教育實驗報告

時間：2024-10-27 07:41:14 實驗報告我要投稿

（集合）教育實驗報告范文

　　在我們平凡的日常里，報告的用途越來越大，報告成為了一種新興產業。你還在對寫報告感到一籌莫展嗎？下面是小編收集整理的教育實驗報告范文，歡迎閱讀與收藏。

（集合）教育實驗報告范文

　　一、實驗目的

　　1、了解抽樣定理在通信系統中的重要性

　　2、掌握自然抽樣及平頂抽樣的實現方法。

　　3、理解低通采樣定理的原理。

　　4、理解實際的抽樣系統。

　　5、理解低通濾波器的幅頻特性對抽樣信號恢復的影響。

　　6、理解低通濾波器的相頻特性對抽樣信號恢復的影響。

　　7、理解帶通采樣定理的原理。

　　二、實驗器材

　　1、主控&信號源、3號模塊各一塊

　　2、雙蹤示波器一臺

　　3、連接線若干

　　三、實驗原理

　　1、實驗原理框圖

　　保持電路平頂抽樣S1自然抽樣A-out抽樣脈沖抽樣輸出LPF-InLPFLPF-oUTmusic信號源被抽樣信號抗混疊濾波器抽樣電路編碼輸入譯碼輸出FIR/IIR3#信源編譯碼模塊FPGA數字濾波

　　圖1-1抽樣定理實驗框圖

　　2、實驗框圖說明

　　抽樣信號由抽樣電路產生。將輸入的被抽樣信號與抽樣脈沖相乘就可以得到自然抽樣信號，自然抽樣的信號經過保持電路得到平頂抽樣信號。平頂抽樣和自然抽樣信號是通過開關S1切換輸出的。

　　抽樣信號的恢復是將抽樣信號經過低通濾波器，即可得到恢復的信號。這里濾波器可以選用抗混疊濾波器（8階3.4kHz的巴特沃斯低通濾波器）或FPGA數字濾波器（有FIR、IIR兩種）。反sinc濾波器不是用來恢復抽樣信號的，而是用來應對孔徑失真現象。

　　要注意，這里的數字濾波器是借用的信源編譯碼部分的端口。在做本實驗時與信源編譯碼的內容沒有聯系。

　　四、實驗步驟

　　實驗項目一抽樣信號觀測及抽樣定理驗證

　　概述：通過不同頻率的抽樣時鐘，從時域和頻域兩方面觀測自然抽樣和平頂抽樣的輸出波形，以及信號恢復的混疊情況，從而了解不同抽樣方式的輸出差異和聯系，驗證抽樣定理。

　　1、關電，按表格所示進行連線。

　　源端口信號源：MUSIc

　　信號源：A-oUT目標端口連線說明

　　模塊3：TH1(被抽樣信號)將被抽樣信號送入抽樣單元

　　模塊3：TH2(抽樣脈沖) 提供抽樣時鐘送入模擬低通濾波器

　　模塊3：TH3(抽樣輸出)模塊3：TH5(LPF-In) 2、開電，設置主控菜單，選擇【主菜單】→【通信原理】→【抽樣定理】。調節主控模塊的W1使A-out輸出峰峰值為3V。

　　3、此時實驗系統初始狀態為：被抽樣信號MUSIc為幅度4V、頻率3K+1K正弦合成波。抽樣脈沖A-oUT為幅度3V、頻率9KHz、占空比20%的方波。

　　4、實驗操作及波形觀測。

　　（1）觀測并記錄自然抽樣前后的信號波形：設置開關S13#為“自然抽樣”檔位，用示波器分別觀測MUSIc

　　主控&信號源

　　和抽樣輸出3#。

　　（2）觀測并記錄平頂抽樣前后的信號波形：設置開關S13#為“平頂抽樣”檔位，用示波器分別觀測MUSIc

　　主控&信號源

　　和抽樣輸出3#。

　　（3）觀測并對比抽樣恢復后信號與被抽樣信號的波形：設置開關S13#為“自然抽樣”檔位，用示波器觀測MUSIc

　　主控&信號源

　　和LPF-oUT3#，以100Hz的步進減小A-oUT

　　主控&信號源

　　的頻率，比較觀測并思考在抽樣脈沖頻率多小的情況下恢復信號有失真。

　　（4）用頻譜的角度驗證抽樣定理（選做）：用示波器頻譜功能觀測并記錄被抽樣信號MUSIc和抽樣輸出頻譜。以100Hz的步進減小抽樣脈沖的頻率，觀測抽樣輸出以及恢復信號的頻譜。（注意：示波器需要用250kSa/s采樣率（即每秒采樣點為250K），FFT縮放調節為×10）。

