[计算机软件及应用]信号与系统实验指导书1

EL-SS-III型信号与系统实验指导书1目录第一章硬件资源…………………………………………………………………………2第二章软软件安装及使用………………………………………………………………5第三章实验系统部分……………………………………………………………………11实验一滤波器………………………………………………………………………12实验二一阶电路的瞬态响应………………………………………………………16实验三一阶电路的零输入响应、零状态响应及完全响应………………………21实验四二阶电路的瞬态响应………………………………………………………23实验六方波信号的分解……………………………………………………………30实验七方波信号的合成……………………………………………………………33附录一实验结果参考………………………………………………………………………41附录二AD/DA卡调试说明…………………………………………………………………54第一章硬件资源EL-SS-III型信号与系统实验指导书2EL-SS-III型实验系统主要由计算机、AD/DA采集卡、自动控制原理实验箱、打印机（可选）组成如图1，其中计算机根据不同的实验分别起信号产生、测量、显示、系统控制和数据处理的作用，打印机主要记录各种实验数据和结果，实验箱主要构造被控模拟对象。图1实验系统构成实验箱面板如图2：图2实验箱面板下面主要介绍实验箱的构成：一、系统电源EL-SS-III系统采用本公司生产的高性能开关电源作为系统的工作电源，其主要技术性能指标为：1．输入电压：AC220V2．输出电压/电流：＋12V/0.5A,-12V/0.5A,+5V/2A3．输出功率：22W4．工作环境：－5℃～＋40℃。二、AD/DA采集卡AD/DA采集卡如图3采用EZUSB2131芯片做为主控芯片，负责数据采集和USB通显示器计算机打印机实验箱电路AD/DA卡EL-SS-III型信号与系统实验指导书3信，用EPM7128作为SPI总线转换，AD为TL1570I其采样位数为10位，采样率为1KHz。DA为MAX5159转换位数为10位，转换速率为1K。AD/DA采集卡有两路输出（DA1、DA2）和两路输入（AD1、AD2），其输入和输出电压均为－5V～+5V。图3AD/DA采集卡三、实验箱面板实验箱面板布局如图4电源开关函数信号发生器抽样脉冲发生器抽样门模块AD/DA卡输入输出模块电源模块实验模块1二极管区模拟开关EL-SCAT-II实验模块2滤波器组实验模块7变阻箱、变容箱模块实验模块3实验模块6实验模块4电容电感模块实验模块5图4实验箱面板布局实验箱面板主要由以下几部分构成：EL-SS-III型信号与系统实验指导书41．实验模块本实验系统有七组由放大器、电阻、电容组成的实验模块。每个模块中都有一个由UA741构成的放大器和若干个电阻、电容。这样通过对这七个实验模块的灵活组合便可构造出各种型式和阶次的模拟环节和控制系统。2．二极管，电阻、电容区这些区域主要提供实验所需的二极管、电阻和电容。3．AD/DA卡输入输出模块该区域是引出AD/DA卡的输入输出端，一共引出两路输出端和两路输入端，分别是DA1、DA2，AD1、AD2。有一个按钮复位，按下一次对AD/DA卡进行一次复位。20针的插座用来和控制对象连接。4．电源模块电源模块有一个实验箱电源开关，有四个开关电源提供的DC电源端子，分别是＋12V、-12V、+5V、GND，这些端子给外扩模块提供电源。5．变阻箱、变容箱模块变阻箱、变容箱是本实验系统的一个突出特点，只要按动数字旁边的“＋”、“－”按钮便可调节电阻电容的值，而且电阻电容值可以直接读出。EL-SS-III型信号与系统实验指导书5第二章软件安装及使用一、软件安装软件安装(分两大部分)一、安装应用软件1．按照软件提示，一步一步完成安装图1进入安装界面图2选择安装路径图3单击Install图4安装完毕界面2．完成应用软件的安装;应用软件会自动出现在“开始—程序”列表中。