微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

時(shí)間：2024-09-12 07:07:05 實(shí)驗(yàn)報(bào)告我要投稿

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　　在人們?cè)絹?lái)越注重自身素養(yǎng)的今天，報(bào)告與我們愈發(fā)關(guān)系密切，報(bào)告具有語(yǔ)言陳述性的特點(diǎn)。我們應(yīng)當(dāng)如何寫(xiě)報(bào)告呢？下面是小編收集整理的微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告，歡迎閱讀與收藏。

微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

　　1、了解抽樣定理在通信系統(tǒng)中的重要性

　　2、掌握自然抽樣及平頂抽樣的實(shí)現(xiàn)方法。

　　3、理解低通采樣定理的原理。

　　4、理解實(shí)際的抽樣系統(tǒng)。

　　5、理解低通濾波器的幅頻特性對(duì)抽樣信號(hào)恢復(fù)的影響。

　　6、理解低通濾波器的相頻特性對(duì)抽樣信號(hào)恢復(fù)的影響。

　　7、理解帶通采樣定理的原理。

　　二、實(shí)驗(yàn)器材

　　1、主控&;信號(hào)源、3號(hào)模塊各一塊

　　2、雙蹤示波器一臺(tái)

　　3、連接線若干

　　三、實(shí)驗(yàn)原理

　　1、實(shí)驗(yàn)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(hào)源被抽樣信號(hào)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(shù)字濾波

　　圖1—1抽樣定理實(shí)驗(yàn)框圖

　　2、實(shí)驗(yàn)框圖說(shuō)明

　　抽樣信號(hào)由抽樣電路產(chǎn)生。將輸入的被抽樣信號(hào)與抽樣脈沖相乘就可以得到自然抽樣信號(hào)，自然抽樣的信號(hào)經(jīng)過(guò)保持電路得到平頂抽樣信號(hào)。平頂抽樣和自然抽樣信號(hào)是通過(guò)開(kāi)關(guān)S1切換輸出的。

　　抽樣信號(hào)的恢復(fù)是將抽樣信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波器，即可得到恢復(fù)的信號(hào)。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(shù)字濾波器（有FIR、IIR兩種）。反sinc濾波器不是用來(lái)恢復(fù)抽樣信號(hào)的，而是用來(lái)應(yīng)對(duì)孔徑失真現(xiàn)象。

　　要注意，這里的數(shù)字濾波器是借用的信源編譯碼部分的端口。在做本實(shí)驗(yàn)時(shí)與信源編譯碼的內(nèi)容沒(méi)有聯(lián)系。

　　四、實(shí)驗(yàn)步驟

　　實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一抽樣信號(hào)觀測(cè)及抽樣定理驗(yàn)證

　　概述：通過(guò)不同頻率的抽樣時(shí)鐘，從時(shí)域和頻域兩方面觀測(cè)自然抽樣和平頂抽樣的輸出波形，以及信號(hào)恢復(fù)的混疊情況，從而了解不同抽樣方式的輸出差異和聯(lián)系，驗(yàn)證抽樣定理。

　　1、關(guān)電，按表格所示進(jìn)行連線。

　　源端口信號(hào)源：MUSIc

　　信號(hào)源：A—oUT目標(biāo)端口連線說(shuō)明

　　模塊3：TH1（被抽樣信號(hào)）將被抽樣信號(hào)送入抽樣單元

　　模塊3：TH2（抽樣脈沖）提供抽樣時(shí)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(kāi)電，設(shè)置主控菜單，選擇【主菜單】→【通信原理】→【抽樣定理】。調(diào)節(jié)主控模塊的W1使A—out輸出峰峰值為3V。

　　3、此時(shí)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)初始狀態(tài)為：被抽樣信號(hào)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(shí)驗(yàn)操作及波形觀測(cè)。

　　（1）觀測(cè)并記錄自然抽樣前后的信號(hào)波形：設(shè)置開(kāi)關(guān)S13#為“自然抽樣”檔位，用示波器分別觀測(cè)MUSIc

　　主控&;信號(hào)源

　　和抽樣輸出3#。

　　（2）觀測(cè)并記錄平頂抽樣前后的信號(hào)波形：設(shè)置開(kāi)關(guān)S13#為“平頂抽樣”檔位，用示波器分別觀測(cè)MUSIc

　　主控&;信號(hào)源

　　和抽樣輸出3#。

　　（3）觀測(cè)并對(duì)比抽樣恢復(fù)后信號(hào)與被抽樣信號(hào)的波形：設(shè)置開(kāi)關(guān)S13#為“自然抽樣”檔位，用示波器觀測(cè)MUSIc