　　注：通過觀測頻譜可以看到當抽樣脈沖小于2倍被抽樣信號頻率時，信號會產生混疊。

　　實驗項目二濾波器幅頻特性對抽樣信號恢復的影響

　　概述：該項目是通過改變不同抽樣時鐘頻率，分別觀測和繪制抗混疊低通濾波和fir數字濾波的幅頻特性曲線，并比較抽樣信號經這兩種濾波器后的恢復效果，從而了解和探討不同濾波器幅頻特性對抽樣信號恢復的影響。

　　1、測試抗混疊低通濾波器的幅頻特性曲線。

　　（1）關電，按表格所示進行連線。

　　源端口目標端口連線說明信號源：A-oUT模塊3：TH5(LPF-In)將信號送入模擬濾波器

　　（2）開電，設置主控模塊，選擇【信號源】→【輸出波形】和【輸出頻率】，通過調節相應旋鈕，使A-oUT

　　主控&信號源

　　輸出頻率5KHz、峰峰值為3V的正弦波。

　　（3）此時實驗系統初始狀態為：抗混疊低通濾波器的輸入信號為頻率5KHz、幅度3V的正弦波。

　　（4）實驗操作及波形觀測。

　　用示波器觀測LPF-oUT3#。以100Hz步進減小A-oUTLPF-oUT3#的頻譜。記入如下表格：

　　A-oUT頻率/Hz 5K … 4.5K … 3.4K … 3.0K … 2、測試fir數字濾波器的幅頻特性曲線。

　　（1）關電，按表格所示進行連線。

　　源端口目標端口連線說明基頻幅度/V主控&信號源

　　輸出頻率，觀測并記錄

　　信號源：A-oUT模塊3：TH13(編碼輸入)將信號送入數字濾波器

　　（2）開電，設置主控菜單：選擇【主菜單】→【通信原理】→【抽樣定理】→【FIR濾波器】。調節【信號源】，使A-out輸出頻率5KHz、峰峰值為3V的正弦波。

　　（3）此時實驗系統初始狀態為：fir濾波器的輸入信號為頻率5KHz、幅度3V的正弦波。

　　（4）實驗操作及波形觀測。

　　用示波器觀測譯碼輸出3#，以100Hz的步進減小A-oUT碼輸出3#的頻譜。記入如下表格：

　　A_out的頻率/Hz 5K … 4K … 3K … 2K ...基頻幅度/V主控&信號源

　　的頻率。觀測并記錄譯

　　由上述表格數據，畫出fir低通濾波器幅頻特性曲線。

　　思考：對于3KHz低通濾波器，為了更好的畫出幅頻特性曲線，我們可以如何調整信號源輸入頻率的步進值大小？

　　3、分別利用上述兩個濾波器對被抽樣信號進行恢復，比較被抽樣信號恢復效果。

　　（1）關電，按表格所示進行連線：

　　源端口信號源：MUSIc信號源：A-oUT目標端口連線說明模塊3：TH1(被抽樣信號) 提供被抽樣信號

　　模塊3：TH2(抽樣脈沖) 提供抽樣時鐘送入模擬低通濾波器送入FIR數字低通濾波器模塊3：TH3(抽樣輸出)

　　模塊3：TH5(LPF-In)模塊3：TH3(抽樣輸出)

　　模塊3：TH13(編碼輸入)

　　（2）開電，設置主控菜單，選擇【主菜單】→【通信原理】→【抽樣定理】→【FIR濾波器】。調節W1

　　主控&信號源

　　使信號A-oUT輸出峰峰值為3V左右。

　　（3）此時實驗系統初始狀態為：待抽樣信號MUSIc為3K+1K正弦合成波，抽樣時鐘信號A-oUT為頻率9KHz、占空比20%的方波。

　　（4）實驗操作及波形觀測。對比觀測不同濾波器的信號恢復效果：用示波器分別觀測

　　LPF-oUT3#和譯碼輸出3#，以100Hz步進減小抽樣時鐘A-oUT的輸出頻率，對比觀測模擬濾波器和FIR數字濾波器在不同抽樣頻率下信號恢復的效果。（頻率步進可以根據實驗需求自行設置。）思考：不同濾波器的幅頻特性對抽樣恢復有何影響？實驗項目三濾波器相頻特性對抽樣信號恢復的影響。

　　概述：該項目是通過改變不同抽樣時鐘頻率，從時域和頻域兩方面分別觀測抽樣信號經fir濾波和iir濾波后的恢復失真情況，從而了解和探討不同濾波器相頻特性對抽樣信號恢復的影響。

　　1、觀察被抽樣信號經過fir低通濾波器與iir低通濾波器后，所恢復信號的頻譜。

　　（1）關電，按表格所示進行連線。

　　源端口信號源：MUSIc信號源：A-oUT目標端口連線說明模塊3：TH1(被抽樣信號) 提供被抽樣信號模塊3：TH2(抽樣脈沖) 提供抽樣時鐘將信號送入數字濾波器模塊3：TH3(抽樣輸出)模塊3：TH13(編碼輸入)

