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信号与系统实验模块介绍
发布时间：2017-06-15 点击次数：次
在本节中，将分别介绍实验平台上的各个实验模块单元。在第一节的系统介绍中，已介绍了本实验系统由19个模块组成。现在，详细说明如下：
1、电源输入模块
此模块位于实验平台的右上角部分，分别提供+12V、+5V、-12V、-5V的电源输出。4组电源分别对应4个发光二极管，电源输出正常时，对应的发光二极管点亮。
在DSP数字信号处理区有3.3V和1.8V电源输出，指示灯为红色。
实验时，打开电源后，首先检查这些电源示灯是否点亮。如不亮，请立即关闭电源，以免损坏芯片。等待故障排除后，再打开电源。
2、信号源模块
提供的波形种类有：正弦波、三角波、方波、矩形波（占空比可调）。
信号的频率范围：2Hz—100KHz，分四个频段。
可通过旋钮分别调节信号的频率、幅度、占空比和扫速。
有两个测量点：
H702 ：输出的信号波形（正弦波、三角波、方波、扫频信号）；
H705 ：扫频控制电压输出。
信号插孔：
H701 ：信号源信号输出插孔。
H704 ：扫频控制电压输出插孔。
3、数字滤波器模块
完成模拟信号的模数转换（A/D）、滤波输出的数模（D/A）转换
有两个测量点：
TPB01：A/D前的模拟信号波形；
TPB02：滤波输出；
信号插孔：
PB01：信号输入插孔。
4、主机接口与二次开发区
此模块由PC机RS232接口（JB01）、单片机AT89S52（UB01）、程序存储器W27C512（UB02）、DSP的HPI接口组成。该模块主要完成以下二个功能：
（1）通过拔码开关（SWB01）选择固化在程序存储器（UB02）中的实验程序，来完成相应的实验。设置如下：
注：开关置ON为“0”，否则为“1”。
S1：为单片机系统的复位键（MCU_RST），SWB01改变后必需复位一次。
（2）完成DSP程序的下载。DSP程序是指学生在学习数字信号处理时自已开发的程序，可以是数字滤波器程序、DSP应用程序等。
5、数字信号处理器模块
由TMS320C5402、JTAG下载接口等组成，完成数字滤波器、卷积、FFT运算、DSP程序开发等功能。
有两个测量点：
TPXF：与TMS320C5402的XF引脚相连，指示XF口电平。
TPOUT：与TMS320C5402的TOUT0引脚相连，指示定时器0的输出信号。
三个指示灯：RUN、XF、TOUT分别指示DSP是否在运行；XF引脚状态；TOUT0引脚状态。
6、CPLD可编程开放模块
主要用来完成信号的电平转换、主机接口中各种控制信号的产生、A/D和D/A片选信号和控制信号的产生等功能。
7.信号分解与合成模块
此模块位于实验平台的中部，主要完成信号的分解与合成，模块的上半部分为信号的分解，下半部分为信号的合成。信号的分解部分提供了8个波形输出测量点，TPA01、TPA02……TPA08；TPA01—TPA07分别为信号的1—7次谐波输出波形，第8个测量点TPA08为8次以上谐波的合成输出波形；在信号合成部分中，把分解输出的各次谐波信号连接输入至合成部分，在合成的输出测量点上可观察到合成后的信号波形。
8、信号卷积实验模块
此模块在信号分解与合成模块下方，结构非常简单，只须三个测量点，分别为两个观察卷积的输入信号（TP901、TP902），一个用于观察卷积后的输出信号（TP903）。输入的信号为经过A/D转换的数字信号。P903为卷积信号输出插孔。
9、一阶电路暂态响应模块
此模块可根据自己的需要搭接一阶电路，观测各点的信号波形。
有6个测量点：
TP601、TP607：输入信号波形测量点；
TP604、TP605：一阶RC电路输出信号波形测量点；
TP609、TP610：一阶RL电路输出信号波形测量点。
信号插孔：
P601、P607：信号输入插孔；
P602、P603、P604、P605、P606、P609、P610：电路连接插孔。
10、二阶电路的传输特性模块
此模块亦可根据需要搭接二阶电路，观察各测量点的信号波形。
有两个测量点：
TP801：二阶RC电路传输特性测量点；
TP807：二阶RL电路传输特性测量点。
信号插孔：
P801，P803：信号输入插孔。
11、二阶网络状态轨迹模块
此模块除了完成二阶网络状态轨迹观察的实验外，还可完成二阶电路暂态响应观察实验。
有三个测量点：
TP501：输入信号波形观测点；
TP502、TP503：输出信号波形观察点。
信号插孔：
P501：信号输入插孔。
