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SB-XH3型信號與系統綜合實(shí)驗箱
簡(jiǎn)述：
信號與系統綜合實(shí)驗箱是在前款的優(yōu)勢基礎上開(kāi)發(fā)出的又一新型“信號與系統”實(shí)驗系統。根據《信號與系統》和《數字信號處理》兩門(mén)課相互關(guān)聯(lián)的特點(diǎn)，在總結信號與系統實(shí)驗教學(xué)經(jīng)驗，并結合數字信號處理技術(shù)、DDS技術(shù)，開(kāi)發(fā)出的新型“信號與系統”實(shí)驗箱。它既可完成傳統實(shí)驗箱所有信號系統實(shí)驗；又可完成傳統實(shí)驗箱難以完成或結果不理想的信號分解、信號與系統卷積、數字濾波器等實(shí)驗；同時(shí)也能做“數字信號處理”和“DSP應用”實(shí)驗；實(shí)驗箱采用了正面貼膜工藝，增加了USB通信接口，可完成虛擬儀表功能和多種常見(jiàn)信號觀(guān)測功能。系統既美觀(guān)又穩定可靠，方便管理。適合專(zhuān)科、本科、研究生和研發(fā)人員使用。
與同類(lèi)產(chǎn)品比較，SB-XH3信號系統優(yōu)勢：
信號系統實(shí)驗箱基于數字信號處理技術(shù)、DDS技術(shù)、虛擬儀表技術(shù)，既能完成傳統的信號系統實(shí)驗；又能完成傳統實(shí)驗箱難以完成的“信號卷積“、“任意信號分解”、“數字濾波器在線(xiàn)設計與實(shí)現”、“任意信號的實(shí)時(shí)頻譜分折（虛擬頻譜儀）”等實(shí)驗；同時(shí)又有開(kāi)發(fā)開(kāi)放區便于學(xué)生進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。
1.內置DDS信號源，可產(chǎn)生：正弦波、三角波、占空比可變的脈沖信號、掃頻信號、半波、全波等；
2.內置數字頻率計：0HZ～250KHZ；
3.內置數字豪伏表：0V～10V；
4.復雜信號的抽樣與恢復；
5.信號的卷積；
6.各種無(wú)源、有源模擬濾波器設計、仿真、驗證（提供整套仿真課件）
7.數字濾波器的在線(xiàn)設計、實(shí)現（提供整套在線(xiàn)設計、下載軟件）
8.方波信號的分解與合成；
9.任意信號的分解與合成；（三角波、正弦波、半波、全波等信號）
10.內置USB接口，可實(shí)現虛擬示波器、虛擬頻譜儀功能；（提供整套示波器顯示、任意信號頻譜分折軟件）
一、產(chǎn)品圖片
二、產(chǎn)品特點(diǎn)
1．信號源采用DDS新技術(shù)，可產(chǎn)生高純度的正弦波，信號頻率在0MHZ～250KHZ內可100HZ步長(cháng)精確可調，對學(xué)生研究信號頻譜很有幫助。同時(shí)DDS信號源兼備方波、三角波、鋸齒波功能和掃頻功能，及頻率與占空比精確可調的脈沖信號。
2．采用DSP數字信號處理新技術(shù)，將模擬電路難以實(shí)現或實(shí)驗結果不理想的“信號分解與合成”、“信號卷積”等實(shí)驗得以準確地演示，并能生動(dòng)地驗證理論結果；
3．PC機和DSP結合可在線(xiàn)仿真、產(chǎn)生、觀(guān)測各種特殊信號，如：指數信號等。
4．平臺和PC機結合可實(shí)現虛擬儀表功能：各系統輸出信號可經(jīng)采集模塊的高速A/D和USB口將數據傳至PC機，配上軟件后可顯示系統的幅頻特性，使實(shí)驗結果更直觀(guān)。
5．可系統地了解并比較無(wú)源、有源、數字濾波器的性能及特性，學(xué)會(huì )數字濾波器的設計與實(shí)現。