二、USB驱动安装(操作系统不同安装步骤有差别)Windows2000操作系统下：1．通过USB硬件接口,连接实验箱与计算机，计算机将自动显示图5EL-SS-III型信号与系统实验指导书6图5进入安装界面图6选择单选按钮后，单击下一步2．图6的驱动安装文件在第一步安装的应用程序文件中，所以应选择第一步安装应用程序的路径和文件名,然后单击确定,系统将会自动查找驱动安装文件。．图7选择如图的复选按钮后，单击下一步图8选择驱动安装文件路径图9单击下一步图10安装完成界面WindowsXP操作系统下：1．通过USB硬件接口,连接实验箱与计算机，计算机将自动显示图12．图2的驱动安装文件在第一步安装的应用程序文件中，所以应选择第一步安装应用程EL-SS-III型信号与系统实验指导书7序的路径和文件名,然后单击确定,系统将会自动搜索驱动安装文件。图11选择如图的单选按钮后，单击下一步图12选择驱动安装文件路径图13单击“仍然继续”图14安装完成界面应用软件和USB驱动都安装完成后,可以运行实验系统.Windows98操作系统下：1．通过USB硬件接口,连接实验箱与计算机，计算机将自动显示图1图1进入安装界面图2选择如图的单选按钮后，单击下一步2.图3的驱动安装文件在第一步安装的应用程序文件中，所以应选择第一步安装应用程序的路径和文件名,然后单击下一步,系统将会自动搜索驱动安装文件。EL-SS-III型信号与系统实验指导书8图3选择驱动安装文件路径图4单击下一步图5安装完成界面二、软件启动与使用说明1．软件启动双击桌面“信号与系统”快捷方式，便可启动软件如图152．实验前计算机与实验箱的连接用实验箱自带的USB线将实验箱后面的USB口与计算机的USB口连接，启动“信号与系统”软件。3．软件使用说明本套软件界面共分为三个组画面A.软件说明和实验指导书画面（如图15）B.数据采集显示画面（如图16）EL-SS-III型信号与系统实验指导书9图15图16下面介绍软件具体操作和功能：EL-SS-III型信号与系统实验指导书10一：工具栏按钮：1.点击〖或按F1〗可以选择实验项目作为当前实验项目，系统在指导书窗口显示相应的实验指导书，在实验进行过程中处于禁止状态。2.点击〖或按F2〗切换回指导书窗口。3.点击〖或按F3〗切换到示波器窗口。4.点击〖或按F4〗切换到频率特性窗口。5.点击〖或按F5〗开始／放弃当前实验项目，在没有选择任何实验项目的时候为禁止状态。6.点击〖或按F6〗弹出关于对话框，显示程序信息、版本号和版权信息。二：示波器操作：1.测量在示波器窗口单击鼠标右键，在弹出菜单中选择测量打开测量游标（重复前述步骤隐藏测量游标），拖动任一游标到感兴趣的位置，图表区下方会显示当前游标的位置和与同类的另一游标之间距离的绝对值。如果想精确定位游标只需用鼠标左键单击相应的游标位置栏并在编辑框中输入合法值回车即可。2.快照在示波器窗口单击鼠标右键，在弹出菜单中选择快照将当前图像复制到剪贴板，以便粘贴到画图或其他图像编辑软件中编辑和保存。3.打印目前尚不支持。4.线型在示波器窗口单击鼠标右键，在弹出菜单中可点击直线、折线或点线来选择数据点和数据点之间的连接方式，体会各种连接方式的差异。5.配色用鼠标左键双击图表区除曲线之外的元素会弹出标准颜色对话框，用户可以更改相应元素的颜色（比如将网格颜色改成与背景相同颜色）。6.缩放用鼠标左键单击图表区刻度区的边界刻度并在编辑框中输入和法值回车即可改变当前显示范围。EL-SS-III型信号与系统实验指导书11第三章实验系统部分本套实验系统一共提供了9个实验：滤波器、一阶电路的瞬态响应、一阶电路的零输入响应、零状态响应及完全响应、二阶电路的瞬态响应、二阶网络函数的模拟、方波信号的分解、方波信号的合成、抽样定理数据采集实验。除了我们公司配套的这9个实验外，各高校可自己灵活地组合各种形式的实验系统，以满足教学的要求。EL-SS-III型信号与系统实验指导书12实验一滤波器一实验目的1了解无源和有源滤波器的种类、基本结构及其特性；2对比并研究无源滤波器和有源滤波器的滤波特性；二原理说明1．