　　（2）開電，設置主控菜單，選擇【主菜單】→【通信原理】→【抽樣定理】。調節W1

　　主控&信號源

　　使信號A-oUT輸出峰峰值為3V左右。

　　（3）此時實驗系統初始狀態為：待抽樣信號MUSIc為3K+1K正弦合成波，抽樣時鐘信號A-oUT為頻率9KHz、占空比20%的方波。

　　（4）實驗操作及波形觀測。

　　a、觀測信號經fir濾波后波形恢復效果：設置主控模塊菜單，選擇【抽樣定理】→【FIR濾波器】；設置【信號源】使A-oUT輸出的抽樣時鐘頻率為7.5KHz；用示波器觀測恢復信號譯碼輸出3#的波形和頻譜。

　　b、觀測信號經iir濾波后波形恢復效果：設置主控模塊菜單，選擇【抽樣定理】→【IIR濾波器】；設置【信號源】使A-oUT輸出的抽樣時鐘頻率為7.5KHz；用示波器觀測恢復信號譯碼輸出3#的波形和頻譜。

　　c、探討被抽樣信號經不同濾波器恢復的頻譜和時域波形：

　　被抽樣信號與經過濾波器后恢復的信號之間的頻譜是否一致？如果一致，是否就是說原始信號能夠不失真的恢復出來？用示波器分別觀測fir濾波恢復和iir濾波恢復情況下，譯碼輸出3#的時域波形是否完全一致，如果波形不一致，是失真呢？還是有相位的平移呢？如果相位有平移，觀測并計算相位移動時間。

　　2、觀測相頻特性

　　（1）關電，按表格所示進行連線。

　　源端口目標端口連線說明信號源：A-oUT模塊3：TH13(編碼輸入)使源信號進入數字濾波器

　　（2）開電，設置主控菜單，選擇【主菜單】→【通信原理】→【抽樣定理】→【FIR濾波器】。

　　（3）此時系統初始實驗狀態為：A-oUT為頻率9KHz、占空比20%的方波。

　　（4）實驗操作及波形觀測。

　　對比觀測信號經fir濾波后的相頻特性：設置【信號源】使A-oUT輸出頻率為5KHz、峰峰值為3V的正弦波；以100Hz步進減小A-oUT輸出頻率，用示波器對比觀測A-oUT控&信號源主和譯碼輸出3#的時域波形。相頻特性測量就是改變信號的頻率，測輸出信號的延時（時域上觀測）。記入如下表格：

　　A-oUT的頻率/Hz被抽樣信號與恢復信號的相位延時/ms 3.5K 3.4K 3.3K ...

　　五、實驗報告

　　1、分析電路的工作原理，敘述其工作過程。

　　2、繪出所做實驗的電路、儀表連接調測圖。并列出所測各點的波形、頻率、電壓等有關數據，對所測數據做簡要分析說明。必要時借助于計算公式及推導。

　　3、分析以下問題：濾波器的幅頻特性是如何影響抽樣恢復信號的？簡述平頂抽樣和自然抽樣的原理及實現方法。

　　答：濾波器的截止頻率等于源信號譜中最高頻率fn的低通濾波器，濾除高頻分量，經濾波后得到的信號包含了原信號頻譜的全部內容，故在低通濾波器輸出端可以得到恢復后的原新號。當抽樣頻率小于2倍的原新號的最高頻率即濾波器的截止頻率時，抽樣信號的頻譜會發生混疊現象，從發生混疊后的頻譜中無法用低通濾波器獲得信號頻譜的全部內容，從而導致失真。

　　平頂抽樣原理：抽樣脈沖具有一定持續時間，在脈寬期間其幅度不變，每個抽樣脈沖頂

　　部不隨信號變化。實際應用中是采用抽樣保持電路來實現的。

　　自然抽樣原理：抽樣脈沖具有一定持續時間，在脈寬期間其幅度不變，每個抽樣脈沖頂部隨信號幅度變化。用周期性脈沖序列與信號相乘就可以實現。

　　4、思考一下，實驗步驟中采用3K+1K正弦合成波作為被抽樣信號，而不是單一頻率的正弦波，在實驗過程中波形變化的觀測上有什么區別？對抽樣定理理論和實際的研究有什么意義？

　　答：觀測波形變化時更穩定。使抽樣定理理論的驗證結果更可靠。

　　實驗步驟：

　　（1）觀測并記錄自然抽樣前后的信號波形：設置開關K1為“自然抽樣”檔位，用示波器觀測。

　　（2）觀測并記錄平頂抽樣前后的信號波形：設置開關K1為“平頂抽樣”檔位，用示波器觀測。

　　（3）觀測并對比抽樣恢復后信號與被抽樣信號的波形：設置開關K1為“自然抽樣”

　　檔位，用示波器觀測頻率，比較觀測并思考在抽樣脈沖頻率多小的情況下恢復信號有失真。

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