ZH5004信号与系统实验箱

欢迎了解创元素电子实验设备公开计划。回忆起往昔在学校学习电子电路等相关技术基础课的时候,相信很多同学或已经参加工作的朋友们应该都深有同感。除了课堂单纯的讲解,课本里反反复复看不懂的说明,为应付考试而不断刷题乏味,缺乏直观的实验演示(现在应该是草草在实验室走了个过场),最终导致了大家对专业的学习和应用缺乏信息。之所以心里没底气,原因其实很简单,书上讲解的基本电路没搭过没测试过,实验室里的各种仪器也做不了熟练上手的操作。

事实上,实验是学习电子技术的一个重要环节。对巩固和加深课堂教学内容,高学生实际工作技能,培养科学作风,为学习后续课程和从事实践技术工作奠定基础具有重要作用。当今我们的许多一流高校并不缺乏相应的经费,其实验室也有良好的实践条件。然而,提供给好学者的机会是不多的,种种管理制度上的原因,大家能随时随地使用这些硬件条件往往也不具备。很多同学和爱好者就和我们早期一样,在宿舍、在自己的家里自己进行补充学习和自行搭建各种实验条件,这也是催生爱好者们到处在网上交流和寻找各种实践机会和条件。

从各种单片机开发板、趣味电子实验书籍资料等等,虽然其优势和自身的特点,但绝大部分其实与学校里的科班培养计划课程及标准教科书脱节较远,并不太能帮助将来成为专业从业者的学生建立严谨的学科体系知识,进而登堂入室。另一方面,由许多校企及专业供应高校实验室建设的公司生产制造了大量相关的实验设备器材和配套资料,通过专门的业务途径或教育系统关系进入到高校的采购之列,然而这些产品价格高昂且一般人无法通过官网或互联网上等渠道自由获取相关资料学习和实践。

有一些朋友在知道我们通过各种途径收集了大量本科电类专业的课程的实验器材后,希望向我获取相关资料、租用设备,并建议我公开分享相关资讯。由于工作忙碌和器材陈旧等各种原因,我一直并未认真整理分享相关资讯。但近日又有高校师生叩门联络并痛陈其专业教材阅读及欲实践无门之苦,又相关实验器材行业并无技术门槛且罔顾版权互抄严重,如非特殊采购机制,此类教育器材硬件贩售实难为公司牟利之主源,发达国家诸多此类教育相关资讯均已CC协议公开,并借由创客运动得到广泛传播。该应用故我摒弃非原创资料价值之疑虑,趁疫情居家期间尽数整理相关资料并通过各类渠道分享。部分资料及硬件采购资讯不易通过网页等方式分享的,或欲进行相关教学合作的同仁,欢迎通过微信ID:zhangchengwust 与我接洽,交流相关资讯。祝专业教学研之路顺遂,取得建树。

前 言… – 1 –

第一部分 硬件实验… – 3 –

实验系统概述… – 3 –

实验一    常用信号的分类与观察… – 9 –

实验二    信号的基本运算单元… – 14 –

实验三    信号的合成… – 18 –

实验四    线性时不变系统… – 21 –

实验五    零输入响应与零状态响应分析… – 23 –

实验六    二阶串联、并联谐振系统… – 25 –

实验七    AM调制与解调… – 28 –

实验八    FDM频分复用实验… – 31 –

实验九    信号的抽样与恢复(PAM)… – 34 –

实验十    模拟滤波器实验… – 37 –

实验十一    一阶网络特性测量… – 44 –

实验十二    二阶网络特性测量… – 47 –

实验十三    反馈系统与系统频响特性… – 50 –

实验十四       RC振荡器特性测量… – 53 –

实验十五    二阶网络状态变量的测量… – 56 –

实验十六    微分方程求解的电路仿真… – 59 –

第二部分 MATLAB软件仿真实验… – 62 –

Matlab介绍… – 62 –

实验一  连续时间信号在MATLAB中的表示… – 72 –

实验二 连续时间信号在MATLAB中的运算… – 78 –

实验三 连续时间LTI系统的时域分析… – 85 –

实验四 连续时间信号的频谱特性分析… – 89 –

实验五 连续时间LTI系统的频域分析… – 93 –

实验六 抽样定理的MATLAB仿真实验… – 98 –

实验七 连续时间系统的复频域分析… – 105 –

实验八 离散时间信号及LTI系统的Z域分析… – 114 –

附录:二次开发模块的使用说明… – 123 –

 

前 言

   本书是在《信号与系统实验指导书》第一版的基础上,增加了MATLAB软件仿真实验环节。该实验指导书内容包含了两大部分。第一部分为硬件实验部分,共有16个验证性实验;第二部分为MATLAB软件仿真实验部分,在该部分里,介绍了MATLAB软件的编程环境、编程基础及常用函数,共有8个连续信号时域分析的仿真实验。这8个实验的设计主要是针对《信号与系统》教学大纲设计的,囊括了教学大纲上的主要知识点。

 

第一部分 硬件实验

实验系统概述

1.1电路组成概述

在信号与系统实验箱中,主要由以下功能模块组成:

  • 基本运算单元;
  • 信号的合成;
  • 线性时不变系统;
  • 零输入响应与零状态响应;
  • 二阶串联谐振、二阶并联谐振;
  • 有源与无源滤波器;
  • PAM传输系统
  • FDM传输系统;
  • PAM抽样定理;
  • 二阶网络状态矢量;
  • RC振荡器
  • 一阶网络
  • 二阶网络;
  • 反馈系统应用
  • 二次开发
  • 信号产生模块

在该硬件平台中模块化功能很强,其电路布局见图1.1.1所示。对于每一个模块,在PCB板上均有电路图与之对应。每个测试模块都能单独开设实验,便于教学与学习。

在“信号与系统”实验箱中,电源插座与电源开关在机箱的后面,电源模块在实验平台电路板的下面,它主要完成交流~220V到+5V、+12V、-12V的直流变换,给整个硬件平台供电。另外在实验箱的内部还专门设计了信号产生与测试电路,以配合信号与系统实验箱的使用。对于信号产生模块各种信号的选择,学生可以通过键盘选择相应的信号用于实验测试。

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