滤波器的作用是对输入信号的频率具有选择性。滤波器的种类很多，但总的来说，可分为两大类，即经典滤波器和现代滤波器。经典滤波器可分为四种，即低通（LP）、高通（HP）、带通（BF）、带阻（BS）滤波器。图1-1分别给出了四种滤波器的理想幅频响应。图1-1四种滤波器的理想幅频特性2滤波器可认为是一个二端网络，可用图1-2的模型来描述。其幅频特性和相频特性可由下式反映：..H(jω)=U2/U1=A(ω)∠θ(ω)H(jω)为网络函数,又称为传递函数。阻带通带（b）高通滤波器Au通带阻带阻带(c)带通滤波器Au(a)低通滤波器阻带通带Au0fcf0fclf0fchf通带通带阻带(d)带阻滤波器Au0fclf0fchf滤波器U1U2EL-SS-III型信号与系统实验指导书13三预习练习1预习滤波器的有关内容和原理；2预习运算放大器的相关知识及用运算放大器构成滤波器的方法；3推导各类滤波器的网络函数。四实验内容构成下述典型滤波器电路，并测量幅频特性：(a)无源低通滤波器(b)有源低通滤波器(c)无源高通滤波器(d)有源高通滤波器(e)无源带通滤波器(f)有源带通滤波器图1-2滤波器EL-SS-III型信号与系统实验指导书14（g）无源带阻滤波器（h）有源带阻滤波器图1-3各种滤波器的实验电路图五、实验步骤和注意事项1.启动计算机，双击桌面“信号与系统”快捷方式，运行软件。2.测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。测试各无源滤波器的幅频特性：3.按实验电路图1-3（a）所示，连接被测量电路。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。4.在实验项目的下拉列表中选择实验一[一、滤波器]。5.鼠标单击按钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框中设置相应的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果，在本实验中可以选择自动测量和手动测量两种方式。在手动方式下务必保证每次输出信号的幅值都保持不变.6.观测计算机屏幕显示出的响应曲线及数据。7.记录波形及数据,对于采用自动方式时，记录实验后的幅频图。8.其他电路图同上。数据表格如下F（Hz）fcU1（V）111111111111111U2（V）测试各有源滤波器的幅频特性：EL-SS-III型信号与系统实验指导书159.按实验电路图1-3（b）所示，连接被测量电路。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。10.在实验项目的下拉列表中选择实验一[一、滤波器]。11.鼠标单击按钮，弹出实验课题参数设置对话框。在参数设置对话框中设置相应的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果，在本实验中可以选择自动测量和手动测量两种方式。在手动方式下务必保证每次输出信号的幅值都保持不变.12.观测计算机屏幕显示出的响应曲线及数据。13.记录波形及数据,对于采用自动方式时，记录实验后的幅频图。14.其他电路图同上。数据表格如下F（KHz）fcU1（V）111111111111111U2（V）按照以上方法，分别测量其它种类的滤波器的幅频特性。15．由于实验所用的电阻和电容都有误差，特别是电容的误差较大，请在实验前先用表测量以下实验中所要用到的电容值，并记录之。六实验报告要求1根据实验测量所得数据，绘制各类滤波器的幅频特性曲线。比较并计算出特征频率、截止频率和通频带。2分析各类无源和有源滤波器的滤波特性。EL-SS-III型信号与系统实验指导书16实验二一阶电路的瞬态响应一实验目的1用万用表观察时间常数较大的RC串联电路接通直流电压的瞬态响应。熟悉用万用表判别较大电容好坏的方法。2观察RC电路的阶跃响应并