SB-XH3型信號與系統(tǒng)綜合實(shí)驗箱
一、簡述：
信號與系統(tǒng)綜合實(shí)驗箱是在前款的優(yōu)勢基礎(chǔ)上開發(fā)出的又一新型"信號與系統(tǒng)"實(shí)驗系統(tǒng)。根據(jù)《信號與系統(tǒng)》和《數(shù)字信號處理》兩門課相互關(guān)聯(lián)的特點(diǎn)，在總結(jié)信號與系統(tǒng)實(shí)驗教學(xué)經(jīng)驗，并結(jié)合數(shù)字信號處理技術(shù)、DDS技術(shù)，開發(fā)出的新型"信號與系統(tǒng)"實(shí)驗箱。它既可完成傳統(tǒng)實(shí)驗箱所有信號系統(tǒng)實(shí)驗；又可完成傳統(tǒng)實(shí)驗箱難以完成或結(jié)果不理想的信號分解、信號與系統(tǒng)卷積、數(shù)字濾波器等實(shí)驗；同時也能做"數(shù)字信號處理"和"DSP應(yīng)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信號觀測功能。系統(tǒng)既美觀又穩(wěn)定可靠，方便管理。適合?？?、本科、研究生和研發(fā)人員使用。
與同類產(chǎn)品比較，SB-XH3信號系統(tǒng)優(yōu)勢：
SB-XH3信號系統(tǒng)實(shí)驗箱基于數(shù)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(tǒng)的信號系統(tǒng)實(shí)驗；又能完成傳統(tǒng)實(shí)驗箱難以完成的"信號卷積"、"任意信號分解"、"數(shù)字濾波器在線設(shè)計與實(shí)現(xiàn)"、"任意信號的實(shí)時頻譜分折（虛擬頻譜儀）"等實(shí)驗；同時又有開發(fā)開放區(qū)便于學(xué)生進(jìn)行二次開發(fā)。
1.內(nèi)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(nèi)置數(shù)字頻率計：0HZ～250KHZ；
3.內(nèi)置數(shù)字豪伏表：0V～10V；
4.復(fù)雜信號的抽樣與恢復(fù)；
5.信號的卷積；
6.各種無源、有源模擬濾波器設(shè)計、仿真、驗證（提供整套仿真課件）
7.數(shù)字濾波器的在線設(shè)計、實(shí)現(xiàn)（提供整套在線設(shè)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(nèi)置USB接口，可實(shí)現(xiàn)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）
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(nèi)可100HZ步長精確可調(diào)，對學(xué)生研究信號頻譜很有幫助。同時DDS信號源兼?zhèn)浞讲?、三角波、鋸齒波功能和掃頻功能，及頻率與占空比精確可調(diào)的脈沖信號。
2．采用DSP數(shù)字信號處理新技術(shù)，將模擬電路難以實(shí)現(xiàn)或?qū)嶒灲Y(jié)果不理想的“信號分解與合成”、“信號卷積”等實(shí)驗得以準(zhǔn)確地演示，并能生動地驗證理論結(jié)果；
3．PC機(jī)和DSP結(jié)合可在線仿真、產(chǎn)生、觀測各種特殊信號，如：指數(shù)信號等。
4．平臺和PC機(jī)結(jié)合可實(shí)現(xiàn)虛擬儀表功能：各系統(tǒng)輸出信號可經(jīng)采集模塊的高速A/D和USB口將數(shù)據(jù)傳至PC機(jī)，配上軟件后可顯示系統(tǒng)的幅頻特性，使實(shí)驗結(jié)果更直觀。
5．可系統(tǒng)地了解并比較無源、有源、數(shù)字濾波器的性能及特性，學(xué)會數(shù)字濾波器的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。
6．實(shí)驗箱配有DSP同PC主機(jī)的通信接口，學(xué)生可在我們提供軟件的基礎(chǔ)上進(jìn)行“信號與系統(tǒng)”的二次開發(fā)，如：各種數(shù)字濾波器設(shè)計與實(shí)現(xiàn)、頻譜分析、卷積等。
7．實(shí)驗箱配有DSP標(biāo)準(zhǔn)的JTAG插口，學(xué)生可通過仿真器完成DSP應(yīng)用的開發(fā)實(shí)驗如：A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、DSP的IO口使用、DSP定時器使用等。
8．實(shí)驗系統(tǒng)特別注重二次開發(fā)和可擴(kuò)展性，學(xué)生既可進(jìn)行軟件開發(fā)，又可自制小板進(jìn)行單元電路擴(kuò)展實(shí)驗。
9．實(shí)驗系統(tǒng)用有機(jī)玻璃和薄膜保護(hù)，使系統(tǒng)既美觀又穩(wěn)定可靠。