　　主控&;信號(hào)源

　　和LPF—oUT3#，以100Hz的步進(jìn)減小A—oUT

　　主控&;信號(hào)源

　　的頻率，比較觀測(cè)并思考在抽樣脈沖頻率多小的情況下恢復(fù)信號(hào)有失真。

　�。�4）用頻譜的角度驗(yàn)證抽樣定理（選做）：用示波器頻譜功能觀測(cè)并記錄被抽樣信號(hào)MUSIc和抽樣輸出頻譜。以100Hz的步進(jìn)減小抽樣脈沖的頻率，觀測(cè)抽樣輸出以及恢復(fù)信號(hào)的頻譜。（注意：示波器需要用250kSa/s采樣率（即每秒采樣點(diǎn)為250K），F(xiàn)FT縮放調(diào)節(jié)為×10）。

　　注：通過(guò)觀測(cè)頻譜可以看到當(dāng)抽樣脈沖小于2倍被抽樣信號(hào)頻率時(shí)，信號(hào)會(huì)產(chǎn)生混疊。

　　實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目二濾波器幅頻特性對(duì)抽樣信號(hào)恢復(fù)的影響

　　概述：該項(xiàng)目是通過(guò)改變不同抽樣時(shí)鐘頻率，分別觀測(cè)和繪制抗混疊低通濾波和fir數(shù)字濾波的幅頻特性曲線，并比較抽樣信號(hào)經(jīng)這兩種濾波器后的恢復(fù)效果，從而了解和探討不同濾波器幅頻特性對(duì)抽樣信號(hào)恢復(fù)的影響。

　　1、測(cè)試抗混疊低通濾波器的幅頻特性曲線。

　�。�1）關(guān)電，按表格所示進(jìn)行連線。

　　源端口目標(biāo)端口連線說(shuō)明信號(hào)源：A—oUT模塊3：TH5（LPF—In）將信號(hào)送入模擬濾波器

　�。�2）開(kāi)電，設(shè)置主控模塊，選擇【信號(hào)源】→【輸出波形】和【輸出頻率】，通過(guò)調(diào)節(jié)相應(yīng)旋鈕，使A—oUT

　　主控&;信號(hào)源

　　輸出頻率5KHz、峰峰值為3V的正弦波。

　�。�3）此時(shí)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)初始狀態(tài)為：抗混疊低通濾波器的輸入信號(hào)為頻率5KHz、幅度3V的正弦波。

　�。�4）實(shí)驗(yàn)操作及波形觀測(cè)。

　　用示波器觀測(cè)LPF—oUT3#。以100Hz步進(jìn)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(cè)試fir數(shù)字濾波器的幅頻特性曲線。

　�。�1）關(guān)電，按表格所示進(jìn)行連線。

　　源端口目標(biāo)端口連線說(shuō)明基頻幅度/V主控&;信號(hào)源

　　輸出頻率，觀測(cè)并記錄

　　信號(hào)源：A—oUT模塊3：TH13（編碼輸入）將信號(hào)送入數(shù)字濾波器

　�。�2）開(kāi)電，設(shè)置主控菜單：選擇【主菜單】→【通信原理】→【抽樣定理】→【FIR濾波器】。調(diào)節(jié)【信號(hào)源】，使A—out輸出頻率5KHz、峰峰值為3V的正弦波。

　�。�3）此時(shí)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)初始狀態(tài)為：fir濾波器的輸入信號(hào)為頻率5KHz、幅度3V的正弦波。

　　（4）實(shí)驗(yàn)操作及波形觀測(cè)。

　　用示波器觀測(cè)譯碼輸出3#，以100Hz的步進(jìn)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(hào)源

　　的頻率。觀測(cè)并記錄譯

　　由上述表格數(shù)據(jù)，畫(huà)出fir低通濾波器幅頻特性曲線。

　　思考：對(duì)于3KHz低通濾波器，為了更好的畫(huà)出幅頻特性曲線，我們可以如何調(diào)整信號(hào)源輸入頻率的步進(jìn)值大�。�

　　3、分別利用上述兩個(gè)濾波器對(duì)被抽樣信號(hào)進(jìn)行恢復(fù)，比較被抽樣信號(hào)恢復(fù)效果。

　　（1）關(guān)電，按表格所示進(jìn)行連線：

　　源端口信號(hào)源：MUSIc信號(hào)源：A—oUT目標(biāo)端口連線說(shuō)明模塊3：TH1（被抽樣信號(hào)）提供被抽樣信號(hào)