12、阶跃响应与冲激响应模块
接入适当的输入信号，可观测输入信号的阶跃响应与冲激响应。
有四个测量点：
TP101：进行冲激响应实验时的输入信号波形的测量点；
TP103：进行阶跃响应实验时的输入信号波形的测量点；
TP102：冲激信号观测点；
TP104：冲激响应，阶跃响应信号输出观测点。
信号插孔：
P101、P103：信号输入插孔；
P102：电路连接插孔。
13、抽样定理模块
通过本模块可观测到抽样过程中各个阶段的信号波形。
有四个测量点：
TP401：输入信号波形观测点；
TP402：开关信号观测点；
TP403：输入信号经采样后的信号波形观测点；
F(t) ：抽样信号经低通滤波器恢复后的信号波形观测点。
信号插孔：
P401：信号输入插孔；
P403：抽样信号输出插孔；
F(t)：经低通滤波器恢复的信号输出插孔；
其它：元器件选择插孔。
14、模拟滤波器模块
提供了多种有源、无源滤波器，包括低通无源滤波器、低通有源滤波器、高通无源滤波器、高通有源滤波器、带通无源滤波器、带通有源滤波器、带阻无源滤波器和带阻有源滤波器。根据自己的需要进行实验。
有8个测量点：
TP302：信号经低通无源滤波器后的输出信号波形观测点；
TP304：信号经低通有源滤波器后的输出信号波形观测点；
TP306：信号经高通无源滤波器后的输出信号波形观测点；
TP308：信号经高通有源滤波器后的输出信号波形观测点；
TP310：信号经带通无源滤波器后的输出信号波形观测点；
TP312：信号经带通有源滤波器后的输出信号波形观测点；
TP314：信号经带阻无源滤波器后的输出信号波形观测点；
TP316：信号经带阻有源滤波器后的输出信号波形观测点；
信号插孔：
信号输入插孔：P301、P303、P305、P307、P309、P311、P313、P315；
信号输出插孔：P302、P304、P306、P308、P310、P312、P314、P316。
15、二次开发区
本模块提供了很多开放的电阻、电容、电位器、运放单元、阻容元件插件（可插上二次开发区未提供的阻容元件），可根据需要搭接不同的电路，进行各种测试。可完成基本运算单元实验，如加法器、比例放大器、积分器等，及一阶系统的模拟、连续系统的模拟等实验。如下图2-1所示：
图2-1 二次开发区布局图
在布局图中：提供了电位器3个，运放单元4个，固定电阻18个、固定电容12个、固定电感3个，及R-L-C插件6个，可根据需要插上不同的电阻、电容或电感。
运放单元：
INx+、INx-：运算放大器的正相、反相输入信号插孔；
OUTx：运算放大器的输出信号插孔；
16、频率表与毫伏表
频率表：显示信号源输出的信号的频率值，指示的频率范围为0～100KHz;
毫伏表：显示信号源输出信号的幅度的平均值，指示范围为0～10V。开关SW706用于选择所测的波形信号。
17、无失真传输系统
可完成信号的无失真传输实验。
一个测量点：
TPE01：输入信号测量点；
信号插孔：
HE01：输入信号插孔；
HE02：输出信号插孔。
18、AM调制与解调
该模块包括 载波1（VC1）、载波2（VC2）、调制波1（VS1）、调制波2（VS2），调制器1、调制器2、解调器1、解调器2、检波器1、检波器2共10个单元。可同时进行两路信号的调制与解调。
其中：
（1）载波1（VC1）、载波2（VC2）、调制波1（VS1）、调制波2（VS2）四个单元用来产生实验所需的信号。它们产生的都是固定频率的正弦信号，其中载波1的频率约16KHz，载波2的频率约32KHz，调制波1的频率约160Hz，调制波2的频率约800Hz。电位器RWD2、RWD4、RWD6、RWD8用来调节输出信号的幅度。
（2）调制器1、调制器2：这两个单元用来完成AM调制，只要将载波1、调制波1和载波2、调制波2所产生的信号分别加到调制器1、与调制器2相对应的输入端，就可产生两路AM调制信号UAM1、UAM2。电位器RWC3、RWC4用来调整调幅波的上下对称性；电位器RWC1、RWC2用来调整调制度。
（3）解调器1、解调器2：这两个单元用来将AM调制信号进行解调，它们是同步检波方式。
（4）检波器1、检波器2：这两个单元也用来对AM调制信号进行解调。它们是非相干解调方式。
19、FDM频分复用模块
该模块包括AM调制与解调模块的所有单元，及有源加法器单元、八阶巴特沃斯高通滤波器单元、八阶巴特沃斯低通滤波器单元。
（1）有源加法器：在做FDM频分复用实验时，对两路AM调制信号进行代数运算，生成复用信号。