6．實(shí)驗箱配有DSP同PC主機的通信接口，學(xué)生可在我們提供軟件的基礎上進(jìn)行“信號與系統”的二次開(kāi)發(fā)，如：各種數字濾波器設計與實(shí)現、頻譜分析、卷積等。
7．實(shí)驗箱配有DSP標準的JTAG插口，學(xué)生可通過(guò)仿真器完成DSP應用的開(kāi)發(fā)實(shí)驗如：A/D轉換、D/A轉換、DSP的IO口使用、DSP定時(shí)器使用等。
8．實(shí)驗系統特別注重二次開(kāi)發(fā)和可擴展性，學(xué)生既可進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，又可自制小板進(jìn)行單元電路擴展實(shí)驗。
9．實(shí)驗系統用有機玻璃和薄膜保護，使系統既美觀(guān)又穩定可靠。
10．內置DDS信號源、數字頻率計、數字毫伏表。
三、技術(shù)指標
1．DDS信號源：三角波、方波、正弦波、掃頻信號。
2．正弦波、三角波等頻率：1HZ～250KHZ；矩形波頻率：1Hz～20KHz，占空比精確可調。
3．數字頻率計：0HZ～10MHZ。
4．數字毫伏表：0V～10V。
四、實(shí)驗項目
第一章 信號與系統綜合實(shí)驗概述
第一節
SB-XH3信號與系統模塊組成介紹
第二節 各實(shí)驗模塊介紹
第三節 信號源
第二章 傳統教學(xué)實(shí)驗
實(shí)驗1
階躍響應與沖激響應
實(shí)驗2 連續時(shí)間系統的模擬
實(shí)驗3 有源無(wú)源濾波器
實(shí)驗4 抽樣定理與信號恢復
實(shí)驗5 二階網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)軌跡的顯示
實(shí)驗6 一階電路的暫態(tài)響應
實(shí)驗7 二階電路的暫態(tài)響應
實(shí)驗8 二階電路傳輸特性
實(shí)驗9 信號卷積實(shí)驗
實(shí)驗10
矩形脈沖信號的分解
實(shí)驗11 矩形脈沖信號的合成
實(shí)驗12 諧波幅度對波形合成的影響
實(shí)驗13 相位對波形合成的影響
實(shí)驗14
數字濾波器
實(shí)驗15 虛擬儀表
實(shí)驗16 信號產(chǎn)生實(shí)驗
實(shí)驗17 數字濾波器在線(xiàn)設計
實(shí)驗18 信號頻譜分析
第三章 二次開(kāi)發(fā)實(shí)驗
實(shí)驗19 MATLAB軟件使用實(shí)驗
實(shí)驗20 MATLAB各種信號產(chǎn)生、頻譜分折、下載、觀(guān)測實(shí)驗
實(shí)驗21 無(wú)源、有源、數字濾波器性能比較實(shí)驗
實(shí)驗22 各種數字濾波器設計實(shí)驗
實(shí)驗23 DSP數字信號處理單元實(shí)驗
實(shí)驗24
DSP應用實(shí)驗
實(shí)驗25 虛擬儀表使用實(shí)驗
實(shí)驗26 自定義信號的卷積實(shí)驗
實(shí)驗27 脈沖信號的CPLD實(shí)現
實(shí)驗28
擴展板及擴展實(shí)驗的設計與制作
備注：以上所有實(shí)驗因配備：20兆模擬或數字示波器1臺、模擬或數字萬(wàn)用表1塊，如需第三章（二次開(kāi)發(fā)）實(shí)驗內容應配備1臺電腦，但 第一章及第二章實(shí)驗內容無(wú)需配電腦
教學(xué)配置（數量按學(xué)校采購要求配置）
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序號 |
設備名稱(chēng) |
型 號 |
備 注 |
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1-1 |
