ZN-XH1型 信号与系统综合实验箱

二、产品特点
1．信号源采用DDS新技术，可产生高纯度的正弦波，信号频率在0MHZ～250KHZ内可100HZ步长精确可调，对学生研究信号频谱很有帮助。同时DDS信号源兼备方波、三角波、锯齿波功能和扫频功能，及频率与占空比精确可调的脉冲信号。
2．采用DSP数字信号处理新技术，将模拟电路难以实现或实验结果不理想的“信号分解与合成”、“信号卷积”等实验得以准确地演示，并能生动地验证理论结果；
3．PC机和DSP结合可在线仿真、产生、观测各种特殊信号，如：指数信号等。
4．平台和PC机结合可实现虚拟仪表功能：各系统输出信号可经采集模块的高速A/D和USB口将数据传至PC机，配上软件后可显示系统的幅频特性，使实验结果更直观。
5．可系统地了解并比较无源、有源、数字滤波器的性能及特性，学会数字滤波器的设计与实现。
6．实验箱配有DSP同PC主机的通信接口，学生可在我们提供软件的基础上进行“信号与系统”的二次开发，如：各种数字滤波器设计与实现、频谱分析、卷积等。
7．实验箱配有DSP标准的JTAG插口，学生可通过仿真器完成DSP应用的开发实验如：A/D转换、D/A转换、DSP的IO口使用、DSP定时器使用等。
8．实验系统特别注重二次开发和可扩展性，学生既可进行软件开发，又可自制小板进行单元电路扩展实验。
9．实验系统用有机玻璃和薄膜保护，使系统既美观又稳定可靠。
10．内置DDS信号源、数字频率计、数字毫伏表。
三、技术指标
1．DDS信号源：三角波、方波、正弦波、扫频信号。
2．正弦波、三角波等频率：1HZ～250KHZ；矩形波频率：1Hz～20KHz，占空比精确可调。
3．数字频率计：0HZ～10MHZ。
4．数字毫伏表：0V～10V。
四、实验项目
第一章 信号与系统综合实验概述
第一节 SB-XH1信号与系统模块组成介绍
第二节 各实验模块介绍
第三节 信号源
第二章 传统教学实验
实验1 阶跃响应与冲激响应
实验2 连续时间系统的模拟
实验3 有源无源滤波器
实验4 抽样定理与信号恢复
实验5 二阶网络状态轨迹的显示
实验6 一阶电路的暂态响应
实验7 二阶电路的暂态响应
实验8 二阶电路传输特性
实验9 信号卷积实验
实验10 矩形脉冲信号的分解
实验11 矩形脉冲信号的合成
实验12 谐波幅度对波形合成的影响
实验13 相位对波形合成的影响
实验14 数字滤波器
实验15 虚拟仪表
实验16 信号产生实验
实验17 数字滤波器在线设计
实验18 信号频谱分析
第三章 二次开发实验
实验19 MATLAB软件使用实验
实验20 MATLAB各种信号产生、频谱分折、下载、观测实验
实验21 无源、有源、数字滤波器性能比较实验
实验22 各种数字滤波器设计实验
实验23 DSP数字信号处理单元实验
实验24 DSP应用实验
实验25 虚拟仪表使用实验
实验26 自定义信号的卷积实验
实验27 脉冲信号的CPLD实现
实验28 扩展板及扩展实验的设计与制作

备注：以上所有实验因配备：20兆模拟或数字示波器1台、模拟或数字万用表1块，如需第三章（二次开发）实验内容应配备1台电脑，但　　　第一章及第二章实验内容无需配电脑
教学配置（数量按学校采购要求配置）

附： ZN-XH1信号系统在线设计

1. USB驱动安装
（1）运行“372drive”文件夹中的USB驱动程序CH372DRV.EXE。在图1中的界面选择INSTALL，完成USB口驱动的安装。

图1
（2）用USB线连接实验平台与PC机
（3）按下SW102按钮对DSP进行复位，或对实验箱加电复位，在计算机的控制面板中的设备管理器可以添加了一个外部接口，如图2所示，表示USB口工作正常。