10．內(nèi)置DDS信號源、數(shù)字頻率計、數(shù)字毫伏表。
三、技術(shù)指標(biāo)
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(diào)。
3．?dāng)?shù)字頻率計：0HZ～10MHZ。
4．?dāng)?shù)字毫伏表：0V～10V。
四、實(shí)驗項目
第一章 信號與系統(tǒng)綜合實(shí)驗概述
第一節(jié) SB-XH1信號與系統(tǒng)模塊組成介紹
第二節(jié) 各實(shí)驗?zāi)K介紹
第三節(jié) 信號源
第二章 傳統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗
實(shí)驗1 階躍響應(yīng)與沖激響應(yīng)
實(shí)驗2 連續(xù)時間系統(tǒng)的模擬
實(shí)驗3 有源無源濾波器
實(shí)驗4 抽樣定理與信號恢復(fù)
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(yīng)
實(shí)驗7 二階電路的暫態(tài)響應(yīng)
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(shù)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(shù)字濾波器在線設(shè)計
實(shí)驗18 信號頻譜分析
第三章 二次開發(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、觀測實(shí)驗
實(shí)驗21 無源、有源、數(shù)字濾波器性能比較實(shí)驗
實(shí)驗22 各種數(shù)字濾波器設(shè)計實(shí)驗
實(shí)驗23 DSP數(shù)字信號處理單元實(shí)驗
實(shí)驗24 DSP應(yīng)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(xiàn)
實(shí)驗28 擴(kuò)展板及擴(kuò)展實(shí)驗的設(shè)計與制作
備注：以上所有實(shí)驗因配備：20兆模擬或數(shù)字示波器1臺、模擬或數(shù)字萬用表1塊，如需第三章（二次開發(fā)）實(shí)驗內(nèi)容應(yīng)配備1臺電腦，但 第一章及第二章實(shí)驗內(nèi)容無需配電腦
教學(xué)配置（數(shù)量按學(xué)校采購要求配置）
序號 | 設(shè)備名稱 | 型 號 | 備 注 |
1-1 | 信號與系統(tǒng)綜合實(shí)驗箱 | SB-XH3 | 每組一臺 |
出廠附件 | 使用說明書 | 1本 |
電源線 | 1根 |
信號連接線 | 15根 |
USB接口線 | 1根 |
保修卡/合格證 | 1套 |
配套軟件光盤 | 1套 |
附： SB-XH3信號系統(tǒng)在線設(shè)計
1. USB驅(qū)動安裝
（1）運(yùn)行“372drive”文件夾中的USB驅(qū)動程序CH372DRV.EXE。在圖1中的界面選擇INSTALL，完成USB口驅(qū)動的安裝。
（2）用USB線連接實(shí)驗平臺與PC機(jī)
（3）按下SW102按鈕對DSP進(jìn)行復(fù)位，或?qū)?shí)驗箱加電復(fù)位，在計算機(jī)的控制面板中的設(shè)備管理器可以添加了一個外部接口，如圖2所示，表示USB口工作正常。
（4）按下SW101按鈕選擇DSP工作的程序，當(dāng)程序號模塊顯示“1”時，即可以進(jìn)行在線設(shè)計程序。當(dāng)程序號模塊顯示“2”時，可以通過觀測DSP產(chǎn)生的各種信號波形。
2．在線設(shè)計
運(yùn)行SB-XH1B主程序.exe，即打開本配套軟件的主程序，如圖3所示，雙擊界面，則出現(xiàn)在線設(shè)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(shè)計
在“信號與系統(tǒng)在線設(shè)計程序”界面上選擇“濾波器設(shè)計”，即可以通過MATLAB設(shè)計濾波器系數(shù)，并加載到DSP中運(yùn)行，通過實(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MATLAB”、“關(guān)閉MATLAB”、“裝載”、“運(yùn)行”、“結(jié)束”等按鈕。
（1）“啟動MATLAB”，自動調(diào)用MATLAB，通過MATLAB完成濾波器的設(shè)計，并產(chǎn)生相應(yīng)的濾波器系數(shù)。
（2）“關(guān)閉MATLAB”，關(guān)閉MATLAB的濾波器設(shè)計界面。
（3）“裝載”，將實(shí)現(xiàn)濾波器的DSP代碼和濾波器系數(shù)加載到實(shí)驗箱中的DSP中。
（4）“運(yùn)行”，運(yùn)行DSP中的濾波器程序，并在相應(yīng)的測試點(diǎn)測試濾波器的性能。