　　模塊3：TH2（抽樣脈沖）提供抽樣時(shí)鐘送入模擬低通濾波器送入FIR數(shù)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(kāi)電，設(shè)置主控菜單，選擇【主菜單】→【通信原理】→【抽樣定理】→【FIR濾波器】。調(diào)節(jié)W1

　　主控&;信號(hào)源

　　使信號(hào)A—oUT輸出峰峰值為3V左右。

　　（3）此時(shí)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)初始狀態(tài)為：待抽樣信號(hào)MUSIc為3K+1K正弦合成波，抽樣時(shí)鐘信號(hào)A—oUT為頻率9KHz、占空比20%的方波。

　�。�4）實(shí)驗(yàn)操作及波形觀測(cè)。對(duì)比觀測(cè)不同濾波器的信號(hào)恢復(fù)效果：用示波器分別觀測(cè)

　　LPF—oUT3#和譯碼輸出3#，以100Hz步進(jìn)減小抽樣時(shí)鐘A—oUT的輸出頻率，對(duì)比觀測(cè)模擬濾波器和FIR數(shù)字濾波器在不同抽樣頻率下信號(hào)恢復(fù)的效果。（頻率步進(jìn)可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求自行設(shè)置。）思考：不同濾波器的幅頻特性對(duì)抽樣恢復(fù)有何影響？實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目三濾波器相頻特性對(duì)抽樣信號(hào)恢復(fù)的影響。

　　概述：該項(xiàng)目是通過(guò)改變不同抽樣時(shí)鐘頻率，從時(shí)域和頻域兩方面分別觀測(cè)抽樣信號(hào)經(jīng)fir濾波和iir濾波后的恢復(fù)失真情況，從而了解和探討不同濾波器相頻特性對(duì)抽樣信號(hào)恢復(fù)的影響。

　　1、觀察被抽樣信號(hào)經(jīng)過(guò)fir低通濾波器與iir低通濾波器后，所恢復(fù)信號(hào)的頻譜。

　�。�1）關(guān)電，按表格所示進(jìn)行連線。

　　源端口信號(hào)源：MUSIc信號(hào)源：A—oUT目標(biāo)端口連線說(shuō)明模塊3：TH1（被抽樣信號(hào)）提供被抽樣信號(hào)模塊3：TH2（抽樣脈沖）提供抽樣時(shí)鐘將信號(hào)送入數(shù)字濾波器模塊3：TH3（抽樣輸出）模塊3：TH13（編碼輸入）

　�。�2）開(kāi)電，設(shè)置主控菜單，選擇【主菜單】→【通信原理】→【抽樣定理】。調(diào)節(jié)W1

　　主控&;信號(hào)源

　　使信號(hào)A—oUT輸出峰峰值為3V左右。

　　（4）實(shí)驗(yàn)操作及波形觀測(cè)。

　　a、觀測(cè)信號(hào)經(jīng)fir濾波后波形恢復(fù)效果：設(shè)置主控模塊菜單，選擇【抽樣定理】→【FIR濾波器】；設(shè)置【信號(hào)源】使A—oUT輸出的抽樣時(shí)鐘頻率為7.5KHz；用示波器觀測(cè)恢復(fù)信號(hào)譯碼輸出3#的波形和頻譜。

　　b、觀測(cè)信號(hào)經(jīng)iir濾波后波形恢復(fù)效果：設(shè)置主控模塊菜單，選擇【抽樣定理】→【IIR濾波器】；設(shè)置【信號(hào)源】使A—oUT輸出的抽樣時(shí)鐘頻率為7.5KHz；用示波器觀測(cè)恢復(fù)信號(hào)譯碼輸出3#的波形和頻譜。

　　c、探討被抽樣信號(hào)經(jīng)不同濾波器恢復(fù)的頻譜和時(shí)域波形：

　　被抽樣信號(hào)與經(jīng)過(guò)濾波器后恢復(fù)的信號(hào)之間的頻譜是否一致？如果一致，是否就是說(shuō)原始信號(hào)能夠不失真的恢復(fù)出來(lái)？用示波器分別觀測(cè)fir濾波恢復(fù)和iir濾波恢復(fù)情況下，譯碼輸出3#的時(shí)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(cè)并計(jì)算相位移動(dòng)時(shí)間。

