1、深 圳 大 學(xué) 實 驗 報 告 課程名稱： 信號與系統(tǒng) 實驗項目名稱： 信號的采樣與恢復(fù) 學(xué)院： 生命科學(xué)學(xué)院 專業(yè)： 生物技術(shù) 指導(dǎo)教師： 張坤華 報告人：鮮欣邑 學(xué)號：2011300054 班級： 1 實驗時間： 2013/5/28 實驗報告提交時間： 2013/6/5 教務(wù)部制實驗?zāi)康呐c要求：1、了解信號的采樣方法與過程以及信號恢復(fù)的方法。2、驗證抽樣定理。實驗內(nèi)容：1、觀察抽樣脈沖、抽樣信號、抽樣恢復(fù)信號。2、觀察抽樣過程中，發(fā)生混疊和非混疊時的波形。實驗儀器：1、信號與系統(tǒng)實驗箱一臺（主板）。2、系統(tǒng)時域與頻域分析模塊一塊。3、20M雙蹤示波器一臺。實驗原理：1、離散時間信號可以從離

2、散信號源獲得，也可以從連續(xù)時間信號抽樣而得。抽樣信號可以看成連續(xù)信號和一組開關(guān)函數(shù)的乘積。是一組周期性窄脈沖，見圖5-1，TS稱為抽樣周期，其倒數(shù)稱抽樣頻率。 圖 5-1矩形抽樣脈沖對抽樣信號進(jìn)行傅里葉分析可知，抽樣信號的頻率包括了原連續(xù)信號以及無限個經(jīng)過平移的原信號頻率。平移的頻率等于抽樣頻率及其諧波頻率、。當(dāng)抽樣信號是周期性窄脈沖時，平移后的頻率幅度按規(guī)律衰減。抽樣信號的頻譜是原信號頻譜周期的延拓，它占有的頻帶要比原信號頻譜寬得多。2、正如測得了足夠的實驗數(shù)據(jù)以后，我們可以在坐標(biāo)紙上把一系列數(shù)據(jù)點連起來，得到一條光滑的曲線一樣，抽樣信號在一定條件下也可以恢復(fù)到原信號。只要用一截止頻率等于原

3、信號頻譜中最高頻率fn的低通濾波器，濾除高頻分量，經(jīng)濾波后得到的信號包含了原信號頻譜的全部內(nèi)容，故在低通濾波器輸出可以得到恢復(fù)后的原信號。3、但原信號得以恢復(fù)的條件是，其中為抽樣頻率，B為原信號占有的頻帶寬度。而為最低抽樣頻率又稱“奈奎斯特抽樣率”。當(dāng)時，抽樣信號的頻譜會發(fā)生混迭，從發(fā)生混迭后的頻譜中我們無法用低通濾波器獲得原信號頻譜的全部內(nèi)容。在實際使用中，僅包含有限頻率的信號是極少的。因此即使，恢復(fù)后的信號失真還是難免的。圖5-2畫出了當(dāng)抽樣頻率（不混疊時）及當(dāng)抽樣頻率（混疊時）兩種情況下沖激抽樣信號的頻譜。 00 (a) 連續(xù)信號的頻譜 0 0 （b） 高抽樣頻率時的抽樣信號及頻譜（不混

4、疊） 0 0 （c） 低抽樣頻率時的抽樣信號及頻譜（混疊）圖5-2 抽樣過程中出現(xiàn)的兩種情況4、點頻抽樣還原實驗采用分立方式，對2kHz正弦波進(jìn)行抽樣和還原，首先2kHz的方波經(jīng)過截止頻率為2.56kHz低通濾波器得到2kHz的正弦波，然后用可調(diào)窄脈沖對正弦波進(jìn)行抽樣得到抽樣信號，抽樣信號經(jīng)低通濾波器后還原出正弦波。考慮下面的正弦信號： 假定以兩倍于該正弦信號的頻率對它進(jìn)行脈沖串采樣，若這個已采樣的沖激信號作為輸入加到一個截止頻率為的理想低通濾波器上，其所產(chǎn)生的輸出是：由此可見，當(dāng)0或是的整數(shù)倍時，如右圖，x(t)可以完全恢復(fù)。 當(dāng)時，該信號在采樣周期整數(shù)倍點上的值都是零；因此在這個采樣頻率下