（2）八阶巴特沃斯高通滤波器，截止频率为30KHz，用来将载波频率高的一路AM调制信号分离出来。
（3）八阶巴特沃斯低通滤波器：截止频率为20KHz，用来将载波频率低的一路AM调制信号分离出来。
1、电源输入模块
此模块位于实验平台的右上角部分，分别提供+12V、+5V、-12V、-5V的电源输出。4组电源分别对应4个发光二极管，电源输出正常时，对应的发光二极管点亮。
在DSP数字信号处理区有3.3V和1.8V电源输出，指示灯为红色。
实验时，打开电源后，首先检查这些电源示灯是否点亮。如不亮，请立即关闭电源，以免损坏芯片。等待故障排除后，再打开电源。
2、信号源模块
提供的波形种类有：正弦波、三角波、方波、矩形波（占空比可调）。
信号的频率范围：2Hz—100KHz，分四个频段。
可通过旋钮分别调节信号的频率、幅度、占空比和扫速。
有两个测量点：
H702 ：输出的信号波形（正弦波、三角波、方波、扫频信号）；
H705 ：扫频控制电压输出。
信号插孔：
H701 ：信号源信号输出插孔。
H704 ：扫频控制电压输出插孔。
3、数字滤波器模块
完成模拟信号的模数转换（A/D）、滤波输出的数模（D/A）转换
有两个测量点：
TPB01：A/D前的模拟信号波形；
TPB02：滤波输出；
信号插孔：
PB01：信号输入插孔。
4、主机接口与二次开发区
此模块由PC机RS232接口（JB01）、单片机AT89S52（UB01）、程序存储器W27C512（UB02）、DSP的HPI接口组成。该模块主要完成以下二个功能：
（1）通过拔码开关（SWB01）选择固化在程序存储器（UB02）中的实验程序，来完成相应的实验。设置如下：
注：开关置ON为“0”，否则为“1”。
S1：为单片机系统的复位键（MCU_RST），SWB01改变后必需复位一次。
（2）完成DSP程序的下载。DSP程序是指学生在学习数字信号处理时自已开发的程序，可以是数字滤波器程序、DSP应用程序等。
5、数字信号处理器模块
由TMS320C5402、JTAG下载接口等组成，完成数字滤波器、卷积、FFT运算、DSP程序开发等功能。
有两个测量点：
TPXF：与TMS320C5402的XF引脚相连，指示XF口电平。
TPOUT：与TMS320C5402的TOUT0引脚相连，指示定时器0的输出信号。
三个指示灯：RUN、XF、TOUT分别指示DSP是否在运行；XF引脚状态；TOUT0引脚状态。
6、CPLD可编程开放模块
主要用来完成信号的电平转换、主机接口中各种控制信号的产生、A/D和D/A片选信号和控制信号的产生等功能。
7.信号分解与合成模块
此模块位于实验平台的中部，主要完成信号的分解与合成，模块的上半部分为信号的分解，下半部分为信号的合成。信号的分解部分提供了8个波形输出测量点，TPA01、TPA02……TPA08；TPA01—TPA07分别为信号的1—7次谐波输出波形，第8个测量点TPA08为8次以上谐波的合成输出波形；在信号合成部分中，把分解输出的各次谐波信号连接输入至合成部分，在合成的输出测量点上可观察到合成后的信号波形。
8、信号卷积实验模块
此模块在信号分解与合成模块下方，结构非常简单，只须三个测量点，分别为两个观察卷积的输入信号（TP901、TP902），一个用于观察卷积后的输出信号（TP903）。输入的信号为经过A/D转换的数字信号。P903为卷积信号输出插孔。
9、一阶电路暂态响应模块
此模块可根据自己的需要搭接一阶电路，观测各点的信号波形。
有6个测量点：
TP601、TP607：输入信号波形测量点；
TP604、TP605：一阶RC电路输出信号波形测量点；
TP609、TP610：一阶RL电路输出信号波形测量点。
信号插孔：
P601、P607：信号输入插孔；
P602、P603、P604、P605、P606、P609、P610：电路连接插孔。
10、二阶电路的传输特性模块
此模块亦可根据需要搭接二阶电路，观察各测量点的信号波形。
有两个测量点：
TP801：二阶RC电路传输特性测量点；
TP807：二阶RL电路传输特性测量点。
信号插孔：
P801，P803：信号输入插孔。
11、二阶网络状态轨迹模块
此模块除了完成二阶网络状态轨迹观察的实验外，还可完成二阶电路暂态响应观察实验。
有三个测量点：
TP501：输入信号波形观测点；
TP502、TP503：输出信号波形观察点。
信号插孔：
P501：信号输入插孔。
12、阶跃响应与冲激响应模块
接入适当的输入信号，可观测输入信号的阶跃响应与冲激响应。
有四个测量点：
TP101：进行冲激响应实验时的输入信号波形的测量点；
