信號(hào)系統(tǒng)與語(yǔ)音信號(hào)處理RZ8664說(shuō)明書

RZ8664型信號(hào)系統(tǒng)與語(yǔ)音信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)說(shuō)明書圖5-6有源低通濾波器實(shí)驗(yàn)電路圖三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.觀察抽樣信號(hào)波形。=1\*GB3①調(diào)整信號(hào)源，使P04輸出1KHZ的三角波，調(diào)節(jié)電位器W701，使輸出信號(hào)幅度為1V；②連接P04與P601，輸入抽樣原始信號(hào)；=3\*GB3③改變抽樣脈沖的頻率，用示波器觀察TP603（Fs（t））的波形，此時(shí)需把撥動(dòng)開(kāi)關(guān)K601撥到“空”位置進(jìn)行觀察；④使用不同的抽樣脈沖頻率，觀察信號(hào)的變化。2.驗(yàn)證抽樣定理與信號(hào)恢復(fù)（1）信號(hào)恢復(fù)實(shí)驗(yàn)方案方框圖如圖5-7所示。圖5-7信號(hào)恢復(fù)實(shí)驗(yàn)方框圖（2）信號(hào)發(fā)生器輸出f=1KHz，A=1V有效值的三角波接于P601，示波器CH1接于TP603觀察抽樣信號(hào)Fs(t)，CH2接于TP604觀察恢復(fù)的信號(hào)波形。（3）撥動(dòng)開(kāi)關(guān)K601撥到“2K”位置，選擇截止頻率fc2=2KHz的濾波器；撥動(dòng)開(kāi)關(guān)K601撥到“4K”位置,選擇截止頻率fc2=4KHz的濾波器；此時(shí)在TP604可觀察恢復(fù)的信號(hào)波形。（4）撥動(dòng)開(kāi)關(guān)K601撥到“空”位置，未接濾波器。同學(xué)們可按照?qǐng)D5-8，在基本運(yùn)算單元搭試截止頻率fc1=2K的低通濾波器，抽樣輸出波形P603送入U(xiǎn)i端，恢復(fù)波形在Uo端測(cè)量，圖中電阻可用電位器代替，進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖5-8截止頻率為2K的低通濾波器原理圖（5）設(shè)1KHz的三角波信號(hào)的有效帶寬為3KHz，F(xiàn)s(t)信號(hào)分別通過(guò)截止頻率為fc1和fc2低通濾波器，觀察其原信號(hào)的恢復(fù)情況，并完成下列觀察任務(wù)。1.當(dāng)抽樣頻率為3KHz、截止頻率為2KHz時(shí)：Fs(t)的波形F'(t)波形2.當(dāng)抽樣頻率為6KHz、截止頻率為2KHz時(shí)：Fs(t)的波形F'(t)波形3.當(dāng)抽樣頻率為12KHz、截止頻率為2KHz時(shí)：Fs(t)的波形F'(t)波形4.當(dāng)抽樣頻率為3KHz、截止頻率為4KHz時(shí)：Fs(t)的波形F'(t)波形5.當(dāng)抽樣頻率為6KHz、截止頻率為4KHz時(shí)：Fs(t)的波形F'(t)波形6.當(dāng)抽樣頻率為12KHz、截止頻率為4KHz時(shí)：Fs(t)的波形F'(t)波形四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.整理數(shù)據(jù)，正確填寫表格，總結(jié)離散信號(hào)頻譜的特點(diǎn)；2.整理在不同抽樣頻率（三種頻率）情況下，F(xiàn)（t）與F′(t)波形，比較后得出結(jié)論；3.比較F（t）分別為正弦波和三角形，其Fs（t）的頻譜特點(diǎn)；4.通過(guò)本實(shí)驗(yàn)?zāi)阌泻误w會(huì)。五、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.雙蹤示波器1臺(tái)2.信號(hào)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱1臺(tái)3.頻率計(jì)1臺(tái)實(shí)驗(yàn)6二階網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)軌跡的顯示一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握觀察二階電路狀態(tài)軌跡的方法；2.檢驗(yàn)根據(jù)給定任務(wù)，自行擬定實(shí)驗(yàn)方案的能力。二、實(shí)驗(yàn)原理說(shuō)明1.任何變化的物理過(guò)程在第一時(shí)刻所處的“狀態(tài)”（狀況、形態(tài)或姿態(tài)），都可以用若干被稱為“狀態(tài)變量”的物理量來(lái)描述。電路也不例外，若一個(gè)含儲(chǔ)能元件的網(wǎng)絡(luò)在不同時(shí)刻各支路電壓、電流都在變化，那么電路在不同時(shí)刻所處的狀態(tài)也不相同。在電路中是選電容的電壓和電感的電流為狀態(tài)變量，所以了解了電路中Vc和VL的變化就可以了解電路狀態(tài)的變化。2.對(duì)n階網(wǎng)絡(luò)可以用n個(gè)狀態(tài)變量來(lái)描述?？梢栽O(shè)想一個(gè)n維空間，每一維表示一個(gè)狀態(tài)變量，構(gòu)成一個(gè)“狀態(tài)空間”。網(wǎng)絡(luò)在每一時(shí)刻所處的狀態(tài)可以用狀態(tài)空間中的一個(gè)點(diǎn)來(lái)表達(dá)，隨著時(shí)間的變化，點(diǎn)的移動(dòng)形成一個(gè)軌跡，稱為“狀態(tài)軌跡”。二階網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)空間就是一個(gè)平面，狀態(tài)軌跡是平面上的一條曲線。電路參數(shù)不同狀態(tài)軌跡也不相同，電路處于過(guò)阻尼、欠阻尼和無(wú)阻尼情況的狀態(tài)軌跡如圖5-2、6-3和6-4所示。（a）波形（b）狀態(tài)軌跡 圖6-2RLC電路在過(guò)阻尼時(shí)的狀態(tài)軌跡圖6-2（a）中上面為過(guò)阻尼波形，下面為過(guò)阻尼波形，圖6-2(b)為過(guò)阻尼狀態(tài)軌跡圖。（a）（上）和波形（b）狀態(tài)軌跡圖6-3RLC電路在欠阻尼時(shí)的狀態(tài)軌跡圖6-3(a)上面為欠阻尼的波形，下面為欠阻尼波形。圖6-3(b)為欠阻尼狀態(tài)軌跡圖。（a）（上）和波形（b）狀態(tài)軌跡圖6-4RLC電路在R=0時(shí)的狀態(tài)軌跡圖6-4（a）上面為臨界波形，下面為臨界波形，圖6-4(b)為臨界狀態(tài)軌跡圖。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容用示波器顯示二階網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)軌跡的原理與顯示李沙育圖形完全一樣。它采用方波作為激勵(lì)源，使過(guò)渡過(guò)程能重復(fù)出現(xiàn)，以便于用一般示波器觀察。因?yàn)橛煞讲?lì)，它有正負(fù)兩次跳變，因此所觀察到的狀態(tài)軌跡如圖6-5所示，圖中實(shí)線部分對(duì)應(yīng)于正跳變引起的狀態(tài)變化，虛線部分則是負(fù)跳變相應(yīng)的狀態(tài)變化。圖6-5狀態(tài)軌跡圖6-5狀態(tài)軌跡四、實(shí)驗(yàn)步驟 1.連接P04與P910； 2.調(diào)節(jié)信號(hào)源，使P04輸出f=1KHz，占空比為50%的脈沖信號(hào)，調(diào)節(jié)電位器W701 使輸出幅度為2V；3.調(diào)節(jié)示波器工作方式為“X-Y”，CH1“+“接地，“-”接TP905，CH2“+” 接TP904，“-”接于TP905，并且CH2波形反向；4.調(diào)整W901，使電路工作于不同狀態(tài)（欠阻尼、臨界、過(guò)阻尼）?？捎^察到如 圖6-1（b）、6-2（b）及6-3（b）所示的軌跡狀態(tài)圖實(shí)驗(yàn)電路圖如圖6-6所示。圖6圖6-6二階網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)軌跡實(shí)驗(yàn)電路圖注：當(dāng)用萬(wàn)用表測(cè)量可變電阻W901的電阻值時(shí)，信號(hào)源要撤離（斷開(kāi)P04與P910之間的連接）。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求繪制不同狀態(tài)的軌跡。六、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.雙蹤示波器 1臺(tái)2.信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱 1臺(tái)實(shí)驗(yàn)7一階電路的暫態(tài)響應(yīng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握一階電路暫態(tài)響應(yīng)的原理；2.觀測(cè)一階電路的時(shí)間常數(shù)τ對(duì)電路暫態(tài)過(guò)程的影響。二、實(shí)驗(yàn)原理說(shuō)明含有L、C儲(chǔ)能元件的電路通常用微分方程來(lái)描述，電路的階數(shù)取決于微分方程的階數(shù)。凡是用一階微分方程描述的電路稱為一階電路。一階電路由一個(gè)儲(chǔ)能元件和電阻組成，有兩種組合：RC電路和RL電路。圖7-1和圖7-2分別描述了RC電路與RL電路的基本連接示意圖。CCRUc（t）Us（t）圖7-1RC電路連接示意圖LLUs（t）Ur（t）RUs（t）Ur（t）R圖7-2RL電路連接示意圖 根據(jù)給定的初始條件和列寫出的一階微分方程以及激勵(lì)信號(hào)，可以求得一階電路的零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)。當(dāng)系統(tǒng)的激勵(lì)信號(hào)為階躍函數(shù)時(shí)，其零狀態(tài)電壓響應(yīng)一般可表示為下列兩種形式：（t≥0）（t≥0）其中，τ為電路的時(shí)間常數(shù)。在RC電路中，τ=RC；在RL電路中，τ=L/R。零狀態(tài)電流響應(yīng)的形式與之相似。本實(shí)驗(yàn)研究的暫態(tài)響應(yīng)主要是指系統(tǒng)的零狀態(tài)電壓響應(yīng)。三、實(shí)驗(yàn)步驟一階電路的零狀態(tài)響應(yīng)，是系統(tǒng)在無(wú)初始儲(chǔ)能或狀態(tài)為零情況下，僅由外加激勵(lì)源引起的響應(yīng)。為了使我們能夠在儀器上看到穩(wěn)定的波形，通常用周期性變化的方波信號(hào)作為電路的激勵(lì)信號(hào)。此時(shí)電路的輸出即可以看成是研究脈沖序列作用于一階電路，也可看成是研究一階電路的直流暫態(tài)特性。