信号取样与恢复系统设计说明.doc

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1、..课题一信号取样与恢复系统设计一、本课题的目的本课题主要研究信号取样与恢复的软硬件实现方法以及相关滤波器的设计及应用。通过本课题的设计，拟主要达到以下几个目的：(1)了解模拟信号取样与恢复电路的原理及实现方法。(2)深入理解信号频谱和信号滤波的概念，掌握模拟低通滤波器的设计与实现方法。(3)通过对各种条件下的信号取样与恢复仿真及实测波形的深入分析，加深对时域取样定理的理解。(4)掌握利用Multisim软件进行模拟电路设计及仿真的方法。(5)了解信号取样与恢复硬件电路系统的设计、制作、调试过程及步骤。(6)培养学生运用所学知识分析和解决实际问题的能力。二、课题任务本课题采用软

2、件仿真与硬件电路设计制作相结合的方式，对信号取样与恢复的原理、实现方法进行深入研究分析，并完成信号取样与恢复电路的制作与调试。主要任务包括以下几个方面：(1)信号取样与恢复实验电路原理图设计与功能仿真。(2)信号恢复理想低通滤波器的参数调节及其频率响应的理论与仿真分析。(3)借助Multisim软件，分别在有混叠和无混叠的条件下，对输入信号、取样脉冲序列、取样信号、恢复信号的时域波形、频谱进行仿真，并结合所学课程相关知识，对所得结果进行深入分析。(4)研究取样脉冲序列的频率、脉宽对取样及恢复信号的影响。(5)信号取样与恢复实验电路板的制作、调试和测试，并与仿真结果进行比较分析。

3、三、主要设备和软件(1)信号与系统实验箱一台，含同步信号源(2)PC机一台(3)Multisim软件一套，10.0以上版本(4)Matlab软件一套，7.0以上版本(5)信号取样与恢复电路PCB板及相关元器件，一套(6)示波器1台(7)焊接工具1套四、设计容、步骤和要求.....4.1信号取样与恢复电路设计与验证（1）根据信号与线性系统课程硬件实验需要，设计信号取样与恢复实验电路的原理图。（2）采用Multisim软件对所设计电路进行功能验证。4.2恢复滤波器的设计与仿真（1）根据所设计的电路原理图，分析恢复滤波器的系统模型，包括时域、频域和复频域模型，模型中的部分参数（电阻、

4、电容等）作为待定参数，列出各种模型的数学表达式。（2）通过调整恢复滤波器中的待定参数，分别设计出截止频率为1kHz、4kHz、8kHz的低通滤波器。要求所设计滤波器的通带纹波不大于10%，并且在滤波器阶次一定的条件下，使得过渡带幅频响应曲线的下降尽可能陡。可以通过调整多个不同元件参数来改变滤波器的截止频率等特性，个人独立完成参数分析调整，结果不得与他人雷同。（3）对于所设计的不同截止频率恢复滤波器，根据其系统函数（频率响应），利用Matlab软件画出其理论频率响应曲线（含幅频响应与相频响应）。（4）利用Multisim软件，仿真测试所设计的不同截止频率恢复滤波器电路的频率响应曲

5、线（含幅频响应与相频响应），并与上一步得出理论频率响应曲线进行比较分析。4.3信号取样与恢复电路的仿真测试分析（1）按照表4-1的要求，借助Multisim软件，针对不同截止频率的恢复滤波器和不同频率的取样脉冲序列（取样脉冲序列占空比自行确定），分别采用不同频率的正弦信号（正弦信号初相角自行选择）作为输入，仿真测取输入信号、取样脉冲序列、取样信号、恢复信号的时域波形和频谱。表4-1仿真测试输入信号设置表恢复滤波器截止频率取样脉冲序列1kHz4kHz8kHz8kHz矩形脉冲序列7kHz正弦波2kHz正弦波2kHz正弦波16kHz矩形脉冲序列1kHz正弦波12kHz正弦波10kHz

6、正弦波32kHz矩形脉冲序列1kHz正弦波4kHz正弦波8kHz正弦波（2）结合有关信号频谱、信号取样与恢复、信号滤波等方面的理论知识，对上一步所得出的时域、频域结果进行深入理论分析，探讨其理论基础。主要从频域的角度，分别讨论在无混叠和有混叠的情况下，取样与恢复前后信号频谱中各频率分量幅度的变化及其原因，要求有详细的定量计算分析过程。.....（3）将输入信号改为其它类型，如三角波、锯齿波、方波等，重新进行仿真测试，并对结果（时域、频域）进行理论和定量计算分析。输入波形的种类、频率自定，采用的取样频率和恢复滤波器截止频率自行选择，但至少采用3种不同频率或类型的输入信号。（4）针

7、对截止频率为1kHz的恢复滤波器，分别采用50%、20%、10%三种占空比的取样脉冲序列（频率自定，满足无混叠要求），对1kHz正弦信号进行取样与恢复仿真测试，比较不同占空比的取样脉冲序列对取样结果和恢复结果的影响，并结合相关理论知识，分析其原因。4.4信号恢复与取样实验电路板的制作、调试与测试（1）利用已经设计加工完成的信号恢复与取样电路PCB，完成元器件的安装焊接。电路板采用的恢复滤波器截止频率为1kHz左右，按本指导书附录提供的电路图元件参数和PCB图进行焊接。（2）将焊接完成的电路板