（5）“結(jié)束”，結(jié)束濾波器設(shè)計實(shí)驗，退出該實(shí)驗界面。
2．2頻譜分析
在“信號與系統(tǒng)在線設(shè)計程序”界面上選擇“頻譜分析”按鈕，出現(xiàn)頻譜分析實(shí)驗平臺界面，如圖6所示。該實(shí)驗通過PC機(jī)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(jī)上觀測。“頻譜分析實(shí)驗平臺”包含“加載原始信號”、“運(yùn)行”、 “實(shí)時分析”、“結(jié)束”等按鈕，以及原始信號波形、DFT頻譜波形兩個圖形顯示區(qū)。
（1）“加載原始信號”， 從PC機(jī)上選擇定制好的信號，將DSP程序代碼和該信號數(shù)據(jù)加載到實(shí)驗箱的DSP中。同時在界面左邊的原始信號波形區(qū)域顯示該信號的時域波形。
（2）“運(yùn)行”，運(yùn)行DSP中的頻譜分析程序，可以通過在實(shí)驗箱的測試點(diǎn)上觀測。
（3）“實(shí)時分析”，將DSP中的頻譜分析的結(jié)果采集到計算機(jī)上，在界面左邊的DFT頻譜波形區(qū)域顯示出該信號的頻譜。
（4）“結(jié)束”，結(jié)束頻譜分析實(shí)驗，退出該實(shí)驗界面，
2．3 DSP應(yīng)用
在“信號與系統(tǒng)在線設(shè)計程序”界面上選擇“DSP應(yīng)用”按鈕，出現(xiàn)DSP應(yīng)用實(shí)驗平臺界面，如圖7所示。該實(shí)驗通過PC機(jī)將自主編寫的DSP應(yīng)用程序加載到實(shí)驗箱的DSP中運(yùn)行，可不用仿真器?！邦l譜分析實(shí)驗平臺”包含“應(yīng)用程序裝載”、“運(yùn)行”、“結(jié)束”等按鈕，以及原始信號波形、DFT頻譜波形兩
（1）“應(yīng)用程序裝載”， 自主的設(shè)計一些DSP應(yīng)用程序，從PC機(jī)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(yùn)行”，運(yùn)行下載到DSP中應(yīng)用程序，可以通過在實(shí)驗箱的測試點(diǎn)上觀測。
（3）“結(jié)束”，結(jié)束DSP應(yīng)用實(shí)驗，退出該實(shí)驗界面，
2．4 虛擬儀表
在“信號與系統(tǒng)在線設(shè)計程序”界面上選擇“虛擬儀表”按鈕，出現(xiàn)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(jī)端，在計算機(jī)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(yīng)用程序裝載”、“采集信號”、“暫停/繼續(xù)”、“結(jié)束”等按鈕，以及采集到的信號波形顯示區(qū)域。
（1）“應(yīng)用程序裝載”， 將完成虛擬儀表功能的DSP代碼通過PC機(jī)加載到實(shí)驗箱的DSP中。
（2）“采集信號”，運(yùn)行下載到DSP中應(yīng)用程序，將需要測試的信號采集到計算機(jī)端，并在計算機(jī)顯示器上顯示信號的波形。也可以將該信號通過儀表在實(shí)驗箱的測試點(diǎn)上觀測，并進(jìn)行比較。
（3）“暫停/繼續(xù)”，為了觀測的方便，可以暫停對信號的采集和繼續(xù)采集顯示。
（4）“結(jié)束”，虛擬儀表實(shí)驗，退出該實(shí)驗界面。
在虛擬儀表界面的左邊是測量的信號波形，橫坐標(biāo)為時間（單位為毫秒），縱坐標(biāo)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，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)驗箱中的一個方波通過虛擬儀表實(shí)驗而獲得信號波形。圖10是該信號通過實(shí)驗箱的一個一階RC電路之后的輸出波形。
3．DSP信號波形產(chǎn)生實(shí)驗
實(shí)驗箱的數(shù)字信號處理模塊可以通過按鈕“SW101”按鈕選擇DSP工作的程序，當(dāng)程序號模塊（實(shí)驗箱頂部中間的數(shù)碼管）顯示“1”時，即可以進(jìn)行在線設(shè)計程序。當(dāng)程序號模塊顯示“2”時，可以通過觀測DSP產(chǎn)生的各種信號波形。為了觀測DSP產(chǎn)生的各種信號波形，這里需要將程序號通過SW101調(diào)節(jié)為2。
產(chǎn)生的信號波形包括：（1）正弦函數(shù)信號；（2）指數(shù)函數(shù)信號；（3）指數(shù)衰減振蕩函數(shù)信號（4）抽樣函數(shù)信號；（5）鐘形函數(shù)信號。
測試點(diǎn)說明如下：
TP801：測試正弦函數(shù)信號波形
TP802: 測試指數(shù)函數(shù)信號波形
TP803: 測試指數(shù)衰減振蕩函數(shù)信號波形
TP804: 測試抽樣函數(shù)信號波形