即用方波的前沿來(lái)代替單次接通的直流電源，用方波的后沿來(lái)代替單次斷開(kāi)的直流電源。方波的半個(gè)周期應(yīng)大于被測(cè)一階電路的時(shí)間常數(shù)的3-5倍；當(dāng)方波的半個(gè)周期小于被測(cè)電路時(shí)間常數(shù)3-5倍時(shí)，情況則較為復(fù)雜。圖7-3（b）RL一階電路實(shí)驗(yàn)連接圖圖7-3（a）RC一階電路實(shí)驗(yàn)連接圖圖7-3（b）RL一階電路實(shí)驗(yàn)連接圖圖7-3（a）RC一階電路實(shí)驗(yàn)連接圖1.一階RC電路的觀測(cè)實(shí)驗(yàn)電路連接圖如圖7-3（a）所示。 （1）調(diào)節(jié)信號(hào)源，使P04輸出f=2.5Khz，占空比為50%的脈沖信號(hào)，調(diào)節(jié)電位 器W701使輸出幅度位2V； （2）按照?qǐng)D6-3（a）連接電路，連接P04與P901，連接P902與P904； （3）將示波器連接在TP902上，觀測(cè)輸出波形； （4）根據(jù)R、C計(jì)算出時(shí)間常數(shù)τ； （5）根據(jù)實(shí)際觀測(cè)到的波形計(jì)算出實(shí)測(cè)的時(shí)間常數(shù)τ （6）斷開(kāi)P902與P904間的連接，改變?yōu)镻902-P905連接或P903-P904連接或P903-P905連接；（注：當(dāng)連接點(diǎn)改在P903時(shí)，輸出測(cè)量點(diǎn)應(yīng)該在TP903） （7）對(duì)不同的連接方式，重復(fù)上面的計(jì)算，將結(jié)果填入表7-1中表7-1一階RC電路連接點(diǎn)R（kΩ）C（pF）τ=RC（μs）實(shí)測(cè)τ值測(cè)量點(diǎn)P902--P904102200TP902P902--P905104700TP902P903--P904202200TP903P903--P905204700TP9032.一階RL電路的觀測(cè)實(shí)驗(yàn)電路連接圖如圖7-3（b）所示。（1）調(diào)節(jié)信號(hào)源，使P04輸出f=2.5Khz，占空比為50%的脈沖信號(hào)，調(diào)節(jié)電位 器W701使輸出幅度位2V；（可保持信號(hào)源參數(shù)和上面實(shí)驗(yàn)不變）（2）按照?qǐng)D7-3（b）連接電路，連接P04與P906，P907與P908； （3）將示波器連接在TP907上，觀測(cè)輸出波形； （4）根據(jù)電路R、L計(jì)算出時(shí)間常數(shù)τ； （5）根據(jù)實(shí)際觀測(cè)到的波形計(jì)算出實(shí)測(cè)的時(shí)間常數(shù)τ； （6）斷開(kāi)P907與P908的連接,改變?yōu)镻907與P909連接，重復(fù)上面的計(jì)算，將結(jié)果填入表7-2中表7-2一階RL電路連接點(diǎn)R（KΩ）L（mH）τ=L/R（μs）實(shí)測(cè)τ值測(cè)量點(diǎn)P907--P908110TP907P907--P9090.4710TP907四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.將實(shí)驗(yàn)測(cè)算出的時(shí)間常數(shù)分別填入表7-1與表7-2中，并與理論計(jì)算值進(jìn)行比較。2.畫出方波信號(hào)作用下RC電路、RL電路各狀態(tài)下的響應(yīng)電壓的波形（繪圖時(shí)注意波形的對(duì)稱性）。五、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.雙蹤示波器 1臺(tái)2.信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱 1臺(tái)實(shí)驗(yàn)8二階電路的暫態(tài)響應(yīng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠^測(cè)RLC電路中元件參數(shù)對(duì)電路暫態(tài)的影響。二、實(shí)驗(yàn)原理說(shuō)明1.RLC電路的暫態(tài)響應(yīng)可用二階微分方程來(lái)描繪的電路稱為二階電路。RLC電路就是其中一個(gè)例子。由于RLC電路中包含有不同性質(zhì)的儲(chǔ)能元件，當(dāng)受到激勵(lì)后，電場(chǎng)儲(chǔ)能與磁場(chǎng)儲(chǔ)能將會(huì)相互轉(zhuǎn)換，形成振蕩。如果電路中存在著電阻，那么儲(chǔ)能將不斷地被電阻消耗，因而振蕩是減幅的，稱為阻尼振蕩或衰減振蕩。如果電阻較大，則儲(chǔ)能在初次轉(zhuǎn)移時(shí)，它的大部分就可能被電阻所消耗，不產(chǎn)生振蕩。因此，RLC電路的響應(yīng)有三種情況：欠阻尼、臨界阻尼、過(guò)阻尼。以RLC串聯(lián)電路為例：設(shè)為回路的諧振角頻率，為回路的衰減常數(shù)。當(dāng)階躍信號(hào)加在RLC串聯(lián)電路輸入端，其輸出電壓波形，由下列公式表示。（1），即，電路處于欠阻尼狀態(tài)，其響應(yīng)是振蕩性的。其衰減振蕩的角頻率。此時(shí)有：（t≥0）其中（2），即，其電路響應(yīng)處于臨近振蕩的狀態(tài)，稱為臨界阻尼狀態(tài)。（t≥0）（3），即，響應(yīng)為非振蕩性的，稱為過(guò)阻尼狀態(tài)。（t≥0）其中，2.矩形信號(hào)通過(guò)RLC串聯(lián)電路 由于使用示波器觀察周期性信號(hào)波形穩(wěn)定而且易于調(diào)節(jié)，因而在實(shí)驗(yàn)中我們用周期性矩形信號(hào)作為輸入信號(hào)，RLC串聯(lián)電路響應(yīng)的三種情況可用圖8-1來(lái)表示。Us0tTUs0tTT/2(a)輸入矩形波(a)輸入矩形波(b)臨界阻尼波形(b)臨界阻尼波形(c)欠阻尼波形(c)欠阻尼波形(d)過(guò)阻尼波形(d)過(guò)阻尼波形圖8-1RLC串聯(lián)電路的暫態(tài)響應(yīng)三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上沒(méi)有專門的二階電路暫態(tài)響應(yīng)模塊，此實(shí)驗(yàn)電路可在二階網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)軌跡模塊上實(shí)現(xiàn)。圖8-2為RLC串聯(lián)電路連接示意圖，圖7-3為實(shí)驗(yàn)電路圖。CLR12CLR122’1’21圖8-2RLC串聯(lián)電路圖8-3二階暫態(tài)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)電路圖圖8-3二階暫態(tài)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)電路圖三、實(shí)驗(yàn)步驟（1）連接P04與P910；（2）調(diào)節(jié)信號(hào)源，使P04輸出f=1.2KHz，占空比為50%的脈沖信號(hào)，調(diào)節(jié)W701使信號(hào) 輸出幅度為2V；（3）將示波器接于TP904上，觀測(cè)輸出的波形；（4）調(diào)節(jié)W901的阻值為100Ω，用示波器測(cè)量TP904，并描繪其波形圖。已知RLC串 聯(lián)電路中的電感L=10mH，電容C=0.1μF，將測(cè)量值與理論計(jì)算值進(jìn)行比較；（5）改變W901的阻值由100Ω逐步增大，觀察TP904波形變化的情況，（6）分別記錄下RLC串聯(lián)電路振蕩、臨界、阻尼三種工作狀態(tài)下的波形；（7）記下臨界阻尼狀態(tài)時(shí)W901的阻值；（注意：用萬(wàn)用表測(cè)量W901的阻值時(shí)，應(yīng)斷開(kāi)P04和P910的連接）四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求描繪RLC串聯(lián)電路振蕩、臨界、阻尼三種狀態(tài)下的波形圖，并將各實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)列寫成表，與理論計(jì)算值進(jìn)行比較。五、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.雙蹤示波器1臺(tái)2.信號(hào)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱1臺(tái)實(shí)驗(yàn)9二階電路傳輸特性一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解二階有源濾波網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)組成及電路傳輸特性；2.了解負(fù)阻抗在串聯(lián)振蕩電路中的應(yīng)用。二、實(shí)驗(yàn)原理說(shuō)明1.二階有源帶通濾波網(wǎng)絡(luò)如圖8-1所示。圖9-1二階有源帶通濾波網(wǎng)絡(luò)-12V圖9-1二階有源帶通濾波網(wǎng)絡(luò)-12VR1R2C2C1AGND1TP201UiUoP201+12v32184U201ATL082其系統(tǒng)轉(zhuǎn)移函數(shù)為：帶通濾波器的幅頻特性如圖9-2所示。fp1、fp2的理論值計(jì)算公式分別為和，其中R1、C1、R2、C2分別為圖9-1中的R201、C201、R202、C202。k/√2ffp1fp20Uo/Uikk/√2ffp1fp20Uo/Uik圖9-2帶通濾波器的幅頻特性即在低頻端，主要由的高通特性起作用；在高頻端，則由的低通特性起作用；在中頻段，相當(dāng)于開(kāi)路，相當(dāng)于短路，它們都不起作用，輸入信號(hào)Ui經(jīng)運(yùn)算放大器后送往輸出端。由此形成其帶通濾波特性。2.負(fù)阻抗在串聯(lián)振蕩電路中的應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)7“二階電路的暫態(tài)響應(yīng)”實(shí)驗(yàn)中，已知RLC串聯(lián)電路工作于欠阻尼狀態(tài)時(shí)，其輸出電壓Uc（t）波形是一個(gè)衰減振蕩波形。若此時(shí)電路中電阻R=0，則輸出電壓Uc（t）波形應(yīng)當(dāng)是一個(gè)等幅振蕩波形。由于電路中電感L一般存在著較大的損耗電阻，因此，必須在電路中加上相同的負(fù)阻抗，使電路中的總電阻為0。實(shí)際電路如圖9-3所示。圖9-3負(fù)阻抗在RLC串聯(lián)振蕩電路中的應(yīng)用圖9-3負(fù)阻抗在RLC串聯(lián)振蕩電路中的應(yīng)用三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.