信號與系統綜合實(shí)驗箱 |
SB-XH3 |
每組一臺 |
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出廠(chǎng)附件 |
使用說(shuō)明書(shū) |
1本 | |
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電源線(xiàn) |
1根 | ||
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信號連接線(xiàn) |
15根 | ||
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USB接口線(xiàn) |
1根 | ||
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保修卡/合格證 |
1套 | ||
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配套軟件光盤(pán) |
1套 | ||
附： SB-XH3信號系統在線(xiàn)設計
1. USB驅動(dòng)安裝
（1）運行“372drive”文件夾中的USB驅動(dòng)程序CH372DRV.EXE。在圖1中的界面選擇INSTALL，完成USB口驅動(dòng)的安裝。
圖1
（2）用USB線(xiàn)連接實(shí)驗平臺與PC機
（3）按下SW102按鈕對DSP進(jìn)行復位，或對實(shí)驗箱加電復位，在計算機的控制面板中的設備管理器可以添加了一個(gè)外部接口，如圖2所示，表示USB口工作正常。
圖2
（4）按下SW101按鈕選擇DSP工作的程序，當程序號模塊顯示“1”時(shí)，即可以進(jìn)行在線(xiàn)設計程序。當程序號模塊顯示“2”時(shí)，可以通過(guò)觀(guān)測DSP產(chǎn)生的各種信號波形。
2．在線(xiàn)設計
運行主程序.exe，即打開(kāi)本配套軟件的主程序，如圖3所示，雙擊界面，則出現在線(xiàn)設計實(shí)驗選擇界面，如圖4所示。包含4種實(shí)驗選擇。
2．1濾波器設計
在“信號與系統在線(xiàn)設計程序”界面上選擇“濾波器設計”，即可以通過(guò)MATLAB設計濾波器系數，并加載到DSP中運行，通過(guò)實(shí)驗箱測試濾波器的特性。界面如圖5所示。界面上介紹了操作步驟，并包含“啟動(dòng)MATLAB”、“關(guān)閉MATLAB”、“裝載”、“運行”、“結束”等按鈕。
（1）“啟動(dòng)MATLAB”，自動(dòng)調用MATLAB，通過(guò)MATLAB完成濾波器的設計，并產(chǎn)生相應的濾波器系數。
（2）“關(guān)閉MATLAB”，關(guān)閉MATLAB的濾波器設計界面。
（3）“裝載”，將實(shí)現濾波器的DSP代碼和濾波器系數加載到實(shí)驗箱中的DSP中。
（4）“運行”，運行DSP中的濾波器程序，并在相應的測試點(diǎn)測試濾波器的性能。
（5）“結束”，結束濾波器設計實(shí)驗，退出該實(shí)驗界面。 
圖5
2．2頻譜分析
在“信號與系統在線(xiàn)設計程序”界面上選擇“頻譜分析”按鈕，出現頻譜分析實(shí)驗平臺界面，如圖6所示。該實(shí)驗通過(guò)PC機上加載信號到DSP，進(jìn)行傅立葉變換，并將變換后的信號頻譜采集到PC機上觀(guān)測�！邦l譜分析實(shí)驗平臺”包含“加載原始信號”、“運行”、
“實(shí)時(shí)分析”、“結束”等按鈕，以及原始信號波形、DFT頻譜波形兩個(gè)圖形顯示區。
圖6
（1）“加載原始信號”，
