lgX3=-40 X3=100V=Vm/X Vm=164.484mV找到对应的V即可找到对应的频率。
横轴为频率f, 纵轴为DB(V(Out)),频率特性如下:由此可得-3db带宽为5.0269kHZ：-10db带宽为6.1974kHZ：-40db带宽为12.534kHZ:。
自动控制原理实验(全面)
自动控制原理实验实验一 典型环节的电模拟及其阶跃响应分析一、实验目的⑴ 熟悉典型环节的电模拟方法。
⑵ 掌握参数变化对动态性能的影响。
二、实验设备⑴ CAE2000系统（主要使用模拟机，模/数转换，微机，打印机等）。
⑵ 数字万用表。
三、实验内容１．比例环节的模拟及其阶跃响应微分方程 )()(t Kr t c -= 传递函数 =)(s G )()(s R s C K -= 负号表示比例器的反相作用。
模拟机排题图如图9-1所示，分别求取K=1，K=2时的阶跃响应曲线，并打印曲线。
图9-1 比例环节排题图 图9-2 积分环节排题图 ２．积分环节的模拟及其阶跃响应微分方程 )()(t r dtt dc T= 传递函数 sKTs s G ==1)(模拟机排题图如图9-2所示，分别求取K=1，K=0.5时的阶跃响应曲线，并打印曲线。
３．一阶惯性环节的模拟及其阶跃响应微分方程 )()()(t Kr t c dtt dc T=+ 传递函数 1)(+=TS KS G模拟机排题图如图３所示，分别求取K=1, T=1; K=1, T=2; K=2, T=2 时的阶跃响应曲线，并打印曲线。
４．二阶系统的模拟及其阶跃响应微分方程 )()()(2)(222t r t c dt t dc T dt t c d T =++ξ传递函数 121)(22++=Ts s T s G ξ2222nn n s s ωξωω++= 画出二阶环节模拟机排题图，并分别求取打印： ⑴ T=1，ξ=0.1、0.5、1时的阶跃响应曲线。
⑵ T=2，ξ=0.5 时的阶跃响应曲线。
四、实验步骤⑴ 接通电源，用万用表将输入阶跃信号调整为2V 。
⑵ 调整相应系数器；按排题图接线，不用的放大器切勿断开反馈回路（接线时，阶跃开关处于关断状态）；将输出信号接至数/模转换通道。
⑶ 检查接线无误后，开启微机、打印机电源；进入CAE2000软件，组态A/D ，运行实时仿真；开启阶跃输入信号开关，显示、打印曲线。
数字信号管理方案计划实验报告实验五
物理与电子信息工程学院实验报告实验课程名称：数字信号处理实验名称：FIR数字滤波器设计与软件实现班级：1012341姓名：严娅学号：101234153成绩：_______实验时间：2012年12月20 日一、实验目的（1）掌握用窗函数法设计FIR 数字滤波器的原理和方法。
（2）掌握用等波纹最佳逼近法设计FIR 数字滤波器的原理和方法。
（3）掌握FIR 滤波器的快速卷积实现原理。
（4）学会调用MATLAB 函数设计与实现FIR 滤波器。
二、实验原理1、用窗函数法设计FIR 数字滤波器的原理和方法。
如果所希望的滤波器的理想频率响应函数为 )(ωj d e H ，则其对应的单位脉冲响应为)(n h d =π21ωωωππd e e H j j d )(⎰- （2-1）窗函数设计法的基本原理是用有限长单位脉冲响应序列)(n h 逼近)(n h d 。
由于)(n h d 往往是无限长序列，且是非因果的，所以用窗函数)(n ω将)(n h d 截断，并进行加权处理，得到：)(n h ＝)(n h d )(n ω (2-2))(n h 就作为实际设计的FIR 数字滤波器的单位脉冲响应序列，其频率响应函数)(ωj d e H 为：)(ωj d e H ＝∑-=-1)(N n j e n h ω (2-3) 式中，N 为所选窗函数)(n ω的长度。
由第七章可知，用窗函数法设计的滤波器性能取决于窗函数)(n ω的类型及窗口长度N 的取值。
设计过程中，要根据对阻带最小衰减和过渡带宽度的要求选择合适的窗函数类型和窗口长度N 。
各种类型的窗函数可达到的阻带最小衰减和过渡带宽度见第七章。