測(cè)量一個(gè)有源帶通濾波器的幅頻特性（1）連接P04與P201；（2）調(diào)節(jié)信號(hào)源，使P04輸出fs=100Hz的正弦波，調(diào)節(jié)W701使輸出幅度為2V；（3）將示波器接于TP201，觀測(cè)輸出波形；（4）改變P04輸出信號(hào)的頻率值，頻率范圍為100Hz-10KHz；（5）在100Hz-10KH范圍內(nèi)取多個(gè)測(cè)量值，把測(cè)量的數(shù)據(jù)填入表9-1中，并繪出帶通濾波器的幅頻特性曲線。表9-1測(cè)試數(shù)據(jù)理論值=Hz，=Hz實(shí)測(cè)值=Hz，=Hz（kHz）其中，、為截止頻率的理論值；、為截止頻率的實(shí)測(cè)值。2.負(fù)阻抗在串聯(lián)振蕩電路中的應(yīng)用（1）調(diào)節(jié)信號(hào)源，使P04輸出f=500Hz，占空比50%的脈沖信號(hào)，調(diào)節(jié)W701使信號(hào)幅 度為2V；（2）連接P04與P202，將示波器接于TP202；（3）調(diào)節(jié)電位器W201的阻值；（4）觀察并記錄示波器上波形的變化。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求填寫各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)任務(wù)的數(shù)據(jù)表格，描繪幅頻特性曲線，并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 五、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.雙蹤示波器1臺(tái)2.信號(hào)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱1臺(tái)實(shí)驗(yàn)10信號(hào)卷積實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.理解卷積的概念及物理意義；2.通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法加深對(duì)卷積運(yùn)算的圖解方法及結(jié)果的理解。二、實(shí)驗(yàn)原理說(shuō)明卷積積分的物理意義是將信號(hào)分解為沖激信號(hào)之和，借助系統(tǒng)的沖激響應(yīng)，求解系統(tǒng)對(duì)任意激勵(lì)信號(hào)的零狀態(tài)響應(yīng)。設(shè)系統(tǒng)的激勵(lì)信號(hào)為，沖激響應(yīng)為，則系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)為。對(duì)于任意兩個(gè)信號(hào)和，兩者做卷積運(yùn)算定義為：=*=*。1.兩個(gè)矩形脈沖信號(hào)的卷積過(guò)程兩信號(hào)與都為矩形脈沖信號(hào)，如圖10-1所示。下面由圖解的方法（圖10-1）給出兩個(gè)信號(hào)的卷積過(guò)程和結(jié)果，以便與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。圖10-1 兩矩形脈沖的卷積積分的運(yùn)算過(guò)程與結(jié)果2.矩形脈沖信號(hào)與鋸齒波信號(hào)的卷積信號(hào)為矩形脈沖信號(hào)，為鋸齒波信號(hào)，如圖9-2所示。根據(jù)卷積積分的運(yùn)算方法得到和的卷積積分結(jié)果，如圖9-2(c)所示。圖10-2矩形脈沖信號(hào)與鋸齒脈沖信號(hào)的卷積積分的結(jié)果3.本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的卷積運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)方法在本實(shí)驗(yàn)裝置中采用了DSP數(shù)字信號(hào)處理芯片，因此在處理模擬信號(hào)的卷積積分運(yùn)算時(shí)，是先通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，利用所編寫的相應(yīng)程序控制DSP芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的卷積運(yùn)算，再把運(yùn)算結(jié)果通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)輸出。結(jié)果與模擬信號(hào)的直接運(yùn)算結(jié)果是一致的。數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)逐步和完全取代模擬信號(hào)處理系統(tǒng)是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。圖9-3為信號(hào)卷積的流程圖。A/D轉(zhuǎn)換DSP數(shù)字信號(hào)處理芯片完成卷積D/A轉(zhuǎn)換f1(t)*f2(t)A/D轉(zhuǎn)換DSP數(shù)字信號(hào)處理芯片完成卷積D/A轉(zhuǎn)換f1(t)*f2(t)圖10-3信號(hào)卷積的流程圖三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.矩形脈沖信號(hào)的自卷積實(shí)驗(yàn)中完成將輸入的矩形脈沖信號(hào)完成自卷積運(yùn)算，并將卷積后信號(hào)輸出。實(shí)驗(yàn)步驟：（1）P04和P101；（2）調(diào)節(jié)信號(hào)源，使P04輸出f=1KHz，占空比為50%的脈沖信號(hào)，調(diào)節(jié)W701使信號(hào)幅度為4V；（3）按下SW101按鈕，使程序指示燈D3D2D1D0=0011，指示燈對(duì)應(yīng)自卷積；（4）將示波器的CH1接于P04，CH2接于TP801，分別觀察輸入信號(hào)的波形與卷積后的輸出信號(hào)*的波形；（5）按下SS702，使頻率表右側(cè)t/T指示燈亮，之后旋轉(zhuǎn)SS702，調(diào)節(jié)P04輸出信號(hào)的占空比，改變激勵(lì)信號(hào)的脈寬，觀測(cè)卷積后波形，記錄到表10-1中；（6）對(duì)比不同脈寬下，卷積后波形的差別，結(jié)合實(shí)際理解原因；注意：為了便于觀察，輸入信號(hào)實(shí)際為無(wú)限長(zhǎng)度的周期信號(hào)，但是這對(duì)自卷積來(lái)講是不現(xiàn)實(shí)的，因此在實(shí)驗(yàn)中其實(shí)只取了脈沖的一個(gè)周期長(zhǎng)度。表10-1輸入信號(hào)卷積后的輸出信號(hào)輸入信號(hào)輸出信號(hào)*脈沖寬度（us）500脈沖寬度（us）250脈沖寬度（us）1252.信號(hào)與系統(tǒng)卷積實(shí)驗(yàn)中完成將輸入的矩形脈沖信號(hào)與系統(tǒng)的鋸齒波信號(hào)完成卷積運(yùn)算，并將卷積后信號(hào)輸出。實(shí)驗(yàn)步驟：（1）連接P04和P101；（2）調(diào)節(jié)信號(hào)源，使P04輸出f=1KHz，占空比為50%的脈沖信號(hào)，調(diào)節(jié)W701使信號(hào)幅度為4V；（3）按下SW101按鈕，使程序指示燈D3D2D1D0=0100，指示燈對(duì)應(yīng)系統(tǒng)卷積；(4)將示波器的CH1接于TP801，CH2接于TP802，分別觀察系統(tǒng)沖擊響應(yīng)波形與卷積后的輸出信號(hào)*的波形；(5)按下SS702，使頻率表右側(cè)t/T指示燈亮，之后旋轉(zhuǎn)SS702，調(diào)節(jié)P04輸出信號(hào)的占空比，改變激勵(lì)信號(hào)的脈寬，觀測(cè)卷積后波形，記錄到表10-2中；(6)對(duì)比不同脈寬下，卷積后波形的差別，結(jié)合實(shí)際理解原因。表10-2輸入信號(hào)和卷積后的輸出信號(hào)輸入信號(hào)鋸齒波輸出信號(hào)*脈沖寬度（us）500脈沖寬度（us）250脈沖寬度（us）125四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.要求記錄各實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填寫表9-1。2.按要求記錄各實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填寫表9-2。五、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱 1臺(tái)2.雙蹤示波器 1臺(tái)六、思考題用圖解的方法給出圖10-3中的兩個(gè)信號(hào)的卷積過(guò)程。圖10-3矩形脈沖信號(hào)與三角波信號(hào)實(shí)驗(yàn)11矩形脈沖信號(hào)的分解一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.分析典型的矩形脈沖信號(hào)，了解矩形脈沖信號(hào)諧波分量的構(gòu)成；2.觀察矩形脈沖信號(hào)通過(guò)多個(gè)數(shù)字濾波器后，分解出各諧波分量的情況。二、實(shí)驗(yàn)原理1.信號(hào)的頻譜與測(cè)量信號(hào)的時(shí)域特性和頻域特性是對(duì)信號(hào)的兩種不同的描述方式。對(duì)于一個(gè)時(shí)域的周期信號(hào)，只要滿足狄利克萊(Dirichlet)條件，就可以將其展開(kāi)成三角形式或指數(shù)形式的傅里葉級(jí)數(shù)。例如，對(duì)于一個(gè)周期為T的時(shí)域周期信號(hào)，可以用三角形式的傅里葉級(jí)數(shù)求出它的各次分量，在區(qū)間內(nèi)表示為：即將信號(hào)分解成直流分量及許多余弦分量和正弦分量，研究其頻譜分布情況。圖11-1信號(hào)的時(shí)域特性和頻域特性信號(hào)的時(shí)域特性與頻域特性之間有著密切的內(nèi)在聯(lián)系，這種聯(lián)系可以用圖11-1來(lái)形象地表示。其中圖11-1(a)是信號(hào)在幅度--時(shí)間--頻率三維座標(biāo)系統(tǒng)中的圖形；圖11-1(b)是信號(hào)在幅度--時(shí)間座標(biāo)系統(tǒng)中的圖形即波形圖；把周期信號(hào)分解得到的各次諧波分量按頻率的高低排列，就可以得到頻譜圖。反映各頻率分量幅度的頻譜稱為振幅頻譜。圖11-1(c)是信號(hào)在幅度--頻率座標(biāo)系統(tǒng)中的圖形即振幅頻譜圖。反映各分量相位的頻譜稱為相位頻譜。在本實(shí)驗(yàn)中只研究信號(hào)振幅頻譜。周期信號(hào)的振幅頻譜有三個(gè)性質(zhì)：離散性、諧波性、收斂性。測(cè)量時(shí)利用了這些性質(zhì)。