TP103：进行阶跃响应实验时的输入信号波形的测量点；
TP102：冲激信号观测点；
TP104：冲激响应，阶跃响应信号输出观测点。
信号插孔：
P101、P103：信号输入插孔；
P102：电路连接插孔。
13、抽样定理模块
通过本模块可观测到抽样过程中各个阶段的信号波形。
有四个测量点：
TP401：输入信号波形观测点；
TP402：开关信号观测点；
TP403：输入信号经采样后的信号波形观测点；
F(t) ：抽样信号经低通滤波器恢复后的信号波形观测点。
信号插孔：
P401：信号输入插孔；
P403：抽样信号输出插孔；
F(t)：经低通滤波器恢复的信号输出插孔；
其它：元器件选择插孔。
14、模拟滤波器模块
提供了多种有源、无源滤波器，包括低通无源滤波器、低通有源滤波器、高通无源滤波器、高通有源滤波器、带通无源滤波器、带通有源滤波器、带阻无源滤波器和带阻有源滤波器。根据自己的需要进行实验。
有8个测量点：
TP302：信号经低通无源滤波器后的输出信号波形观测点；
TP304：信号经低通有源滤波器后的输出信号波形观测点；
TP306：信号经高通无源滤波器后的输出信号波形观测点；
TP308：信号经高通有源滤波器后的输出信号波形观测点；
TP310：信号经带通无源滤波器后的输出信号波形观测点；
TP312：信号经带通有源滤波器后的输出信号波形观测点；
TP314：信号经带阻无源滤波器后的输出信号波形观测点；
TP316：信号经带阻有源滤波器后的输出信号波形观测点；
信号插孔：
信号输入插孔：P301、P303、P305、P307、P309、P311、P313、P315；
信号输出插孔：P302、P304、P306、P308、P310、P312、P314、P316。
15、二次开发区
本模块提供了很多开放的电阻、电容、电位器、运放单元、阻容元件插件（可插上二次开发区未提供的阻容元件），可根据需要搭接不同的电路，进行各种测试。可完成基本运算单元实验，如加法器、比例放大器、积分器等，及一阶系统的模拟、连续系统的模拟等实验。如下图2-1所示：
图2-1 二次开发区布局图
在布局图中：提供了电位器3个，运放单元4个，固定电阻18个、固定电容12个、固定电感3个，及R-L-C插件6个，可根据需要插上不同的电阻、电容或电感。
运放单元：
INx+、INx-：运算放大器的正相、反相输入信号插孔；
OUTx：运算放大器的输出信号插孔；
16、频率表与毫伏表
频率表：显示信号源输出的信号的频率值，指示的频率范围为0～100KHz;
毫伏表：显示信号源输出信号的幅度的平均值，指示范围为0～10V。开关SW706用于选择所测的波形信号。
17、无失真传输系统
可完成信号的无失真传输实验。
一个测量点：
TPE01：输入信号测量点；
信号插孔：
HE01：输入信号插孔；
HE02：输出信号插孔。
18、AM调制与解调
该模块包括 载波1（VC1）、载波2（VC2）、调制波1（VS1）、调制波2（VS2），调制器1、调制器2、解调器1、解调器2、检波器1、检波器2共10个单元。可同时进行两路信号的调制与解调。
其中：
（1）载波1（VC1）、载波2（VC2）、调制波1（VS1）、调制波2（VS2）四个单元用来产生实验所需的信号。它们产生的都是固定频率的正弦信号，其中载波1的频率约16KHz，载波2的频率约32KHz，调制波1的频率约160Hz，调制波2的频率约800Hz。电位器RWD2、RWD4、RWD6、RWD8用来调节输出信号的幅度。
（2）调制器1、调制器2：这两个单元用来完成AM调制，只要将载波1、调制波1和载波2、调制波2所产生的信号分别加到调制器1、与调制器2相对应的输入端，就可产生两路AM调制信号UAM1、UAM2。电位器RWC3、RWC4用来调整调幅波的上下对称性；电位器RWC1、RWC2用来调整调制度。
（3）解调器1、解调器2：这两个单元用来将AM调制信号进行解调，它们是同步检波方式。
（4）检波器1、检波器2：这两个单元也用来对AM调制信号进行解调。它们是非相干解调方式。
19、FDM频分复用模块
该模块包括AM调制与解调模块的所有单元，及有源加法器单元、八阶巴特沃斯高通滤波器单元、八阶巴特沃斯低通滤波器单元。
（1）有源加法器：在做FDM频分复用实验时，对两路AM调制信号进行代数运算，生成复用信号。
（2）八阶巴特沃斯高通滤波器，截止频率为30KHz，用来将载波频率高的一路AM调制信号分离出来。
（3）八阶巴特沃斯低通滤波器：截止频率为20KHz，用来将载波频率低的一路AM调制信号分离出来。
