抽样定理99615上课讲义Word文件下载.docx
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2、双踪示波器一台
3、连接线若干
三、实验原理
1、实验原理框图
图1-
1抽样定理实验框图
2、实验框图说明
抽样信号由抽样电路产生。
将输入的被抽样信号与抽样脉冲相乘就可以得到自然抽样信号,自然抽样的信号经过保持电路得到平顶抽样信号。
平顶抽样和自然抽样信号是通过开关S1切换输出的。
抽样信号的恢复是将抽样信号经过低通滤波器,即可得到恢复的信号。
这里滤波器可以选用抗混叠滤波器(8阶3.4kHz的巴特沃斯低通滤波器)或FPGA数字滤波器(有FIR、IIR两种)。
反sinc滤波器不是用来恢复抽样信号的,而是用来应对孔径失真现象。
要注意,这里的数字滤波器是借用的信源编译码部分的端口。
在做本实验时与信源编译码的内容没有联系。
四、实验步骤
实验项目一抽样信号观测及抽样定理验证
概述:
通过不同频率的抽样时钟,从时域和频域两方面观测自然抽样和平顶抽样的输出波形,以及信号恢复的混叠情况,从而了解不同抽样方式的输出差异和联系,验证抽样定理。
1、关电,按表格所示进行连线。
源端口
目标端口
连线说明
信号源:
MUSIC
模块3:
TH1(被抽样信号)
将被抽样信号送入抽样单元
A-OUT
TH2(抽样脉冲)
提供抽样时钟
TH3(抽样输出)
TH5(LPF-IN)
送入模拟低通滤波器
2、开电,设置主控菜单,选择【主菜单】→【通信原理】→【抽样定理】。
调节主控模块的W1使A-out输出峰峰值为3V。
3、此时实验系统初始状态为:
被抽样信号MUSIC为幅度4V、频率3K+1K正弦合成波。
抽样脉冲A-OUT为幅度3V、频率9KHz、占空比20%的方波。
4、实验操作及波形观测。
(1)观测并记录自然抽样前后的信号波形:
设置开关S13#为“自然抽样”档位,用示波器分别观测MUSIC主控&
信号源和抽样输出3#。
(2)观测并记录平顶抽样前后的信号波形:
设置开关S13#为“平顶抽样”档位,用示波器分别观测MUSIC主控&
(3)观测并对比抽样恢复后信号与被抽样信号的波形:
设置开关S13#为“自然抽样”档位,用示波器观测MUSIC主控&
信号源和LPF-OUT3#,以100Hz的步进减小A-OUT主控&
信号源的频率,比较观测并思考在抽样脉冲频率多小的情况下恢复信号有失真。
9KHZ
8KHZ
7KHZ
6KHZ
(4)用频谱的角度验证抽样定理(选做):
用示波器频谱功能观测并记录被抽样信号MUSIC和抽样输出频谱。
以100Hz的步进减小抽样脉冲的频率,观测抽样输出以及恢复信号的频谱。
(注意:
示波器需要用250kSa/s采样率(即每秒采样点为250K),FFT缩放调节为×
10)。
5KHZ
注:
通过观测频谱可以看到当抽样脉冲小于2倍被抽样信号频率时,信号会产生混叠。
实验项目二滤波器幅频特性对抽样信号恢复的影响
该项目是通过改变不同抽样时钟频率,分别观测和绘制抗混叠低通滤波和fir数字滤波的幅频特性曲线,并比较抽样信号经这两种滤波器后的恢复效果,从而了解和探讨不同滤波器幅频特性对抽样信号恢复的影响。
1、测试抗混叠低通滤波器的幅频特性曲线。
(1)关电,按表格所示进行连线。
将信号送入模拟滤波器
(2)开电,设置主控模块,选择【信号源】→【输出波形】和【输出频率】,通过调节相应旋钮,使A-OUT主控&
信号源输出频率5KHz、峰峰值为3V的正弦波。
(3)此时实验系统初始状态为:
抗混叠低通滤波器的输入信号为频率5KHz、幅度3V的正弦波。
(4)实验操作及波形观测。
用示波器观测LPF-OUT3#。
以100Hz步进减小A-OUT主控&
信号源输出频率,观测并记录LPF-OUT3#的频谱。
记入如下表格:
A-OUT频率/Hz
基频幅度/V
5K
600mV
4.7K
870mV
4.5K
1.14
3.8K
2.40
3.4K
2.28
3.3K
2.86
3.0K
2.92
2.5K
2.94
由上述表格数据,画出模拟低通滤波器幅频特性曲线。
思考:
对于3.4KHz低通滤波器,为了更好的画出幅频特性曲线,我们可以如何调整信号源输入频率的步进值大小?
2、测试fir数字滤波器的幅频特性曲线。
TH13(编码输入)
将信号送入数字滤波器
(2)开电,设置主控菜单:
选择【主菜单】→【通信原理】→【抽样定理】→【FIR滤波器】。
调节【信号源】,使A-out输出频率5KHz、峰峰值为3V的正弦波。
fir滤波器的输入信号为频率5KHz、幅度3V的正弦波。
用示波器观测译码输出3#,以100Hz的步进减小A-OUT主控&
信号源的频率。
观测并记录译码输出3#的频谱。
A_out的频率/Hz
50mV
72mV
4K
540mV
3.5K
1.68
3K
3.14
4.56
2K
5.20
1.5K
5.28
由上述表格数据,画出fir低通滤波器幅频特性曲线。
对于3KHz低通滤波器,为了更好的画出幅频特性曲线,我们可以如何调整信号源输入频率的步进值大小?
3、分别利用上述两个滤波器对被抽样信号进行恢复,比较被抽样信号恢复效果。
(1)关电,按表格所示进行连线:
TH1(被抽样信号)
提供被抽样信号
TH3(抽样输出)
送入模拟低通滤波器
送入FIR数字低通滤波器
(2)开电,设置主控菜单,选择【主菜单】→【通信原理】→【抽样定理】→【FIR滤波器】。
调节W1主控&
信号源使信号A-OUT输出峰峰值为3V左右。
待抽样信号MUSIC为3K+1K正弦合成波,抽样时钟信号A-OUT为频率9KHz、占空比20%的方波。
对比观测不同滤波器的信号恢复效果:
用示波器分别观测LPF-OUT3#和译码输出3#,以100Hz步进减小抽样时钟A-OUT的输出频率,对比观测模拟滤波器和FIR数字滤波器在不同抽样频率下信号恢复的效果。
(频率步进可以根据实验需求自行设置。
五、实验报告
1、分析电路的工作原理,叙述其工作过程。
2、绘出所做实验的电路、仪表连接调测图。
并列出所测各点的波形、频率、电压等有关数据,对所测数据做简要分析说明。
必要时借助于计算公式及推导。
3、分析以下问题:
滤波器的幅频特性是如何影响抽样恢复信号的?
简述平顶抽样和自然抽样的原理及实现方法。
4、思考一下,实验步骤中采用3K+1K正弦合成波作为被抽样信号,而不是单一频率的正弦波,在实验过程中波形变化的观测上有什么区别?
对抽样定理理论和实际的研究有什么意义?