從振幅頻譜圖上，可以直觀地看出各頻率分量所占的比重。測(cè)量方法有同時(shí)分析法和順序分析法。同時(shí)分析法的基本工作原理是利用多個(gè)濾波器，把它們的中心頻率分別調(diào)到被測(cè)信號(hào)的各個(gè)頻率分量上。當(dāng)被測(cè)信號(hào)同時(shí)加到所有濾波器上，中心頻率與信號(hào)所包含的某次諧波分量頻率一致的濾波器便有輸出。在被測(cè)信號(hào)發(fā)生的實(shí)際時(shí)間內(nèi)可以同時(shí)測(cè)得信號(hào)所包含的各頻率分量。在本實(shí)驗(yàn)中采用同時(shí)分析法進(jìn)行頻譜分析，如圖11-2所示。信號(hào)合成信號(hào)分解信號(hào)合成信號(hào)分解 圖11-2 用同時(shí)分析法進(jìn)行頻譜分析 其中，P801出來(lái)的是基頻信號(hào)，即基波；P802出來(lái)的是二次諧波；P803的是三次諧波，依此類推。2.矩形脈沖信號(hào)的頻譜一個(gè)幅度為E，脈沖寬度為τ，重復(fù)周期為T的矩形脈沖信號(hào)，如圖11-3所示。 圖11-3 周期性矩形脈沖信號(hào)其傅里葉級(jí)數(shù)為：該信號(hào)第次諧波的振幅為： 由上式可見(jiàn)第次諧波的振幅與、、有關(guān)。3.信號(hào)的分解提取進(jìn)行信號(hào)分解和提取是濾波系統(tǒng)的一項(xiàng)基本任務(wù)。當(dāng)我們僅對(duì)信號(hào)的某些分量感興趣時(shí)，可以利用選頻濾波器，提取其中有用的部分，而將其它部分濾去。目前DSP數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)構(gòu)成的數(shù)字濾波器已基本取代了傳統(tǒng)的模擬濾波器，數(shù)字濾波器與模擬濾波器相比具有許多優(yōu)點(diǎn)。用DSP構(gòu)成的數(shù)字濾波器具有靈活性高、精度高和穩(wěn)定性高，體積小、性能高，便于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。因此在這里我們選用了數(shù)字濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的分解。在數(shù)字濾波器模塊上，選用了有8路輸出的D/A轉(zhuǎn)換器TLV5608（U502），因此設(shè)計(jì)了8個(gè)濾波器（一個(gè)低通、六個(gè)帶通、一個(gè)高通）將復(fù)雜信號(hào)分解提取某幾次諧波。分解輸出的8路信號(hào)可以用示波器觀察，測(cè)量點(diǎn)分別是TP801、TP802、TP803、TP804、TP805、TP806、TP807、TP808。三、實(shí)驗(yàn)步驟（1）連接P04和P101；（2）調(diào)節(jié)信號(hào)源，使P04輸出f=4KHz，占空比為50%的脈沖信號(hào)，調(diào)節(jié)W701使信號(hào)幅度為4V；（3）按下SW101按鈕，使程序指示燈D3D2D1D0=0101，指示燈對(duì)應(yīng)信號(hào)分解；（4）示波器可分別在TP801、TP802、TP803、TP804、TP805、TP806、TP807和TP808 上觀測(cè)信號(hào)各次諧波的波形；(5)矩形脈沖信號(hào)的脈沖幅度和頻率保持不變，改變信號(hào)的脈寬(即改變占空比)，測(cè)量不同值時(shí)信號(hào)頻譜中各分量的大?。唬?）根據(jù)表11-1、表11-2中給定的數(shù)值進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并記錄實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)填入表中。注意：4個(gè)跳線器K801、K802、K803、K804應(yīng)放在左邊位置。4個(gè)跳線器的功能為：當(dāng)置于左邊位置時(shí)，信號(hào)幅度保持不變；當(dāng)置于右邊位置時(shí)，可分別通過(guò)4個(gè)電位器W801、W802、W803、W804調(diào)節(jié)各路諧波的幅度大小。（1）：的數(shù)值按要求調(diào)整，測(cè)得的信號(hào)頻譜中各分量的大小，其數(shù)據(jù)按表的要求記錄。表11-1 的矩形脈沖信號(hào)的頻譜，T=，，，諧波頻率1f2f3f4f5f6f7f8f以上理論值電壓有效值電壓峰峰值測(cè)量值電壓有效值電壓峰峰值（2）：矩形脈沖信號(hào)的脈沖幅度和頻率不變，的數(shù)值按要求調(diào)整，測(cè)得的信號(hào)頻譜中各分量的大小，其數(shù)據(jù)按表的要求記錄。表11-2 的矩形脈沖信號(hào)的頻譜，T=，，，諧波頻率1f2f3f4f5f6f7f8f以上理論值電壓有效值電壓峰峰值測(cè)量值電壓有效值電壓峰峰值四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.按要求記錄各實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，填寫表10-1、表10-2。2.描繪三種被測(cè)信號(hào)的振幅頻譜圖。五、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱 1臺(tái)2.雙蹤示波器 1臺(tái)3.毫伏表1臺(tái)六、思考題1.的矩形脈沖信號(hào)在哪些諧波分量上幅度為零？請(qǐng)畫出基波信號(hào)頻率為5KHz的矩形脈沖信號(hào)的頻譜圖（取最高頻率點(diǎn)為10次諧波）。2.要提取一個(gè)的矩形脈沖信號(hào)的基波和2、3次諧波，以及4次以上的高次諧波，你會(huì)選用幾個(gè)什么類型（低通？帶通？…）的濾波器？實(shí)驗(yàn)12矩形脈沖信號(hào)的合成一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.進(jìn)一步了解波形分解與合成原理；2.進(jìn)一步掌握用傅里葉級(jí)數(shù)進(jìn)行諧波分析的方法；3.觀察矩形脈沖信號(hào)分解出的各諧波分量可以通過(guò)疊加合成出原矩形脈沖信號(hào)。二、實(shí)驗(yàn)原理說(shuō)明實(shí)驗(yàn)原理部分參考實(shí)驗(yàn)11，矩形脈沖信號(hào)的分解實(shí)驗(yàn)。矩形脈沖信號(hào)通過(guò)8路濾波器輸出的各次諧波分量可通過(guò)一個(gè)加法器，合成還原為原輸入的矩形脈沖信號(hào)，合成后的波形可以用示波器在觀測(cè)點(diǎn)TP809進(jìn)行觀測(cè)。如果濾波器設(shè)計(jì)正確，則分解前的原始信號(hào)（觀測(cè)TP101）和合成后的信號(hào)應(yīng)該相同。信號(hào)波形的合成電路圖如圖12-1所示。圖12-1信號(hào)合成電路圖三、實(shí)驗(yàn)步驟本實(shí)驗(yàn)為上節(jié)實(shí)驗(yàn)的延續(xù)。1.連接P04和P101，將4個(gè)跳線器K801、K802、K803、K804放在左邊位置；2.調(diào)節(jié)信號(hào)源，使P04輸出f=4KHz，占空比為50%的脈沖信號(hào)，調(diào)節(jié)W701使信號(hào)幅度為4V；3.按下SW101按鈕，使程序指示燈D3D2D1D0=0101，指示燈對(duì)應(yīng)信號(hào)分解；4.示波器可分別在TP801、TP802、TP803、TP804、TP805、TP806、TP807和TP808 上觀測(cè)信號(hào)各次諧波的波形；5.準(zhǔn)備8個(gè)導(dǎo)線，根據(jù)下表中給出的內(nèi)容，分別嘗試不同的連接方式（如基波和三 次諧波合成，只需連接P801－P809，P803－P811），然后用雙蹤示波器同時(shí)測(cè)量 TP02和TP809,并將TP809的波形記錄在下表中，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器W805可以改變 TP809的輸出幅度。說(shuō)明：為了便于操作，8根導(dǎo)線的默認(rèn)連接方式為P801－P809、P802－P810、P803－P811、P804－P812、P805－P813、P806－P814、P807－P815、P808－P816。其組合也可隨意更換。3．按表12-1的要求，在輸出端觀察和記錄合成結(jié)果。表11-1 矩形脈沖信號(hào)的各次諧波之間的合成波形合成要求合成后的波形基波與三次諧波合成三次與五次諧波合成基波與五次諧波合成基波、三次與五次諧波合成基波、二、三、四、五、六、七及八次以上高次諧波的合成沒(méi)有二次諧波的其他諧波合成沒(méi)有五次諧波的其他諧波合成沒(méi)有八次以上高次諧波的其他諧波合成四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.據(jù)示波器上的顯示結(jié)果，畫圖填寫表11-1。2.矩形脈沖信號(hào)為例，總結(jié)周期信號(hào)的分解與合成原理。五、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱 1臺(tái)2.雙蹤示波器 1臺(tái)六、思考題方波信號(hào)在哪些諧波分量上幅度為零？請(qǐng)畫出信號(hào)頻率為2KHz的方波信號(hào)的頻譜圖（取最高頻率點(diǎn)為10次諧波）。實(shí)驗(yàn)13諧波幅度對(duì)波形合成的影響一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.理解諧波幅度對(duì)波形合成的作用；2.進(jìn)一步加深理解時(shí)域周期信號(hào)的各頻率分量在振幅頻譜圖上所占的比重。二、實(shí)驗(yàn)原理說(shuō)明1.矩形脈沖信號(hào)的頻譜一個(gè)幅度為E，脈沖寬度為τ，重復(fù)周期為T的矩形脈沖信號(hào)，如圖13-1所示。 圖13-1周期性矩形脈沖信號(hào)其傅里葉級(jí)數(shù)為：該信號(hào)第次諧波的振幅為： 由上式可見(jiàn)第次諧波的振幅與、、有關(guān)，在矩形脈沖信號(hào)的、、決定后，各次諧波的幅度就決定了。2.方波信號(hào)的振幅頻譜圖的矩形脈沖信號(hào)就是方波信號(hào)，若基波（即1次諧波）的振幅歸一化為1。根據(jù)上式可得到它的各次諧波的振幅（歸一化值）：表13-1方波的振幅頻譜表諧波振幅11203三分之一405五分之一607七分之一8次0……3.調(diào)節(jié)諧波分量奇次諧波分量4個(gè)跳線器分別為K801、K802、K803、K804，當(dāng)跳線開(kāi)關(guān)放在左邊，選擇直接輸出；放在右邊，選擇幅度調(diào)整，通過(guò)調(diào)整可變電阻W801、W802、W803、W804來(lái)調(diào)整輸出幅度。