图2
（4）按下SW101按钮选择DSP工作的程序，当程序号模块显示“1”时，即可以进行在线设计程序。当程序号模块显示“2”时，可以通过观测DSP产生的各种信号波形。
2．在线设计
运行ZN-XH1B主程序.exe，即打开本配套软件的主程序，如图3所示，双击界面，则出现在线设计实验选择界面，如图4所示。包含4种实验选择。
2．1滤波器设计
在“信号与系统在线设计程序”界面上选择“滤波器设计”，即可以通过MATLAB设计滤波器系数，并加载到DSP中运行，通过实验箱测试滤波器的特性。界面如图5所示。界面上介绍了操作步骤，并包含“启动MATLAB”、“关闭MATLAB”、“装载”、“运行”、“结束”等按钮。
（1）“启动MATLAB”，自动调用MATLAB，通过MATLAB完成滤波器的设计，并产生相应的滤波器系数。
（2）“关闭MATLAB”，关闭MATLAB的滤波器设计界面。
（3）“装载”，将实现滤波器的DSP代码和滤波器系数加载到实验箱中的DSP中。
（4）“运行”，运行DSP中的滤波器程序，并在相应的测试点测试滤波器的性能。
（5）“结束”，结束滤波器设计实验，退出该实验界面。

图5
2．2频谱分析
在“信号与系统在线设计程序”界面上选择“频谱分析”按钮，出现频谱分析实验平台界面，如图6所示。该实验通过PC机上加载信号到DSP，进行傅立叶变换，并将变换后的信号频谱采集到PC机上观测。“频谱分析实验平台”包含“加载原始信号”、“运行”、 “实时分析”、“结束”等按钮，以及原始信号波形、DFT频谱波形两个图形显示区。

图6
（1）“加载原始信号”， 从PC机上选择定制好的信号，将DSP程序代码和该信号数据加载到实验箱的DSP中。同时在界面左边的原始信号波形区域显示该信号的时域波形。
（2）“运行”，运行DSP中的频谱分析程序，可以通过在实验箱的测试点上观测。
（3）“实时分析”，将DSP中的频谱分析的结果采集到计算机上，在界面左边的DFT频谱波形区域显示出该信号的频谱。
（4）“结束”，结束频谱分析实验，退出该实验界面，
2．3 DSP应用
在“信号与系统在线设计程序”界面上选择“DSP应用”按钮，出现DSP应用实验平台界面，如图7所示。该实验通过PC机将自主编写的DSP应用程序加载到实验箱的DSP中运行，可不用仿真器。“频谱分析实验平台”包含“应用程序装载”、“运行”、“结束”等按钮，以及原始信号波形、DFT频谱波形两

图7
（1）“应用程序装载”， 自主的设计一些DSP应用程序，从PC机上将DSP程序代码加载到实验箱的DSP中，可以不需要仿真器。
（2）“运行”，运行下载到DSP中应用程序，可以通过在实验箱的测试点上观测。
（3）“结束”，结束DSP应用实验，退出该实验界面，
2．4 虚拟仪表
在“信号与系统在线设计程序”界面上选择“虚拟仪表”按钮，出现虚拟仪表实验平台界面，如图8所示。该实验将实验箱的信号采集到计算机端，在计算机显示信号波形，完成一些仪表的功能。“虚拟仪表实验平台”包含“应用程序装载”、“采集信号”、“暂停/继续”、“结束”等按钮，以及采集到的信号波形显示区域。
（1）“应用程序装载”， 将完成虚拟仪表功能的DSP代码通过PC机加载到实验箱的DSP中。
（2）“采集信号”，运行下载到DSP中应用程序，将需要测试的信号采集到计算机端，并在计算机显示器上显示信号的波形。也可以将该信号通过仪表在实验箱的测试点上观测，并进行比较。
（3）“暂停/继续”，为了观测的方便，可以暂停对信号的采集和继续采集显示。
（4）“结束”，虚拟仪表实验，退出该实验界面。

图8
在虚拟仪表界面的左边是测量的信号波形，横坐标为时间（单位为毫秒），纵坐标为信号的幅度（单位为伏特）。进行虚拟仪表的测试实验时，需要将测试的信号连接到实验箱的P101输入端。图9是我们对实验箱中的一个方波通过虚拟仪表实验而获得信号波形。图10是该信号通过实验箱的一个一阶RC电路之后的输出波形。

图9

图10
3．DSP信号波形产生实验
实验箱的数字信号处理模块可以通过按钮“SW101”按钮选择DSP工作的程序，当程序号模块（实验箱顶部中间的数码管）显示“1”时，即可以进行在线设计程序。当程序号模块显示“2”时，可以通过观测DSP产生的各种信号波形。为了观测DSP产生的各种信号波形，这里需要将程序号通过SW101调节为2。
产生的信号波形包括：（1）正弦函数信号；（2）指数函数信号；（3）指数衰减振荡函数信号（4）抽样函数信号；（5）钟形函数信号。
测试点说明如下：
TP801：测试正弦函数信号波形
TP802: 测试指数函数信号波形
TP803: 测试指数衰减振荡函数信号波形
TP804: 测试抽样函数信号波形