5、所產(chǎn)生的信號全是零。當(dāng)這個零輸入加到理想低通濾波器上時，所得輸出當(dāng)然也都是零。5、為了實現(xiàn)對連續(xù)信號的抽樣和抽樣信號的復(fù)原，除選用足夠高的抽樣頻率外，常采用前置低通濾波器來防止原信號頻譜寬而造成抽樣后信號頻譜的混疊。但這也會造成失真。原始的語音信號帶寬為40Hz到10000Hz,但實際中傳輸?shù)恼Z音信號的帶寬為300Hz到3400Hz,并不影響我們的聽覺效果,因此本實驗加了前置濾波器。6、語音抽樣還原實驗采用集成方式，本實驗采用PCM編譯碼器TP3067專用大規(guī)模集成電路，它是CMOS工藝制造的單片PCM A律編譯碼器片內(nèi)帶有輸入輸出話路濾波器它把編譯碼器（Codec）和濾波器(Filter)集

6、成在一個芯片上。 脈沖編碼調(diào)制（PCM)就是把一個時間連續(xù)、取值連續(xù)的模擬信號變換成時間離散、取值離散的數(shù)字信號后在信道中進(jìn)行傳輸。而脈沖編碼調(diào)制就是對模擬信號先進(jìn)行抽樣后，再對樣值的幅度進(jìn)行量化、編碼的過程。話音信號先經(jīng)過防混疊低通濾波器，得到限帶信號（300Hz3400Hz），進(jìn)行脈沖抽樣，變成8kHz重復(fù)頻率的抽樣信號（即離散的脈沖調(diào)幅PAM信號），然后將幅度連續(xù)的PAM信號用“四舍五入”辦法量化為有限個幅度取值的信號，再經(jīng)編碼，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼。對于電話，CCITT（國際電話與電報顧問委員會 International Telephone and Telegraph Consultati

7、ve Committee）規(guī)定抽樣率為8kHz，每抽樣值編8位碼，即共有28=256個量化值，因而每話路PCM編碼后的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)碼率是64kb/s。實驗步驟：1、點頻抽樣(1) 把系統(tǒng)時域與頻域分析模塊插在主板上，用導(dǎo)線接通此模塊“電源接入”和主板上的電源（看清標(biāo)識，防止接錯），并打開此模塊的電源開關(guān)（S1、S2）。（2）用示波器測試H07“CLKR”的波形，為256kHz的方波，用導(dǎo)線將H07“CLKR”和H12連接起來。（3）用示波器測試H01“2kHz”的輸出波形，為2kHz的方波，用導(dǎo)線連接H01“2kHz”和H02“輸入”。（4）通過測試鉤T01觀察輸入的方波經(jīng)過截止頻率為2kHz的低通

8、濾波器后得到2kHz的正弦波。抽樣電路將對此正弦波進(jìn)行抽樣，然后經(jīng)過還原電路還原出此正弦波。（5）用示波器觀察測試鉤T08“抽樣脈沖序列”的波形。通過按鍵“頻率粗調(diào)”和按鍵“頻率細(xì)調(diào)”可以改變抽樣脈沖序列的頻率。抽樣脈沖序列的頻率的最小值為500Hz最大值為11.5kHz。同樣通過“占空比粗調(diào)”按鍵和“占空比細(xì)調(diào)”按鍵可以調(diào)節(jié)抽樣脈沖序列的占空比。“復(fù)位”按鍵可以使抽樣脈沖序列的頻率復(fù)位為500Hz且占空比最小。通過調(diào)節(jié)抽樣脈沖的頻率可以實現(xiàn)欠采樣、臨界采樣、過采樣。（6）用示波器觀察T02“抽樣信號”的波形。（7）觀察抽樣信號經(jīng)低通濾波器還原后的波形T03。（8）改變抽樣頻率為fs<2

9、B和fs2B，觀察抽樣信號（T02)和復(fù)原后的信號（T03)，比較其失真程度。2、 語音信號的抽樣與恢復(fù) 把話筒插進(jìn)V1耳機插進(jìn)V2(看清標(biāo)識不要接錯)，用導(dǎo)線將“PCM信號輸出”連接到“PCM信號輸入”,檢查無誤后就可以對著話筒講話了，會在耳機里聽到清楚的聲音。（W01用來調(diào)節(jié)語音信號的放大倍數(shù)，W02用來調(diào)節(jié)聲音的大小）數(shù)據(jù)處理：步1.2 H07的方波 步1.3 H01的方波步1.4 經(jīng)過濾波器后的正弦波 步1.5 抽樣脈沖序列步1.6 抽樣信號 步1.7 還原信號步1.8抽樣頻率變化后的采樣信號與恢復(fù)信號深圳大學(xué)學(xué)生實驗報告用紙實驗結(jié)論： 通過這個實驗，我們了解了模擬信號的采樣方法與過程及信號的恢復(fù)，并驗證了采樣定理，通過對輸入信號與采樣信號的對比，輸入信號與恢復(fù)信號的對比我們知道只要遵循采樣定