信号与系统实验.doc

前言
信号与系统课程介绍电信号与线性系统分析的基本理论、原理及方法,是电专业本科生重要的专业基础理论课程,在电类专业教学中有着重要地位,不仅是数字信号处理、通信原理、DSP技术等课程的先修课程、电子信息类硕士研究生入学考试课程,更是学生将来从事信号分析、检测控制等领域科研与开发工作必不可少的理论基础。但是由于信号与系统课程概念多、理论性强、内容抽象等特点,导致该课程历来是电学科最难教、难学的专业基础理论课之一。这要求讲授本课程时,既要注重理论基础,又要结合实验与实践验证理论知识,促进学生对理论知识的理解和掌握,不断提高实验研究能力、分析计算能力、总结归纳能力和解决各种实际问题的能力。
信号与控制系统实验的基本任务是研究确定性信号通过线性时不变系统进行传输、处理的基本理论和基本分析方法。通过本实验的学****使同学们能掌握信号与线性时不变系统的基本方法,包括时域分析方法、频域分析方法和复频域分析方法等。实验报告包括实验方法、实验过程与结果、心得和体会等。在实验过程中注意理解和掌握理论知识的物理意义。本实验课程具有如下几个特点:1、紧扣教学大纲:从信号与系统的三大领域出发,包括时域分析、频域分析、复域分析,实验项目按照这三大领域开展,同时一些领域进行相应的综合。2、实验的功能化:由于这门课是一门基础课,对一些电子类实验设备、仪器仪表还不太熟悉,因而增加了常用的测量工具,使学生在完成信号与系统实验过程中,充分学****和掌握这些测量仪器的使用方法。3、设计性,实验中提供了一些设计性实验项目,根据学生的不同情况,选择不同的选作实验项目。学生按照老师提供的案例,设计实验方法,进行实验,既能锻炼学生的思维能力、动手能力,又能扩展学生的思路。
本实验指导书以奥本海姆的《信号与系统》为参考教材,范围和难易程度以《信号与系统》教学大纲为标准进行编排,本书适用于电子信息工程、电气工程及其自动化、农业电气化与自动化、计算机等专业学生实验指导书。本书由信电学院电子信息教研室编写,编者曹英丽、张大鹏、李征明、郑伟,审稿许童羽。
作者
2010年3月1日
目录
前言 …… 1
实验一常见信号分类和观察实验 3
实验二 LTI系统的时域分析 12
实验三信号的卷积 21
实验四周期信号的分解与合成 27
实验五信号与系统的频域分析 38
实验六信号的采集与恢复、抽样定理 49
实验七系统的复频域分析 55
实验一常见信号分类和观察实验
一、实验目的
了解连续信号、离散信号的波形特点;
掌握连续信号、离散信号的Matlab实现;
熟悉Matlab中Plot、Stem等函数的应用;
掌握示波器对信号波形参数的测量方法以及频率计、交流毫伏表的使用方法。
二、预****内容
信号的分类;
信号的描述方法;
常见信号有哪些?给出其表达式与波形。
三、实验原理
信号可以表示为一个或多个变量的函数,在信号与系统这门课程里仅对一维信号进行研究,自变量为时间。因此狭义的讲信号是随时间变化的物理量,信号的本质是时间的函数。对于一个系统特性的研究,其中重要的一个方面是研究它的输入输出关系,即在一特定的输入信号下,系统对应的输出响应信号。因而对信号的研究是对系统研究的出发点,是对系统特性观察的基本手段与方法。在本实验中,将对常用信号和特性进行分析、研究。其中包括:直流信号、正弦信号、指数信号和复指数信号、单位阶跃信号、单位冲激信号、抽样信号、钟形信号等。
1. 常见信号及其特性
正弦信号
其表达式为,其信号的参数:振幅、角频率、与初始相位。其波形如下图所示:

图 1-1 正弦信号图 1-2 指数信号

指数信号可表示为。对于不同的取值,其波形表现为不同的形式,如图1-2所示。
当指数为复数时称为复指数信号。

单位阶跃信号的表示是为,即在时刻信号发生跳变,从0跃变成1,常用来表示信号(或激励)的接入。

单位冲激信号的表示是为,即信号只有在0时刻为1,其他时间均为0;而连续冲激信号则表示在0时刻积分为1,即信号强度为1,其他时刻为0。冲激信号经常表示作用时间很短强度很大的信号。

其表达式为: 。是一个偶函数,在= ±π,±2π,…,±nπ时,函数值为零。该函数在很多应用场合具有独特的运用。其信号如下图1-3所示。
图 1-3 抽样信号图 1-4 钟形信号
(高斯函数)
其表达式为: ,其信号如图1-4所示。

其表达式为,其中为单位阶跃函数。其信号如图1-5所示。
图 1-5 脉冲信号图 1-6 方波信号

信号为周期为,前期间信号为正电平信号,后期间信号为负电平信号,其