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.連接P04和P101，將4個(gè)跳線器K801、K802、K803、K804放在左邊位置；2.調(diào)節(jié)信號(hào)源，使P04輸出f=4KHz，占空比為50%的脈沖信號(hào)，調(diào)節(jié)W701使信號(hào)幅度為4V；3.按下SW101按鈕，使程序指示燈D3D2D1D0=0101，指示燈對(duì)應(yīng)信號(hào)分解；4.示波器可分別在TP801、TP802、TP803、TP804、TP805、TP806、TP807和TP808 上觀測(cè)信號(hào)各次諧波的波形；5.4個(gè)跳線器K801、K802、K803、K804，放在右邊，可以對(duì)輸出的各次諧波幅度進(jìn)行調(diào)整。用導(dǎo)線連接P801－P809、P802－P810、P803－P811、P804－P812、P805－P813、P806－P814、P807－P815、P808－P816，進(jìn)行方波合成，在TP809觀察合成的波形時(shí)否為方波信號(hào)。分別按表13-2、表13-3、表13-4、表13-5、表13-6、表13-7、表13-8，調(diào)整各諧波幅值，觀察并記錄合成后的波形。表13-2 各諧波振幅頻譜表諧波振幅合成后的波形1二分之一203三分之一405五分之一607七分之一8次以上直接輸出 表13-3 各諧波振幅頻譜表諧波振幅合成后的波形11203三分之一405五分之一607七分之一8次以上直接輸出表13-4 各諧波振幅頻譜表諧波振幅合成后的波形11203二分之一405五分之一607七分之一8次以上直接輸出表13-5 各諧波振幅頻譜表諧波振幅合成后的波形11203三分之一405四分之一607七分之一8次以上直接輸出表13-6 各諧波振幅頻譜表諧波振幅合成后的波形11203三分之一405三分之一607七分之一8次以上直接輸出表13-7 各諧波振幅頻譜表諧波振幅合成后的波形11203三分之一405五分之一607五分之一8次以上直接輸出表13-8 各諧波振幅頻譜表諧波振幅合成后的波形11203三分之一405五分之一607四分之一8次以上直接輸出四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求認(rèn)真填寫表13-2、表13-3、表13-4、表13-5、表13-6、表13-7、表13-8，可根據(jù)教學(xué)情況選擇以上各表的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。五、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.雙蹤示波器 1臺(tái)2.信號(hào)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱 1臺(tái)實(shí)驗(yàn)14相位對(duì)波形合成的影響一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.理解相位對(duì)波形合成中的作用；2.加深理解幅值對(duì)波形合成的作用。二、實(shí)驗(yàn)原理說(shuō)明在對(duì)周期性的復(fù)雜信號(hào)進(jìn)行級(jí)數(shù)展開(kāi)時(shí)，各次諧波間的幅值和相位是有一定關(guān)系的，只有滿足這一關(guān)系時(shí)各次諧波的合成才能恢復(fù)出原來(lái)的信號(hào)，否則就無(wú)法合成原始的波形；幅度對(duì)合成波形的影響前面已討論過(guò)，本實(shí)驗(yàn)討論諧波相位對(duì)信號(hào)合成的影響。本實(shí)驗(yàn)中的波形分解是通過(guò)數(shù)字濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)有FIR(有限長(zhǎng)濾波器)與IIR(無(wú)限長(zhǎng)濾波器)兩種,其中,由FIR實(shí)現(xiàn)的各次諧波的數(shù)字濾波器在階數(shù)相同的情況下，能保證各次諧波的線性相位，而由IIR實(shí)現(xiàn)的數(shù)字濾波器，輸出為非線性相位。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的數(shù)字濾波器是由FIR實(shí)現(xiàn)的，因此在波形合成時(shí)不存在相位的影響，只要各次諧波的幅度調(diào)節(jié)正確即可合成原始的輸入波形；但若把數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)改為IIR或仍然是FIR但某次諧波的數(shù)字濾波器階數(shù)有別于其它數(shù)字濾波器階數(shù)則各次諧波相位間的線性關(guān)系就不能成立，這樣即使各次諧波的幅度關(guān)系正確也無(wú)法合成原始的輸入波形。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在本實(shí)驗(yàn)中，各次諧波的數(shù)字濾波器仍由FIR實(shí)現(xiàn)的，但三次諧波的數(shù)字濾波器的階數(shù)不同于其它濾波器，設(shè)計(jì)時(shí)使它相對(duì)于基波有270度相移。因此就可以看出相位對(duì)波形合成的影響了。1.連接P04和P101，將4個(gè)跳線器K801、K802、K803、K804放在左邊位置；2.調(diào)節(jié)信號(hào)源，使P04輸出f=4KHz，占空比為50%的脈沖信號(hào)，調(diào)節(jié)W701使信號(hào)幅度為4V；3.按下SW101按鈕，使程序指示燈D3D2D1D0=0110，指示燈對(duì)應(yīng)相位影響；4.示波器可分別在TP801、TP802、TP803、TP804、TP805、TP806、TP807和TP808 上觀測(cè)信號(hào)各次諧波的波形；5.觀察TP801和TP803的相位關(guān)系，和信號(hào)分解時(shí)相位關(guān)系對(duì)比；6.將基波和三次諧波加入到信號(hào)合成部分（P801-P809，P802-P810），觀察合成之后的波形；7.分別將各次諧加入合成電路，觀測(cè)各次諧波對(duì)合成信號(hào)的影響。注意：在調(diào)節(jié)輸入信號(hào)的參數(shù)值（頻率、幅度等）時(shí)，需在P702與P101連接后，用示波器在TP101上觀測(cè)調(diào)節(jié)。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求總結(jié)相位在波形合成中的作用。五、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.雙蹤示波器 1臺(tái)2.信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱 1臺(tái)實(shí)驗(yàn)15任意信號(hào)的分解一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.進(jìn)一步理解復(fù)雜信號(hào)的組成；2.分析三角波、半波、全波的頻率分量。二、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理同實(shí)驗(yàn)十一。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.連接P04和P101；2.按下SW101按鈕，使程序指示燈D3D2D1D0=0101，指示燈對(duì)應(yīng)信號(hào)分解；3.調(diào)節(jié)信號(hào)源，使P04分別輸出4K的三角波、半波、全波信號(hào)，調(diào)節(jié)W701使信號(hào)幅度為4V；4.示波器可分別在TP801、TP802、TP803、TP804、TP805、TP806、TP807和TP808 上觀測(cè)信號(hào)各次諧波的波形；5.分別測(cè)出上述三種信號(hào)的各次諧波幅度，將測(cè)量結(jié)果記錄在表15-2中，并分析各次諧波間的關(guān)系是否符合表15-1。波形公式1次諧波2次諧波3次諧波4次諧波5次諧波6次諧波7次諧波三角波000半波000全波表15-1三角波半波全波諧波幅值表15-2 諧波幅值表諧波頻率1f2f3f4f5f6f7f理論值電壓有效值電壓峰峰值測(cè)量值電壓有效值電壓峰峰值四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.按要求記錄各實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，填寫表14-2。2.描繪三種被測(cè)信號(hào)的振幅頻譜圖。五、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱 1臺(tái)2.雙蹤示波器 1臺(tái)3.毫伏表1臺(tái)實(shí)驗(yàn)16數(shù)字濾波器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解數(shù)字濾波器的作用與原理；2.了解數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程。二、實(shí)驗(yàn)原理說(shuō)明當(dāng)我們僅對(duì)信號(hào)的某些分量感興趣時(shí)，可以利用選頻濾波器，提取其中有用的部分，而將其它濾去，濾波器的一項(xiàng)基本任務(wù)即對(duì)信號(hào)進(jìn)行分解與提取。目前DSP數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)構(gòu)成的數(shù)字濾波器已基本取代了傳統(tǒng)的模擬濾波器，數(shù)字濾波器與模擬濾波器相比具有許多優(yōu)點(diǎn)。用DSP構(gòu)成的數(shù)字濾波器具有靈活性高、精度高和穩(wěn)定性高，體積小、性能高，便于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。因此在這里我們選用了數(shù)字濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的分解。在實(shí)驗(yàn)中我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)FIR低通濾波器，采樣率Fs=128K，F(xiàn)pass=4K，F(xiàn)stop=6K；三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1.連接P04和P101；2.調(diào)節(jié)信號(hào)源，使P04輸出f=4KHz的正弦波，調(diào)節(jié)W701使信號(hào)幅度為4V；3.按下SW101按鈕，使程序指示燈D3D2D1D0=0010，指示燈對(duì)應(yīng)數(shù)字濾波；4.