SB-XH3型信號與系統(tǒng)綜合實驗箱
一、簡述：
信號與系統(tǒng)綜合實驗箱是在前款的優(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，在總結(jié)信號與系統(tǒng)實驗教學(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)"實驗箱。它既可完成傳統(tǒng)實驗箱所有信號系統(tǒng)實驗；又可完成傳統(tǒng)實驗箱難以完成或結(jié)果不理想的信號分解、信號與系統(tǒng)卷積、數(shù)字濾波器等實驗；同時也能做"數(shù)字信號處理"和"DSP應(yīng)用"實驗；實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?？啤⒈究?、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)實驗；又能完成傳統(tǒng)實驗箱難以完成的"信號卷積"、"任意信號分解"、"數(shù)字濾波器在線設(shè)計與實現(xiàn)"、"任意信號的實時頻譜分折（虛擬頻譜儀）"等實驗；同時又有開發(fā)開放區(qū)便于學(xué)生進行二次開發(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
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ā⑷遣?、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”等實驗得以準確地演示，并能生動地驗證理論結(jié)果；
3．PC機和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機結(jié)合可實現(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，配上軟件后可顯示系統(tǒng)的幅頻特性，使實驗結(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)計與實現(xiàn)。
6．實驗箱配有DSP同PC主機的通信接口，學(xué)生可在我們提供軟件的基礎(chǔ)上進行“信號與系統(tǒng)”的二次開發(fā)，如：各種數(shù)字濾波器設(shè)計與實現(xiàn)、頻譜分析、卷積等。
7．實驗箱配有DSP標準的JTAG插口，學(xué)生可通過仿真器完成DSP應(yīng)用的開發(fā)實驗如：A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、DSP的IO口使用、DSP定時器使用等。
8．實驗系統(tǒng)特別注重二次開發(fā)和可擴展性，學(xué)生既可進行軟件開發(fā)，又可自制小板進行單元電路擴展實驗。
9．實驗系統(tǒng)用有機玻璃和薄膜保護，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
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、實驗項目
第一章 信號與系統(tǒng)綜合實驗概述
第一節(jié) SB-XH1信號與系統(tǒng)模塊組成介紹
第二節(jié) 各實驗?zāi)K介紹
第三節(jié) 信號源
第二章 傳統(tǒng)教學(xué)實驗
實驗1 階躍響應(yīng)與沖激響應(yīng)
實驗2 連續(xù)時間系統(tǒng)的模擬
實驗3 有源無源濾波器
實驗4 抽樣定理與信號恢復(fù)
實驗5 二階網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)軌跡的顯示
實驗6 一階電路的暫態(tài)響應(yīng)
實驗7 二階電路的暫態(tài)響應(yīng)
實驗8 二階電路傳輸特性
實驗9 信號卷積實驗
實驗10 矩形脈沖信號的分解
實驗11 矩形脈沖信號的合成
實驗12 諧波幅度對波形合成的影響
實驗13 相位對波形合成的影響
實驗14 數(shù)字濾波器
實驗15 虛擬儀表
實驗16 信號產(chǎn)生實驗
實驗17 數(shù)字濾波器在線設(shè)計
實驗18 信號頻譜分析
第三章 二次開發(fā)實驗
實驗19 MATLAB軟件使用實驗
實驗20 MATLAB各種信號產(chǎn)生、頻譜分折、下載、觀測實驗
實驗21 無源、有源、數(shù)字濾波器性能比較實驗
實驗22 各種數(shù)字濾波器設(shè)計實驗
實驗23 DSP數(shù)字信號處理單元實驗
實驗24 DSP應(yīng)用實驗
實驗25 虛擬儀表使用實驗
實驗26 自定義信號的卷積實驗
實驗27 脈沖信號的CPLD實現(xiàn)
實驗28 擴展板及擴展實驗的設(shè)計與制作
備注：以上所有實驗因配備：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)）實驗內(nèi)容應(yīng)配備1臺電腦，但 第一章及第二章實驗內(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線連接實驗平臺與PC機
（3）按下SW102按鈕對DSP進行復(fù)位，或?qū)嶒炏浼与姀?fù)位，在計算機的控制面板中的設(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)計實驗選擇界面，如圖4所示。包含4種實驗選擇。
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中運行，通過實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”，將實現(xiàn)濾波器的DSP代碼和濾波器系數(shù)加載到實驗箱中的DSP中。
（4）“運行”，運行DSP中的濾波器程序，并在相應(yīng)的測試點測試濾波器的性能。
（5）“結(jié)束”，結(jié)束濾波器設(shè)計實驗，退出該實驗界面。
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)頻譜分析實驗平臺界面，如圖6所示。該實驗通過PC機上加載信號到DSP，進行傅立葉變換，并將變換后的信號頻譜采集到PC機上觀測。“頻譜分析實驗平臺”包含“加載原始信號”、“運行”、 “實時分析”、“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）“運行”，運行DSP中的頻譜分析程序，可以通過在實驗箱的測試點上觀測。
（3）“實時分析”，將DSP中的頻譜分析的結(jié)果采集到計算機上，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)束頻譜分析實驗，退出該實驗界面，
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)用實驗平臺界面，如圖7所示。該實驗通過PC機將自主編寫的DSP應(yīng)用程序加載到實驗箱的DSP中運行，可不用仿真器。“頻譜分析實驗平臺”包含“應(yīng)用程序裝載”、“運行”、“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機上將DSP程序代碼加載到實驗箱的DSP中，可以不需要仿真器。
（2）“運行”，運行下載到DSP中應(yīng)用程序，可以通過在實驗箱的測試點上觀測。
（3）“結(jié)束”，結(jié)束DSP應(yīng)用實驗，退出該實驗界面，
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)虛擬儀表實驗平臺界面，如圖8所示。該實驗將實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機加載到實驗箱的DSP中。
（2）“采集信號”，運行下載到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儀表在實驗箱的測試點上觀測，并進行比較。
（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”，虛擬儀表實驗，退出該實驗界面。
在虛擬儀表界面的左邊是測量的信號波形，橫坐標為時間（單位為毫秒），縱坐標為信號的幅度（單位為伏特）。進行虛擬儀表的測試實驗時，需要將測試的信號連接到實驗箱的P101輸入端。圖9是我們對實驗箱中的一個方波通過虛擬儀表實驗而獲得信號波形。圖10是該信號通過實驗箱的一個一階RC電路之后的輸出波形。
3．DSP信號波形產(chǎn)生實驗
實驗箱的數(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（實驗箱頂部中間的數(shù)碼管）顯示“1”時，即可以進行在線設(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
