实验六 信号频谱观测
一．实验目的
1.了解信号的幅频特性, 以周期性方波信号为例, 观察分解出各次谐波波形。 2.学会利用通信原理实验箱中信号源模块，频谱分析模块观察信号频谱。 二．实验原理
周期信号是一系列谐波组成。将周期信号通过一低通滤波器, 调整滤波器的带宽, 分别使之等于该周期信号的基频及各次谐波频率, 并测量其幅值, 即可绘出该周期信号的幅频特性。
21
图3-1所示周期性方波信号的三角级数形式如式3-1:
图3-1 周期性方波信号
u(t)?4Um?111?sin?t?sin3??sin5?t??sin(2K?1)?t?????352K?1??
K=1,2,3,4,? （3-1） 从3-1式中可以看出，周期性方波信号,包含有一系列谐波分量, 若选择该信号作为输入信号，并使带通滤波器的截止频率略大于方波的基波频率f时, 则此滤波器电路只让基波通过,其它谐波受到抑制, 输出端将得到基波正弦信号。保持方波的振幅、频率不变,改变带通滤波器, 使带通滤波器电路的截止频率率略大于某次谐波的频率, 则输出端，可以观察到包含某次谐波及其以下的各次谐波。
在实验箱中，模拟信号从DATA1输入，先经过低通滤波（通过用拨码开关K3进行通道的选择，拨码开关有4位，分别对应最高频率为1K，10K，100K，1M）进行预处理，然后用10位A/D转换器UB06（TLC876C）对预处理后的模拟信号进行A/D转换（通过拨码开关K2选择合适的采样率），再将数字信号传送到UB01（TMS320VC5402）进行处理，最后把处理后的信号经两片8位D/A转换器UB09（AD7524），UB10（AD7524）进行D/A转换以后分成X轴信号和Y轴信号输出到示波器上进行频谱观察。
三．实验内容
1. 将信号源模块和频谱分析模块小心地固定在实验箱上，确保电源接触良好。 2. 用连接线将信号源的“模拟输出”连接至频谱分析模块的“信号输入”。
3. 插上电源线，打开实验箱右侧的交流开关，按下信号源模块上的开关POWER1，POWER2
和频谱分析模块上的开关S2，S3，对应的发光二极管LED01，LED02，L1，L2发光，各模块开始工作。
4. 按下“复位”键使信号源部分复位，波形指示灯“正弦波”亮。波形指示灯“三角波”、
“锯齿波”、“方波”以及发光二极管LED007灭，数码管M001-M004显示“2000”。按下“波形选择”按键可依次选择各波形。选择方波，此时“方波”对应的波形指示灯亮（其
22
他熄灭）。转动旋转编码器K001调节方波发生频率，在此可以自行设置一个频率用于实验。
5. 分别用两台（20MHZ、100MHZ）双踪示波器观测输出的方波信号，从频谱的角度解释
波形间差异的原因。
6. 设置拨码开关K3选择低通滤波器的通道，拨码开关状态与对应的通道带宽如表3-1所示。 7. 调节信号源模块的“幅度调节1”、“幅度调节2”和频谱分析模块的“输入增益调节”，
使频谱分析模块的输入信号的峰峰值测试点“NRZ2”不超过4V，最好在3~4V之间。 8. 设置拨码开关K2选择合适的采样率。拨码开关状态与对应的采样率如表3-2所示。 9. 示波器选用X-Y模式，分别调节电位器WB06，WB07，改变信号输出增益，使示波器
显示的波形幅度适中，波形清晰进行观察。
10. 重新设置拨码开关K3，改变低通滤波器的通道带宽，设置拨码开关K2选择合适的采样
率，观察方波的高次谐波。
11. 若时间充裕，再选择其他波形信号重复实验。
四．实验设备
1．20MHZ、100MHZ双踪示波器 两台 2．通信原理实验箱 一台
包含：
a.信号源模块 b.频谱分析模块 c.其他功能模块
五.注意事项
1. 输入信号峰峰值不得超过3V。当没有信号或显示不正常是按复位键K1进行复位。输入
信号的最高频率不超过1MHZ。
2. 发光二极管LED007熄灭时，转动旋转编码器K001时，频率以1HZ变化；按一下K001，
LED007亮，此时转动K001，频率以50HZ为单位变化。
3. 在调节输入信号的峰峰值时，通道选择的拨码开关必须选择一个通道，不能设置为
“0000”，否则峰峰值测试点“NRZ2”处无法观测到结果。 4. 拨码开关K3，K2设置对照表：
23
K3状态 对应最高频率 1000 1K 0100 10K 0010 100K 0001 1M K2状态 采样频率f K2状态 采样频率f 0000 0001 4k 0010 0011 0100 0101 0110 112k 1110 0111 184k 1111 4000k 11.2k 18.4k 25.6k 32.8k 40k 1010 400k 1011 1100 1101 1000 1001 256k 328k 1120k 1840k 2560k 3280k 5. 各种波形的频率变化范围如下： 正弦波：100Hz～10KHz 三角波：100Hz～1KHz 锯齿波：100Hz～1KHz 方 波：100Hz～10KHz 六.实验报告
1．根据实验测试记录画出各次测试结果的波形图。
2．结合实验结果分析输入信号的频率特性。
实验七 时域采样定理
一．实验目的
1.熟悉MATLAB软件，初步掌握利用MATLAB进行信号与系统分析。 2.了解信号采样和恢复过程, 验证奈奎斯特条件, 加深对采样定理的理解。
二．实验原理
抽样定理的应用, 从时间域角度看为传输时间的有效利用, 提供了潜在能力。根据抽样
??定理内容: 一个连续时间信号f?t?,若最高频率为m(即假设为限带信号, 频率限制在m 24
以下)。 只要按取样速度ws?2wm（即fs?2fm）进行等间隔取样, 那么抽样信号
fs?t?,
?就包含了原信号f?t?的全部信息。令这些取样信号fs(t)通过一个截止频率为m的理想低
通滤波器, 就能不失真地将f?t?恢复出来。这就是抽样定理地全部内容。
以fs(t)中恢复f?t?的唯一条件, 是满足ws?2wm， 取样的最大间隔Ts??wm?1,2fm称为奈奎斯特间隔, 也即:取样的最小速度, fs?2fm, 称为信号的奈奎斯特取样速度。 如果取样间隔Ts?1, 那么, 所得到的采样信号就不能被无失真的恢复出来。 2fm
三. 实验内容
1.产生一个带限信号f(t);
2.对该信号进行采样得到采样信号fs(t); 3.利用与的关系式：
f(t)?fs(t)*Ts重构信号;
wc?Sa(wct)?Tswc?n?????f(nTs)Sa[wc(t?nTs)]
4.计算重构信号与原信号的误差。
四．实验设备
PC机一台能全速运行MATLAB
五、 实验程序
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %时域采样定理实验 by cwf and hmr nwu 2006.11.3 % %说明:选取不同的采样速率通过观察重构信号及其与 % % 原始信号的误差验证采样定理 % %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% clear;clc;
%%%%%%%%%%%%%%%产生原始信号%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
25