觀察TP801輸出的信號(hào)；5.試著將P04輸出信號(hào)頻率調(diào)節(jié)到5K，6K，7K……觀察TP801輸出信號(hào)的變化；6.測(cè)量不同頻率下信號(hào)輸出幅度的變化，畫出濾波器的相應(yīng)曲線；7.將正弦波改變成方波信號(hào)，調(diào)節(jié)頻率從1K-8K，觀察TP801信號(hào)的變化。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.描述數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法；2.繪出低通濾波器的幅頻特性曲線。五、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.雙蹤示波器1臺(tái)2.信號(hào)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱1臺(tái)3.計(jì)算機(jī)1臺(tái)實(shí)驗(yàn)17基于虛擬儀器的信號(hào)分析實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解虛擬頻譜儀工作原理；2.觀測(cè)各種復(fù)雜信號(hào)頻譜，理解信號(hào)頻譜的性質(zhì)。二、實(shí)驗(yàn)原理說(shuō)明理論上我們已知復(fù)雜的周期信號(hào)可以分解成無(wú)窮多個(gè)簡(jiǎn)單信號(hào)，在信號(hào)分解實(shí)驗(yàn)中我們用濾波法驗(yàn)證并提起了幾個(gè)低次諧波，如要用這種方法得到頻譜圖需首先測(cè)出各次諧波幅值，然后再在座標(biāo)紙上畫出頻譜圖，實(shí)現(xiàn)起來(lái)既麻煩又不直觀；應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)我們能很形象直觀地觀測(cè)到各種信號(hào)的頻譜，方法：1將待分析的時(shí)域信號(hào)經(jīng)AD變換變成數(shù)字信號(hào)；2.在DSP或PS機(jī)中進(jìn)行FFT變換；3.將變換后的數(shù)據(jù)通過(guò)USB傳到PC機(jī)中；4.基于LABVIEW軟件設(shè)計(jì)虛擬頻譜儀，并畫出頻譜圖；三、頻域分析軟件（虛擬頻譜儀）安裝與使用1.USB驅(qū)動(dòng)安裝（1）運(yùn)行“372drive”文件夾中的USB驅(qū)動(dòng)程序CH372DRV.EXE。在圖16-1中的界面選擇INSTALL，完成USB口驅(qū)動(dòng)的安裝。圖17-1（2）用USB線連接實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與PC機(jī)（3）按下SW102按鈕對(duì)DSP進(jìn)行復(fù)位，或?qū)?shí)驗(yàn)箱加電復(fù)位，在計(jì)算機(jī)的控制面板中的設(shè)備管理器可以添加了一個(gè)外部接口，如圖17-2所示，表示USB口工作正常。 圖17-22．?dāng)?shù)據(jù)采樣分析軟件 RZ8664B型數(shù)據(jù)采樣分析軟件是和RZ8664B型實(shí)驗(yàn)箱配套的數(shù)據(jù)采樣分析軟件。本軟件主要完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程中模擬信號(hào)的采樣，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，濾波及頻譜分析等功能。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生直觀的觀察數(shù)字信號(hào)處理過(guò)程中各個(gè)步驟完成的基本功能，加深對(duì)理論知識(shí)的理解。軟件介紹本軟件是使用Labview8.2編寫，在使用前請(qǐng)確認(rèn)電腦已經(jīng)安裝Labview8.2或8.2以上版本，以保證軟件能正常運(yùn)行。本軟件為獨(dú)立運(yùn)行軟件，不需要安裝，但運(yùn)行需要支持文件，因此使用時(shí)請(qǐng)將可執(zhí)行文件以及其支持文件放到獨(dú)立的文件夾下，在數(shù)據(jù)采樣過(guò)程中，建議其采樣數(shù)據(jù)文件不要同程序放到同一個(gè)文件夾下，防止刪除數(shù)據(jù)時(shí)誤刪文件，導(dǎo)致程序無(wú)法正常運(yùn)行。在使用軟件時(shí)，要嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作，操作錯(cuò)誤或不當(dāng)可能會(huì)造成數(shù)據(jù)同實(shí)驗(yàn)箱通信不正常，嚴(yán)重的可能會(huì)因?yàn)閿?shù)據(jù)擁塞導(dǎo)致電腦死機(jī)。軟件使用說(shuō)明打開(kāi)軟件后主界面如下圖17-3所示。 圖17-3RZ8664VI主界面界面包含三個(gè)按鈕：數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理，退出。選擇數(shù)據(jù)采樣、數(shù)據(jù)處理可分別進(jìn)入相對(duì)應(yīng)的子程序界面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 選擇數(shù)據(jù)采集界面選擇數(shù)據(jù)采樣按鈕后，會(huì)進(jìn)入如下圖17-4所示界面。17-4數(shù)據(jù)采樣子界面四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.連接P04和P101；2.按下SW101按鈕，使程序指示燈D3D2D1D0=0010，指示燈對(duì)應(yīng)虛擬儀器；3.按照上面實(shí)驗(yàn)原理部分軟件說(shuō)明部分進(jìn)行操作；五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.總結(jié)脈沖信號(hào)的頻譜隨時(shí)域信號(hào)頻率、占空比的變化規(guī)律；六、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.雙蹤示波器1臺(tái)2.信號(hào)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱1臺(tái)3.計(jì)算機(jī)1臺(tái)實(shí)驗(yàn)18數(shù)字濾波器在線設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解數(shù)字濾波器的作用與原理；2.了解數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程。二、實(shí)驗(yàn)原理說(shuō)明當(dāng)我們僅對(duì)信號(hào)的某些分量感興趣時(shí)，可以利用選頻濾波器，提取其中有用的部分濾去，而將其它濾波器的一項(xiàng)基本任務(wù)即對(duì)信號(hào)進(jìn)行分解與提取。目前DSP數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)構(gòu)成的數(shù)字濾波器已基本取代了傳統(tǒng)的模擬濾波器，數(shù)字濾波器與模擬濾波器相比具有許多優(yōu)點(diǎn)。用DSP構(gòu)成的數(shù)字濾波器具有靈活性高、精度高和穩(wěn)定性高，體積小、性能高，便于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。因此在這里我們選用了數(shù)字濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的分解。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.用輔助設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)IIR濾波器點(diǎn)擊MATLAB圖標(biāo)進(jìn)入MATLAB工作環(huán)境。具體設(shè)計(jì)軟件的安裝見(jiàn)軟件包中說(shuō)明。在MATLAB指令窗下鍵入：DSPM，再按回車鍵，MATLAB將出現(xiàn)“數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)輔助分析與設(shè)計(jì)系統(tǒng)”主界面（如圖18-1）。圖18-1輔助分析與設(shè)計(jì)系統(tǒng)主界面按任意鍵進(jìn)入如圖18-2界面，共有三個(gè)選項(xiàng)：IIR濾波器輔助設(shè)計(jì)、FIR濾波器輔助設(shè)計(jì)和信號(hào)頻譜分析。圖18-2輔助分析與設(shè)計(jì)系統(tǒng)分為三部分點(diǎn)擊IIR濾波器輔助設(shè)計(jì)選項(xiàng)，進(jìn)入IIR數(shù)字濾波器輔助設(shè)計(jì)窗口，如圖18-3。在窗口左上方點(diǎn)擊“選擇濾波器類型”下拉菜單，可見(jiàn)低通、高通、帶通、帶阻四個(gè)選項(xiàng)。每一選項(xiàng)又分為“輸入Fs”、“輸入fp、N”和“輸入fp、fst、As、Rp”三種選擇。其中每一種選項(xiàng)又可以選用Butterworth、ChebyshevⅠ、ChebyshevⅡ和橢圓四種濾波器。圖18-3IIR數(shù)字濾波器輔助設(shè)計(jì)窗口為配合硬件實(shí)驗(yàn)裝置的工作，本數(shù)字濾波器輔助設(shè)計(jì)選用的采樣頻率Fs均為2的N次方，最高采樣頻率Fs=128KHz。（1）“輸入Fs”：根據(jù)設(shè)計(jì)要求選定采樣頻率Fs后，再選定數(shù)字濾波器的種類，按“APPLY”，即開(kāi)始進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖形窗口的左邊顯示圖形結(jié)果，數(shù)據(jù)結(jié)果將在MATLAB命令窗口給出。該選項(xiàng)采用了IIR數(shù)字濾波器最典型的設(shè)計(jì)參數(shù)：(以低通濾波器為例)原型濾波器階數(shù)N=3；歸一化的數(shù)字濾波器通帶邊界頻率ωp=0.5； 通帶最大衰減Rp<1dB；阻帶最小衰減As>20dB。（2）“輸入fp、N”：可根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇Fs、fp和N，選定數(shù)字濾波器的種類后，按“APPLY”，即開(kāi)始進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖形窗口的左邊顯示圖形結(jié)果，數(shù)據(jù)結(jié)果將在MATLAB命令窗口給出。此選項(xiàng)通帶最大衰減和阻帶最小衰減為固定值：Rp<1dB；As>20dB。