從PC機上選擇定制好的信號，將DSP程序代碼和該信號數據加載到實(shí)驗箱的DSP中。同時(shí)在界面左邊的原始信號波形區域顯示該信號的時(shí)域波形。
（2）“運行”，運行DSP中的頻譜分析程序，可以通過(guò)在實(shí)驗箱的測試點(diǎn)上觀(guān)測。
（3）“實(shí)時(shí)分析”，將DSP中的頻譜分析的結果采集到計算機上，在界面左邊的DFT頻譜波形區域顯示出該信號的頻譜。
（4）“結束”，結束頻譜分析實(shí)驗，退出該實(shí)驗界面，
2．3 DSP應用
在“信號與系統在線(xiàn)設計程序”界面上選擇“DSP應用”按鈕，出現DSP應用實(shí)驗平臺界面，如圖7所示。該實(shí)驗通過(guò)PC機將自主編寫(xiě)的DSP應用程序加載到實(shí)驗箱的DSP中運行，可不用仿真器�！邦l譜分析實(shí)驗平臺”包含“應用程序裝載”、“運行”、“結束”等按鈕，以及原始信號波形、DFT頻譜波形兩
圖7
（1）“應用程序裝載”，
自主的設計一些DSP應用程序，從PC機上將DSP程序代碼加載到實(shí)驗箱的DSP中，可以不需要仿真器。
（2）“運行”，運行下載到DSP中應用程序，可以通過(guò)在實(shí)驗箱的測試點(diǎn)上觀(guān)測。
（3）“結束”，結束DSP應用實(shí)驗，退出該實(shí)驗界面，
2．4 虛擬儀表
在“信號與系統在線(xiàn)設計程序”界面上選擇“虛擬儀表”按鈕，出現虛擬儀表實(shí)驗平臺界面，如圖8所示。該實(shí)驗將實(shí)驗箱的信號采集到計算機端，在計算機顯示信號波形，完成一些儀表的功能�！疤摂M儀表實(shí)驗平臺”包含“應用程序裝載”、“采集信號”、“暫停/繼續”、“結束”等按鈕，以及采集到的信號波形顯示區域。
（1）“應用程序裝載”， 將完成虛擬儀表功能的DSP代碼通過(guò)PC機加載到實(shí)驗箱的DSP中。
（2）“采集信號”，運行下載到DSP中應用程序，將需要測試的信號采集到計算機端，并在計算機顯示器上顯示信號的波形。也可以將該信號通過(guò)儀表在實(shí)驗箱的測試點(diǎn)上觀(guān)測，并進(jìn)行比較。
（3）“暫停/繼續”，為了觀(guān)測的方便，可以暫停對信號的采集和繼續采集顯示。
（4）“結束”，虛擬儀表實(shí)驗，退出該實(shí)驗界面。
圖8
在虛擬儀表界面的左邊是測量的信號波形，橫坐標為時(shí)間（單位為毫秒），縱坐標為信號的幅度（單位為伏特）。進(jìn)行虛擬儀表的測試實(shí)驗時(shí)，需要將測試的信號連接到實(shí)驗箱的P101輸入端。圖9是我們對實(shí)驗箱中的一個(gè)方波通過(guò)虛擬儀表實(shí)驗而獲得信號波形。圖10是該信號通過(guò)實(shí)驗箱的一個(gè)一階RC電路之后的輸出波形。
圖9
圖10
3．DSP信號波形產(chǎn)生實(shí)驗
實(shí)驗箱的數字信號處理模塊可以通過(guò)按鈕“SW101”按鈕選擇DSP工作的程序，當程序號模塊（實(shí)驗箱頂部中間的數碼管）顯示“1”時(shí)，即可以進(jìn)行在線(xiàn)設計程序。當程序號模塊顯示“2”時(shí)，可以通過(guò)觀(guān)測DSP產(chǎn)生的各種信號波形。為了觀(guān)測DSP產(chǎn)生的各種信號波形，這里需要將程序號通過(guò)SW101調節為2。
產(chǎn)生的信號波形包括：
（1）正弦函數信號；
（2）指數函數信號；
（3）指數衰減振蕩函數信號
（4）抽樣函數信號；
（5）鐘形函數信號。
測試點(diǎn)說(shuō)明如下：
TP801：測試正弦函數信號波形
TP802: 測試指數函數信號波形
TP803: 測試指數衰減振蕩函數信號波形
TP804:
測試抽樣函數信號波形