这样选定窗函数类型和长度N 后，求出单位脉冲响应)(n h ＝)(n h d ·)(n ω，并按式（2-3）求出)(ωj e H 。
)(ωj e H 是否满足要求，要进行验算。
一般在)(n h 尾部加零使长度满足于2的整数次幂，以便用FFT 计算)(ωj e H 。
信号实验报告
第一部分正文实验一常用信号观察一、实验目的：1．了解常用波形的输出和特点；2．了解相应信号的参数；3．了解示波器与函数发生器的使用；4．了解常用信号波形的输出与特点。
二、实验原理：描述信号的方法有很多可以是数学表达式（时间的函数），也可以是函数图形（即为信号的波形）。
信号的产生方式有多种，可以是模拟量输出，也可以是数字量输出。
本实验由数字信号发生器产生，是数字量输出，具体原理为数字芯片将数字量通过A/D 转换输出，可以输出广泛频率范围内的正弦波、方波、三角波、锯齿波等等。
示波器可以暂态显示所观察到的信号波形，并具有信号频率、峰值测量等功能。
三、实验内容：1．由数字信号发生器产生正弦波、三角波、方波以及锯齿波并输入示波器观察其波形。
2．使用示波器读取信号的频率与幅值。
四、实验设备：1．函数信号发生器一台2．数字示波器一台。
五、实验步骤：1．接通函数发生器的电源，连接示波器。
2．利用函数发生器产生各种基本信号波形，并将波形结果导入计算机中，保存图像，写出各种信号的数学表达式。
六、实验结果：根据实验测量的数据，绘制各个信号的波形图，并写出相应的数学函数表达式。
该试验包括交流：① 该正弦信号的数学表达式为：)1001sin(4t y π=图1-1输入正弦波（Hz 504，V ±） ② 该方波的数学表达式为： )]02.001.0()02.0([4∑∞-∞=----=k k t u k t u y图1-2 输入方波（Hz 504，V ±） ③ 该三角波的数学表达式为：∑∞-∞=-------+-----=k k t u k t u k t k t u k t u k t y )]}02.002.0()02.001.0()][02.0(02.0[800)]02.001.0()02.0()[02.0(800{图1-3 输入三角波（Hz 504，V ±） ④ 该锯齿波的数学表达式为：∑∞-∞=-----=k k t u k t u k t y )]}02.002.0()02.0()[02.0(400{图1-4 输入锯齿波（Hz 504，V ±） 实验的一些问题：数字信号发生器的示值与示波器测量有一定的误差。
通信原理实验5
实验五抽样定理实验一、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。
二、实验器材1、主控&信号源、3号模块各一块2、双踪示波器一台3、连接线若干三、实验原理1、实验原理框图图1-1 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。
要注意，这里的数字滤波器是借用的信源编译码部分的端口。
在做本实验时与信源编译码的内容没有联系。
四、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。
信号源：MUSIC 模块3：TH1(被抽样信号)将被抽样信号送入抽样单元信号源：A-OUT 模块3：TH2(抽样脉冲)提供抽样时钟模块3：TH3(抽样输出)模块3：TH5(LPF-IN) 送入模拟低通滤波器2、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。
3、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。
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实验五 滤波器的频率特性测试
一. 实验目的
1. 了解无源和有源滤波器的类型、电路结构、工作原理和特性，比较其性能的不同点
2.