　　2、觀測(cè)相頻特性

　　（1）關(guān)電，按表格所示進(jìn)行連線。

　　源端口目標(biāo)端口連線說(shuō)明信號(hào)源：A—oUT模塊3：TH13（編碼輸入）使源信號(hào)進(jìn)入數(shù)字濾波器

　　（2）開(kāi)電，設(shè)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(shí)系統(tǒng)初始實(shí)驗(yàn)狀態(tài)為：A—oUT為頻率9KHz、占空比20%的方波。

　　（4）實(shí)驗(yàn)操作及波形觀測(cè)。

　　對(duì)比觀測(cè)信號(hào)經(jīng)fir濾波后的相頻特性：設(shè)置【信號(hào)源】使A—oUT輸出頻率為5KHz、峰峰值為3V的正弦波；以100Hz步進(jìn)減小A—oUT輸出頻率，用示波器對(duì)比觀測(cè)A—oUT控&;信號(hào)源主和譯碼輸出3#的時(shí)域波形。相頻特性測(cè)量就是改變信號(hào)的頻率，測(cè)輸出信號(hào)的延時(shí)（時(shí)域上觀測(cè)）。記入如下表格：

　　A—oUT的頻率/Hz被抽樣信號(hào)與恢復(fù)信號(hào)的相位延時(shí)/ms 3.5K 3.4K 3.3K ......

　　五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告

　　1、分析電路的工作原理，敘述其工作過(guò)程。

　　2、繪出所做實(shí)驗(yàn)的電路、儀表連接調(diào)測(cè)圖。并列出所測(cè)各點(diǎn)的波形、頻率、電壓等有關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)做簡(jiǎn)要分析說(shuō)明。必要時(shí)借助于計(jì)算公式及推導(dǎo)。

　　3、分析以下問(wèn)題：濾波器的幅頻特性是如何影響抽樣恢復(fù)信號(hào)的？簡(jiǎn)述平頂抽樣和自然抽樣的原理及實(shí)現(xiàn)方法。

　　答：濾波器的截止頻率等于源信號(hào)譜中最高頻率fn的低通濾波器，濾除高頻分量，經(jīng)濾波后得到的信號(hào)包含了原信號(hào)頻譜的全部?jī)?nèi)容，故在低通濾波器輸出端可以得到恢復(fù)后的原新號(hào)。當(dāng)抽樣頻率小于2倍的原新號(hào)的最高頻率即濾波器的截止頻率時(shí)，抽樣信號(hào)的頻譜會(huì)發(fā)生混疊現(xiàn)象，從發(fā)生混疊后的頻譜中無(wú)法用低通濾波器獲得信號(hào)頻譜的全部?jī)?nèi)容，從而導(dǎo)致失真。

　　平頂抽樣原理：抽樣脈沖具有一定持續(xù)時(shí)間，在脈寬期間其幅度不變，每個(gè)抽樣脈沖頂

　　部不隨信號(hào)變化。實(shí)際應(yīng)用中是采用抽樣保持電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

　　自然抽樣原理：抽樣脈沖具有一定持續(xù)時(shí)間，在脈寬期間其幅度不變，每個(gè)抽樣脈沖頂部隨信號(hào)幅度變化。用周期性脈沖序列與信號(hào)相乘就可以實(shí)現(xiàn)。

　　4、思考一下，實(shí)驗(yàn)步驟中采用3K+1K正弦合成波作為被抽樣信號(hào)，而不是單一頻率的正弦波，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中波形變化的觀測(cè)上有什么區(qū)別？對(duì)抽樣定理理論和實(shí)際的研究有什么意義？

　　答：觀測(cè)波形變化時(shí)更穩(wěn)定。使抽樣定理理論的驗(yàn)證結(jié)果更可靠。

　　實(shí)驗(yàn)步驟：

　　（1）觀測(cè)并記錄自然抽樣前后的信號(hào)波形：設(shè)置開(kāi)關(guān)K1為“自然抽樣”檔位，用示波器觀測(cè)。

　�。�2）觀測(cè)并記錄平頂抽樣前后的信號(hào)波形：設(shè)置開(kāi)關(guān)K1為“平頂抽樣”檔位，用示波器觀測(cè)。

　�。�3）觀測(cè)并對(duì)比抽樣恢復(fù)后信號(hào)與被抽樣信號(hào)的波形：設(shè)置開(kāi)關(guān)K1為“自然抽樣”檔位，用示波器觀測(cè)頻率，比較觀測(cè)并思考在抽樣脈沖頻率多小的情況下恢復(fù)信號(hào)有失真。

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