（3）“輸入fp、fst、As、Rp”：該選項(xiàng)是一個(gè)選擇范圍最大的選項(xiàng)，可根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇Fs、fp、fst、As、Rp。選定數(shù)字濾波器的種類后，按“APPLY”，即開(kāi)始進(jìn)行設(shè)計(jì)并顯示結(jié)果。注意：以上設(shè)計(jì)結(jié)果將在MATLAB的work子目錄下自動(dòng)存為文本文件（如：Lp.txt）和供數(shù)字信號(hào)處理（DSP）實(shí)驗(yàn)硬件系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)文件firiir.dat。另外，在IIR數(shù)字濾波器窗口，還有一個(gè)選項(xiàng)“是否顯示其它曲線”，當(dāng)選“Y”時(shí)，按“APPLY”后，還將顯示濾波器的沖激響應(yīng)和相頻特性曲線。進(jìn)行IIR濾波器設(shè)計(jì)時(shí)，使用“輸入Fs”或“輸入fp、N”項(xiàng)，注意以下問(wèn)題：（1）巴特瓦茲濾波器的技術(shù)指標(biāo)以通帶截止頻率fc為準(zhǔn)，此時(shí)Rp=3dB，而不是1dB。（2）契比雪夫Ⅰ型濾波器的技術(shù)指標(biāo)以通帶邊界頻率fp為準(zhǔn)，此時(shí)Rp=1dB。（3）契比雪夫Ⅱ型濾波器的技術(shù)指標(biāo)以阻帶邊界頻率fst為準(zhǔn)，此時(shí)As=20dB。（4）橢圓數(shù)字濾波器的技術(shù)指標(biāo)以通帶邊界頻率fp為主，又兼顧阻帶邊界頻率fst，此時(shí)Rp=1dB，As=20dB。2.FIR濾波器輔助設(shè)計(jì)點(diǎn)擊FIR濾波器輔助設(shè)計(jì)選項(xiàng)，進(jìn)入FIR數(shù)字濾波器輔助設(shè)計(jì)窗口，如圖18-4。在窗口左上方可見(jiàn)“窗函數(shù)法”和“頻率采樣法”兩個(gè)選項(xiàng)。點(diǎn)擊“窗函數(shù)法”或“頻率采樣法”下拉菜單，可見(jiàn)低通、高通、帶通、帶阻四個(gè)選項(xiàng)。其中，窗函數(shù)法為使用者提供矩形、三角、Bartlett、Hamming、Hanning、Kaiser等六種窗口。圖18-4FIR數(shù)字濾波器輔助設(shè)計(jì)窗口（1）“窗函數(shù)法”：分為“輸入fp、fst”、“輸入fp、N”兩種選擇?？筛鶕?jù)給定的技術(shù)指標(biāo)選擇輸入，然后選擇不同的窗函數(shù)。按“APPLY”，即開(kāi)始進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖形窗口的左邊顯示圖形結(jié)果，數(shù)據(jù)結(jié)果將在MATLAB命令窗口給出。使用者可根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果分析，確定最后選定的窗函數(shù)。（2）“頻率采樣法”：根據(jù)給定的技術(shù)指標(biāo)選擇輸入后，按“APPLY”，即開(kāi)始進(jìn)行設(shè)計(jì)并顯示結(jié)果。注意：以上設(shè)計(jì)結(jié)果將在MATLAB的work子目錄下自動(dòng)存為文本文件（如：Lp.txt）和供數(shù)字信號(hào)處理（DSP）實(shí)驗(yàn)硬件系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)文件firiir.dat。另外，在FIR數(shù)字濾波器窗口，還有一個(gè)選項(xiàng)“是否顯示另一組曲線”，當(dāng)選“Y”時(shí)，按“APPLY”后，還將顯示濾波器的沖激響應(yīng)、頻響采樣值、窗函數(shù)以及幅頻特性等曲線。3.建立設(shè)計(jì)結(jié)果數(shù)據(jù)文件輸入設(shè)計(jì)指標(biāo)，點(diǎn)擊“APPLY”后，輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)將自動(dòng)建立一個(gè)設(shè)計(jì)結(jié)果文本文件（如：lp.txt）以及數(shù)據(jù)文件firiir.dat。4.實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的數(shù)字濾波器（1）連接計(jì)算機(jī)和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的USB接口，對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)加電；（2）按下SW101按鈕選擇DSP工作的程序，當(dāng)程序號(hào)模塊顯示“8”（3）運(yùn)行“濾波器設(shè)計(jì)”程序，出現(xiàn)如圖18-5所示的界面，點(diǎn)擊“濾波器系數(shù)裝載”按鈕把設(shè)計(jì)好的濾波器數(shù)據(jù)文件firiir.dat裝入應(yīng)用程序；圖18-5濾波器系數(shù)裝載窗口（4）連接P702和P101將正弦信號(hào)送入DSP模塊；（5）調(diào)節(jié)輸入信號(hào)頻率，在TP801上觀測(cè)波形的變化，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的濾波器。四、實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展1.用雙線性變換法設(shè)計(jì)并用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一個(gè)三階的契比雪夫Ⅰ型低通數(shù)字濾波器，其采樣頻率Fs=8KHz，1DB通帶邊界頻率為fp=2KHz。（1）用雙線性變換法設(shè)計(jì)以上低通濾波器。（2）建立其數(shù)據(jù)文件。對(duì)這數(shù)據(jù)文件進(jìn)行匯編連接,并將匯編后產(chǎn)生的匯編文件調(diào)入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。（3）在輸入端加正弦波，用雙蹤示波器觀測(cè)數(shù)字濾波器的幅頻特性，并將測(cè)量數(shù)據(jù)記入自行準(zhǔn)備的表格,并描繪其幅頻特性曲線。2.用雙線性變換法設(shè)計(jì)并用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一個(gè)三階的契比雪夫Ⅱ型高通數(shù)字濾波器，其采樣頻率Fs=16KHz，阻帶邊界頻率為fst=4KHz，As=20dB。要求：（1）用雙線性變換法設(shè)計(jì)以上高通濾波器。（2）建立其數(shù)據(jù)文件。對(duì)這數(shù)據(jù)文件進(jìn)行匯編連接,并將匯編后產(chǎn)生的匯編文件調(diào)入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。（3）在輸入端加正弦波，用雙蹤示波器觀測(cè)數(shù)字濾波器的幅頻特性，將測(cè)量數(shù)據(jù)記入自行準(zhǔn)備的表格,并描繪其幅頻特性曲線。3.設(shè)計(jì)一個(gè)FIR帶通數(shù)字濾波器，其采樣頻率Fs=16KHz，通帶邊界頻率分別為fp2=3KHz，fp1=5KHz，要求在通帶內(nèi)Rp<1dB。f小于2KHz，大于6KHz為阻帶，As>40dB。（1）設(shè)計(jì)符合以上要求的數(shù)字濾波器，并編寫能夠輸出FS、N、ai、bi參數(shù)的程序。（2）用硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的FIR數(shù)字濾波器，用示波器觀察其設(shè)計(jì)結(jié)果，逐點(diǎn)描繪其曲線，并與MATLAB中顯示的結(jié)果相比較。4.設(shè)計(jì)一個(gè)FIR帶阻數(shù)字濾波器，其采樣頻率Fs=32KHz，上下阻帶邊界頻率為fs2=5KHz，fs1=10KHz，As>40dB；下通帶邊界頻率為4KHz，上通帶邊界頻率為11KHz，Rp<1dB。（1）設(shè)計(jì)符合以上要求的數(shù)字濾波器，并編寫能夠輸出FS、N、ai、bi參數(shù)的程序。（2）用硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的FIR數(shù)字濾波器，用示波器觀察其設(shè)計(jì)結(jié)果，逐點(diǎn)描繪其曲線，并與MATLAB中顯示的結(jié)果相比較。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.描述數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法；2.自行設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)數(shù)字濾波器。六、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.雙蹤示波器1臺(tái)2.信號(hào)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱1臺(tái)3.計(jì)算機(jī)1臺(tái)語(yǔ)音信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)1語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域觀測(cè)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解語(yǔ)音信號(hào)的特點(diǎn)；2.了解語(yǔ)音的數(shù)字化的采樣頻率及數(shù)字化過(guò)程；3使用上層軟件觀察語(yǔ)音數(shù)據(jù)時(shí)域波形，并采集一段語(yǔ)音數(shù)據(jù)試聽(tīng)。二、實(shí)驗(yàn)原理1.語(yǔ)音信號(hào)介紹語(yǔ)音信號(hào)是攜帶語(yǔ)音信息的語(yǔ)音聲波，如果經(jīng)過(guò)聲電轉(zhuǎn)換就得到語(yǔ)音的電信號(hào)，而語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字處理基于語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化表示，模擬語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后就得到離散的語(yǔ)音信號(hào)數(shù)字化采樣。