通过对滤波器频率响应特性的测试，掌握对元件或系统做频率特性测试的方法。
二. 实验所需仪器及元器件
THM-6模拟电路实验箱、直流稳压电源、双踪示波器、数字万用表、 信号发生器、交流毫伏表、运算放大器、电阻、电容、连接线。
三. 实验原理
实验装置及仪器连接方法见图 1所示，其中滤波器实验电路可根据实验内容的不同在 THM-6模拟电路实验箱接插成不同的滤波器。
信号发生器输出幅值恒定、频率可调的正弦 波电压作为滤波器的输入信号U i ,由交流毫伏表测量其幅值。
在每一给定频率下，从交流毫 伏表读出输出电压U o ,从双踪示波器读出U o 滞后U i 的时间，由此可计算两者相位差。
直流 稳压电源为有源滤波器的运算放大器提供土 12V 电源。
四. 实验内容及步骤 1 •实验内容
⑴RC 无源一阶低通滤波器的频率特性测试
电路如图2所示，如果负载电阻R L = %,其幅频特性和 相频
特性分别为
A ® ） = #/+（诳 f
①（叭=_ar ct （g co 孑
式中，时间常数：=RC ，截止频率：f c = 1 2- RC
⑵RC 有源一阶低通滤波器的频率特性测试
电路如图3所示，其幅频特性和相频特性分别为
A ® ） = K /（1+（血（①（叭=-ar ct （g ⑷孑
式中，时间常数：•二RC ， K =1 Rf.；R ,
图1滤波器频率特性测试系统框图
R
R=10k 「C=「•丄F
R L =1k'.1
图2无源滤波电路
R L =1k 1-1
图3有源滤波电路
2 •实验步骤
两个实验对象虽然不同，但均为测试滤波器的幅频和相频特性，因此，实验方法及步骤相同。
⑴ 按图2在THM-6模拟电路实验箱上选择C元件和外接电阻R,用万用表测量R、C元件
的实际值：C= _______________ ，R= ___________ ，计算截止频率f c= ___________ 。
按图2接线，插入电阻R,但先不接入负载电阻R L。
⑵ 按图1连接测试系统，由信号发生器输出幅值恒定的正弦信号（约1V），按表1不断改变
信号频率，由交流毫伏表读出输入和输出信号的幅值，用双踪示波器监测输入和输出波形，读出输入与输出信号的时间差，并计算两者的相位差，填入表1。
⑶ 按图2接线，接入负载电阻R L，重复上述实验，记录相关数据。
⑷按图3,在THM-6模拟电路实验箱上选择C元件和外接电阻R、R i、R f、，用万用表测量R、
R i、R f的实际值：R= _____________ ，R i= ________ ，R f = _________ ，计算截止频率f c= ____________ 和放大增益K= _____________ 。
⑸ 关闭模拟电路实验箱电源，按图3接线，插入各电阻，但先不接入负载电阻R L，认真检查并
确认接线无误后，接通实验箱电源，重复实验⑵，记录相关数据。
⑹ 关闭实验箱电源，按图3接线，接入负载电阻R L，重复上述实验，记录相关数据。
表1实验数据
五•实验前准备工作及实验注意事项（实验前必须认真阅读并完成相关内容）
1 •根据图2,计算理论截止频率f c= _____________ ，并按表1的f/f c关系，填写待测点的
输入信号频率f。
2•阅读双踪示波器的使用说明，了解其使用方法，思考如何用它测量并计算两信号的相位差，其计算式应为：■- _______________________ 。
3 •复习课本有关滤波器的章节，根据图2,推导出带负载的无源一阶低通滤波器的频率特
性函数公式，幅频特性：_____________________ ，幅频特性：____________________ 4•根据图2,计算无负载和有负载的无源一阶低通滤波器的理论频率特性，填入下表。
f/f c0.050.10.20.30.40.50.60.70.80.9 1.0 1.2 1.5 1.8 f(kHz)
⑵U O(mV)
⑶U O(mV)
©(J
⑸U O(mV)
⑹U O(mV)
©(J
注意：运算放大器同样具有工作截止频率（即最咼不失真工作频
率），在有源滤波器实验中, 提咼输入信号频率，可在示波器上观察
到失真的输出波形，试确定OP07勺工作截止频率。
六.实验报告内容
1. 根据实验数据，
重新设计表格（应包括理论值、实测值的幅频值和相频值），计算各组数
据的理论值与实测值的幅值误差，并在直角坐标纸上分别画出无源滤波器和有源滤波器的理论
频率特性曲线和实测频率特性曲线（幅频曲线和相频曲线）。
2. 从实测值的幅频曲线上找出截止频率，与理论值比较，分析误差产生原因
3. 根据实验结果，简述无源滤波器和有源滤波器的区别
4. 如果要减小有源滤波器实验电路的零漂，电路应如何改动？画出电路，并简要说明有源滤
波器实验电路对直流电源有何要求？。
5. 实验数据是否有异常？若有，试分析原因
6. 本实验的收获和心得，有何建议？
调正正零电
输端源岀
N.
C.
頭rn r6 1~5!
调负正零输
输端入入。