信号与线性系统课程实验的设计与建设

感受，而且这类实验箱的返修率高，给后续的实验维护带来了隐患;此外信号与系统课程是在大二开设的，若需要开设设计性的硬件实验，一方面要避免与电路原理实验相重复，另外一方面是需要一定的数电和模电知识，而目前的很多高校大都在同一学期开设，这也无形中制约了硬件实验的开设。通过多次酝酿，确定了如下三个设计性硬件实验。

2.1信号生成硬件实验

本实验采用DDS直接数字频率合成[5]产生信号与系统课程中常用的几种波形信号，DDS的原理框图如图7所示。图中相位累加器可在每个时钟周期来临时将频率控制字所决定的相位增量M累加一次，若计数大于则自动溢出，而只保留后面的N位数字于累加器中。正弦查询表ROM用于实现从相位累加器输出的相位值到正弦幅度值的转换[6]，然后送到DAC中将正弦幅度值的数字量转变为模拟量，最后通过滤波器输出一个纯净的正弦波信号。

图7DDS信号发生器原理框图图8DDS模块电路原理图

信号生成实验以AD9850[7]作为核心芯片，通过搭建外围电路实现DDS模块化，AD9850的最高时钟为125 MHz，是采用先进CMOS技术的直接频率合成器，主要由可编程DDS系统、高性能模数变换器（DAC）和高速比较器3部分构成，能实现全数字编程控制的频率合成，模块电路原理图如图8所示。其中QOUT、QOUTB输出正弦波信号，IOUTB、Z_OUT1输出方波信号，方波信号经RC积分电路可产生三角波信号。通过MSP430单片机实现对AD9850模块的控制，可改写频率字、相位字，得到任意频率值的正弦波、方波及三角波信号，输出波形如图9所示。

图9信号生成图

2.2信号采样与恢复硬件实验

利用采样脉冲把一个连续信号变为离散时间样值的过程称为采样，采样后的信号称为脉冲调幅（PAM）信号。在满足采样定理条件下，采样信号保留了原信号的全部信息，并且从采样信号中可以无失真的恢复出原始信号。本硬件实验采用AD835应用乘法器电路[8]，实现信号的采样，采样电路如图10所示。采样信号通过一个低通滤波器，可实现信号的恢复。低通恢复电路如图11所示，采样恢复的实验波形如图12所示。

图10信号的采样电路图图11信号的恢复电路图

图12采样和恢复的实验波形

2.3信号合成硬件实验

对于一个周期为T，幅值为h的方波信号和三角波信号分别可以由式2和式3表示。

f（t）=4hπ（sinωt+13sin3ωt+15sin5ωt+17sin7ωt+…）（2）

f（t）=8hπ2（sinωt-132sin3ωt+152sin5ωt+172sin7ωt+…）（3）

本实验通过MSP430[9]驱动DDS信号生产模块的产生300kHz信号，经分频电路产生10kHz，30kHz，50kHz方波信号，由信号调理电路转换为双极性信号，经滤波电路后得到10kHz，30kHz，50kHz的正弦波信号，通过程控增益放大器和电压采样检测模块，使得10kHz、30kHz、50kHz信号的幅度分别为6V、2V、1.2V，经MSP430实时驱动LCD显示三路信号的电压幅度，最后通过移相电路调整同步后，经加法器实现波形的合成，其合成原理框图如图13所示，信号合成波形如图14所示。

图13信号合成硬件实验原理框图

图14信号合成波形图

3结语

由于“信号与线性系统”课程在电气信息类本科教学环节中起着重要作用，针对课程教学进行了一系列的改革尝试，体现了提高教学质量和培养优秀人才的宗旨，取得了较好的效果。立体化的教学成果已经初步显现，课堂教学方式在不断探索，实验教学正稳步推进，2010本校的信号与线性系统课程被评为江苏省精品课程[10]，为课程新一轮建设又提供了很好的契机，对加强课程实验教学体系建设，切实推进实验教学内容，深化实验教学模式起到了很好的推进作用，加速了教学资源共享的过程。

参考文献：

[1]刘洋.虚拟仪器技术及其发展趋势[J].仪表技术，2004，16（05）：56-58.

[2]刘顺兰，吴杰.数字信号处理[M].西安：西安电子科技大学出版社，2003.

[3]肖忠祥.数据采集原理[M].西安：西北工业大学出版社，2001.

[4]阮奇桢.我和LabVIEW——一个NI工程师的十年编程经验[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009.

[5]李雪梅，张宏财，王学伟.基于DDS技术的信号源设计[J].电测与仪表，2010，47（01）：55-56.

[6]陆毅.信号与系统分析[M].南京：江苏教育出版社，2012.

[7]郭永彩，张春荣，高潮.基于DDS技术AD9850的激励信号源设计[J].微计算机信息，2012，28（1）：12-14.

[8]赵弘扬.信号与系统分析[M].北京：电子工业出版社，2010.

[9]沈建华.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

[10]陆毅.信号与线性系统课程教学改革初探[J].江苏技术师范学院学报，2011，17（02）：63-67.

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