語(yǔ)音的數(shù)字化采樣值以文件形式存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中就可以用到有關(guān)工具程序或者自編程序讀出并顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，得到便于觀察分析的語(yǔ)音時(shí)域波形圖。根據(jù)語(yǔ)音的日常應(yīng)用，語(yǔ)音可大致分為3類：窄帶（電話帶寬300-3400Hz）語(yǔ)音，寬帶（7Khz）語(yǔ)音和音樂(lè)帶寬（20Khz）語(yǔ)音，窄帶語(yǔ)音的采樣率通常為8Khz，一般應(yīng)用于語(yǔ)音通信中，寬帶（7KHZ）語(yǔ)音采樣率通常為16Khz，一般用于要求更高音質(zhì)的應(yīng)用中，如電視會(huì)議，而20Khz帶寬語(yǔ)音適用于音樂(lè)數(shù)字化，采樣率一般高達(dá)44.1Khz。由于在以后的實(shí)驗(yàn)中，都是以話音為研究單元，因此我們?cè)谡Z(yǔ)音數(shù)字化過(guò)程中，統(tǒng)一的使用了8Khz的采樣率。圖1語(yǔ)音信號(hào)時(shí)域波形 上圖是一個(gè)女聲發(fā)音的“我到北京去”的時(shí)域波形圖，該語(yǔ)音段的頻譜寬度為300-3400Hz，采樣頻率為8kHz，持續(xù)時(shí)間為4S。從圖中可以看出，語(yǔ)音信號(hào)有很強(qiáng)的“時(shí)變特性”，有些波段具有很強(qiáng)的周期性，有些波段具有很強(qiáng)的噪聲特性，且周期性語(yǔ)音和噪聲性語(yǔ)音的特征也在不斷變化中。 語(yǔ)音按其激勵(lì)形式的不同主要可以分為兩類：濁音:當(dāng)氣流通過(guò)聲門時(shí)，如果聲帶的張力剛好使聲帶發(fā)生張弛振蕩式的振蕩，產(chǎn)生一股準(zhǔn)周期的氣流，這一氣流激勵(lì)聲道就產(chǎn)生濁音。清音:當(dāng)氣流通過(guò)聲門時(shí)，如果聲帶不振動(dòng)，而在某處收縮，迫使氣流以高速通過(guò)這一收縮部分而產(chǎn)生湍流，就得到清音。在下圖給出了清音和濁音的波形圖：圖（a）清音圖（b）濁音2.語(yǔ)音編解碼芯片-WM8731 WM8731是一款帶有集成耳機(jī)驅(qū)動(dòng)器的極低功耗、高質(zhì)量音頻編碼解碼器，專為便攜數(shù)字音頻應(yīng)用而設(shè)計(jì)。該器件可以提供CD音質(zhì)的音頻錄音和回放，為16歐姆的負(fù)載提供50mW的輸出功率。*帶有集成耳機(jī)驅(qū)動(dòng)器的立體聲音頻編解碼器(50mWon16W@3.3V)*2.7–3.6V模擬電源電壓（標(biāo)準(zhǔn)版）*回放模式下功耗<18mW*100dB信噪比(‘A’weighted@48kHz)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器*90dB信噪比(‘A’weighted@48kHz)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器*采樣率范圍：8kHz–96kHz*主時(shí)鐘或者從時(shí)鐘模式*USB時(shí)鐘模式可以從USB時(shí)鐘直接生成一般MP3的所有采樣率(incl.441.kHz)*輸出音量和靜音控制*麥克風(fēng)輸入和帶有側(cè)音混頻器的駐極體偏壓*可選擇的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)高通濾波器*2線或3線微處理器(MPU)串行控制接口*可編程音頻數(shù)據(jù)接口模式3．實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)介紹 在本實(shí)驗(yàn)中，將完成語(yǔ)音的數(shù)字化處理過(guò)程，并實(shí)現(xiàn)的語(yǔ)音的錄放和采集。語(yǔ)音信號(hào)采樣的結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：圖3語(yǔ)音信號(hào)采集示意圖 語(yǔ)音通過(guò)MIC進(jìn)入WM8731，經(jīng)過(guò)WM8731處理并完成數(shù)字化后，進(jìn)入DSP完成語(yǔ)音的的回放和傳輸，PC機(jī)端收到語(yǔ)音信號(hào)后，可以完成語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域觀察和頻域分析。圖4上層軟件界面圖形 上圖為語(yǔ)音采集軟件界面示例：在該軟件中，可以看到音頻波形和細(xì)節(jié)波形兩個(gè)窗口，分別可以觀察語(yǔ)音信號(hào)的輪廓和語(yǔ)音信號(hào)的細(xì)節(jié)成分。 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟 在實(shí)驗(yàn)中，使用PC端的語(yǔ)音觀測(cè)軟件，觀測(cè)語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域波形。1.連接麥克風(fēng)和耳機(jī)到實(shí)驗(yàn)箱右下側(cè)接口；2.按下SW101按鈕，使程序指示燈D3D2D1D0=1011，指示燈對(duì)應(yīng)語(yǔ)音采集； 3.打開(kāi)RZ8664上層軟件，觀察實(shí)時(shí)語(yǔ)音數(shù)據(jù)，并觀察對(duì)應(yīng)的波形；實(shí)驗(yàn)2語(yǔ)音信號(hào)的頻域分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解語(yǔ)音信號(hào)的頻率成分；2.采集一段語(yǔ)音進(jìn)行頻譜分析；3.了解語(yǔ)譜圖，并使用MATLAB畫出一段語(yǔ)音的語(yǔ)譜圖。二、實(shí)驗(yàn)原理1.語(yǔ)音信號(hào)頻域介紹 語(yǔ)音的產(chǎn)生是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，語(yǔ)音信號(hào)的最終形成是包含眾多因素的，包括心理和生理等方面的一系列動(dòng)作，因此語(yǔ)音信號(hào)是較為復(fù)雜的音頻信號(hào)，包含眾多的頻率成分，有些頻率成分對(duì)于語(yǔ)音的產(chǎn)生有比較大的影響，缺少了語(yǔ)音的語(yǔ)義就會(huì)完全失真，有些頻率成分則是噪聲信號(hào)，缺少了對(duì)語(yǔ)音的語(yǔ)音基本沒(méi)有影響。 下圖是一個(gè)女聲發(fā)音的“我到北京去”的時(shí)域波形圖，該語(yǔ)音段的頻譜寬度為300-3400Hz，采樣頻率為8kHz，持續(xù)時(shí)間為4S。現(xiàn)在對(duì)下面的信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。圖1語(yǔ)音信號(hào)時(shí)域及頻域圖形 在上圖中給出了一段語(yǔ)音信號(hào)和這段語(yǔ)音信號(hào)的頻域圖形，可以看出語(yǔ)音信號(hào)從幾十Hz到1500Hz頻段都有頻率分布，在該頻段上，各個(gè)頻率對(duì)應(yīng)幅度也有不同。每個(gè)頻率成分都是怎么產(chǎn)生的，又有什么樣的作用，這就是音頻信號(hào)頻域分析需要注意的問(wèn)題。2．語(yǔ)譜圖 語(yǔ)音信號(hào)隨時(shí)間而變化的頻譜特性可以用語(yǔ)譜圖直觀的來(lái)表示。語(yǔ)譜圖的縱軸對(duì)應(yīng)與頻率，橫軸對(duì)應(yīng)于時(shí)間，二圖像的黑白度（也可用彩色）對(duì)應(yīng)于信號(hào)的能量。所以，聲道的諧振在圖上就表示成黑帶，濁音部分則以出現(xiàn)條紋圖形為特征，這是因?yàn)榇藭r(shí)的時(shí)域波形具有周期性，而在清音的時(shí)間間隔內(nèi)圖形顯得很致密。 下面給出了上面“我到北京去”語(yǔ)音信號(hào)的語(yǔ)譜圖，試對(duì)比上面介紹內(nèi)容，分析該語(yǔ)譜圖，分析語(yǔ)音信號(hào)的特征。圖2語(yǔ)譜圖四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1.連接麥克風(fēng)和耳機(jī)到實(shí)驗(yàn)箱右下側(cè)接口；2.按下SW101按鈕，使程序指示燈D3D2D1D0=1011，指示燈對(duì)應(yīng)語(yǔ)音采集； 3.打開(kāi)RZ8664上層軟件，觀察實(shí)時(shí)語(yǔ)音數(shù)據(jù)，并將語(yǔ)音數(shù)據(jù)保存為.wav格式文件；實(shí)驗(yàn)3語(yǔ)音信號(hào)的尺度變換一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解語(yǔ)音信號(hào)數(shù)字化的方法；2.掌握語(yǔ)音信號(hào)時(shí)域頻域有關(guān)特性：時(shí)域波形、頻域頻譜。二、實(shí)驗(yàn)原理說(shuō)明1.尺度變換 尺度變換是指，如果信號(hào)在時(shí)域進(jìn)行壓縮或者擴(kuò)展，相應(yīng)該信號(hào)在頻域也會(huì)進(jìn)行擴(kuò)展和壓縮，其表示如下： 圖1尺度變換的性質(zhì) 如上圖所示，以矩形脈沖為原始信號(hào)進(jìn)行尺度變換的兩個(gè)例子。尺度變換的物理含義是，如果信號(hào)在時(shí)域進(jìn)行壓縮，即當(dāng)a>1時(shí)，其頻譜將在頻域進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)展；反之，如果信號(hào)在時(shí)域進(jìn)行擴(kuò)展，即當(dāng)0<a<1時(shí)，則其頻譜將在頻域進(jìn)行壓縮。 尺度變換所描述的信號(hào)在時(shí)域和頻域中相互制約的反比關(guān)系是一個(gè)很重要的性質(zhì)，在信號(hào)與系統(tǒng)的分析與綜合中往往要涉及到這個(gè)性質(zhì)。例如，在數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的發(fā)展歷程中，為了得到高速的傳輸速率，就必須提高傳輸媒質(zhì)的帶寬，由此而導(dǎo)致了傳輸媒質(zhì)從銅線電纜到光纜的變遷。 為什么時(shí)域壓縮會(huì)導(dǎo)致頻域擴(kuò)展，而時(shí)域擴(kuò)展會(huì)導(dǎo)致頻域壓縮呢？因?yàn)闀r(shí)間坐標(biāo)尺度的變化會(huì)改變信號(hào)變化的快慢，當(dāng)時(shí)間坐標(biāo)尺度壓縮時(shí)，信號(hào)變化加快，因而頻率提高了；反之，當(dāng)時(shí)間坐標(biāo)擴(kuò)展時(shí)，信號(hào)變化減慢，因而頻率也就降低了。例如，當(dāng)播放一合音樂(lè)磁帶時(shí)，如果播放的速度和錄制的速度不同，則人耳所聽(tīng)到的效果將會(huì)不同：如果播放的速度快