基于实验箱和matlab相结合的信号与系统实验的改革

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1、基于实验箱和Matlab相结合的信号与系统实验的改革　　摘要：针对传统信号与系统实验内容单一、实验方法和实验手段不够灵活，提出基于EL-SS-III型实验箱和Matlab相结合的实验设计方法。首先根据实验要求设计电路，在实验系统的实验箱上搭建电路，然后通过示波器观察实验波形；在EL-SS-III型实验系统提供的系统软件和A/D、D/A数据采集系统的基础上，用计算机设置各项参数并观察验证波形；再用MATLAB语言对各项实验进行计算机仿真。实践表明，通过硬件电路设计和连接，能锻炼学生的思维创新和动手操

2、作能力，而软件仿真直观、简便。二者结合加深了学生对理论知识的理解，提高了学生独立思考、灵活创新等方面的能力。　　关键词：Matlab信号与系统实验电路设计　　“信号与系统”11是高等工科院校电类及其相关专业的一门重要的专业基础课。但学生在学习这门课时，普遍感到概念很抽象[1]，对其中的分析方法与基本理论不能很好地理解与掌握。因此，如何让学生尽快理解和掌握课程的基本概念、基本原理、基本分析方法，以及学会灵活运用这一理论工具，是开设信号与系统课程所要解决的关键问题。为了达到这一教学目的，课程实验是不可

3、缺少的。实践教学不是理论教学的辅助和补充，而是理论教学的延伸，以及尝试素质培养的重要环节。实验方式一般来说有两种：硬件实验和软件仿真。本次实验开发就将硬件实验和软件仿真结合起来，使实验内容和形式都变得丰富起来，既帮助学生加深了对理论知识的理解，又培养了学生对抽象概念的形象思维和类比联想。实验的目的不仅是获得实验结果，更要引导学生观察实验过程中的现象，思索实验过程中的原理，寻求解决问题的方法，从而培养学生科学探索的精神。　　1.EL-SS-III型实验系统和Matlab软件介绍　　本次设计的实验采用

4、的是由北京精仪达盛科技有限公司生产的EL-SS-III型实验系统。该实验系统主要由计算机、A/D和D/A采集卡、自动控制原理实验箱、打印机组成。如图1-1所示。　　1.1A/D和D/A采集卡　　A/D和D/A采集卡采用EZUSB2131芯片作为主控芯片，负责数据采集，用EPM7128作为SPI总线转换。A/D为TL1570I，其采样位数为10位，采样率为1KHz。D/A为MAX5159，其转换位数为10位，转换速率为1K。采集卡有两路输出（DA1、DA2）和两路输入（AD1、AD2），其输入和输出

5、电压均为-5V-+5V。　　1.2实验箱面板简介　　实验箱面板布局如图1-2所示。　　（1）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形式和阶次的模拟环节和控制系统。　　（2）电阻、电容区，主要提供实验所需的二极管、电阻和电容。11　　（3）A/D、D/A卡输入输出模块，该区域是引出A/D、D/A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。

6、　　（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，只要按变阻箱和变容箱旁边的“+”、“-”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。　　1.3MATLAB是Mathworks公司于推出的一套高性能的数值计算和可视化软件。它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成方便的、界面友好的用户环境。对所要求解决的问题，用户只需简单列出数学表达式，其结果

7、便以数值或图形的方式显示出来。该软件功能强大，界面直观，语言自然，使用方便，是目前高等院校广泛使用的优秀应用软件。　　2.基于EL-SS-III型实验系统和Matlab软件的实验步骤　　基于EL-SS-III型实验系统和Matlab软件进行信号与系统实验的具体流程，首先根据实验要求进行分析计算，设计出相应的电路；然后利用EL-SS-III型实验系统搭建电路，根据具体问题做出改进，得到合适的元器件参数；最后，利用Matlab软件对信号的稳定性进行分析仿真。　　3.实验实例展示　　连续时间系统的模拟，

8、通过实验可以让学生掌握用基本的运算单元模拟连续时间系统的方法。在实验中要让学生根据模电所学的知识，把加法器、积分器等结合起来，设计出实现一定功能的模拟电路图。　　3.1实验原理11　　系统的模拟就是由基本的运算单元（加法器、积分器、标量乘法器）组成的模拟装置模拟实际的系统。这些实际系统可以是电的或非电的物理系统，也可以是非物理系统。模拟装置可以与实际的内容完全不同，但用来模拟的装置和原系统的输入输出的关系上可以用同样的微分方程描述，即传输函数完全相同。可通过对模拟装置的研究分析实际