张璇课设

1信号与系统课程设计题目：基于Multisim软件的信号取样与重构系统的设计仿真学部：计算机与电子学部专业：电子信息工程班级：电子C134姓名：张璇学号：1381762目录摘要........................................................................................................3一、绪论..................................................................................................3二、设计思路..........................................................................................41.设计目的.......................................................................................42.设计任务.......................................................................................53.Multisim的介绍..........................................................................5三、设计原理..........................................................................................51.信号的采样...................................................................................52.时域取样定理...............................................................................63.频域取样定理...............................................................................64.从时域分析信号的恢复..............................................................75.从频域分析信号的恢复..............................................................76.信号的恢复...................................................................................8四、设计内容..........................................................................................81.抽样信号电路设计.......................................................................82.波形图...........................................................................................93.恢复滤波原理图及仿真结果......................................................104.实验结论......................................................................................11五、设计心得.........................................................................................12六、参考文献..........................................................................................123摘要：通过对信号取样定理与信号重构原理的认识与分析，根据实验需要设计相关截止频率恢复滤波器。根据所设计的电路原理图，利用Multisim软件对电路进行设计和分析。但是由于系统传输特性的不理想，在实际语音信号的采样、传输、滤波、恢复等都无法避免的存在干扰及误差。而Multisim作为著名的电路设计及仿真软件，它不需要真实电路环境的介入，具有仿真速度快、精确度高、准确、形象等优点。因此，Mulisim软件可以作为虚拟实验和虚拟实验室来使用。通过对实际电子电路的仿真分析，对于缩短设计周期、节省设计费用、提高设计质量具有重要意义。本文主要研究的就是利用Mulisim软件，对实际信号进行采样恢复仿真，探讨系统的各个模块的系统参数的变化对信号的最终的重构的影响和怎样减小误差的研究论述。采样在连续时间信号与离散事件信号之间起着桥梁作用，是模拟信号数字化的第一个步骤，研究重点是确定合适的采样频率，使得既要能够从采样信号（采样序列）中无失真地恢复原模拟信号，同时又尽量降低采样频率，减少误差。关键词：信号采样；重构；Mulisim仿真一、绪论随着计算机技术和数字化系统的迅速发展，高性能数据采集系统越来越广泛地应用在科研和工业的许多领域。在实际运用中，因为实际采样信号大多包含多种频率的信号，为了避免分析时产生频率混肴，并从中得到所需要的频率信号，往往要对信号进行采样和恢复处理。目前，在信息传输系统中可分为模拟传输系统和数字通讯系统。在不同的通信业务中都得到了广泛的应用。但是，数字通信技术的发展速度明显超过了模拟通信技术，成为当代通信技术的主流。它具有抗干扰能力强，且噪声不积累，传输差错可控制等优点。但是语音信号属于模拟信号，则在数字通信技术中必须将模拟信号数字化，将模拟信号变成数字信号。数字化包括三部分，抽样，量化，编码。所以我们研究模拟信号的采样部分，而且进一步了解抽样和恢复滤波的方法，争取将原来的模拟信号无失真的恢复。4取样定理论述了在一定条件下，一个连续时间信号完全可以用该信号在等时间间隔上的瞬时值（样本值）。这些样本包含了该连续时间信号的全部信息，利用这些样本值可以恢复原信号。可以说，取样定理在连续时间信号与离散信号之间架起了桥梁。由于离散时间信号（或数字信号）的处理更为灵活、方便，在许多实际应用中（如数字通讯系统等），首先将连续信号转换为相应的离散信号，并进行加工处理，然后再将处理后的离散信号转换为连续信号。取样定理为连续信号与离散信号的相互转换提供了理论依据。信号的采样与恢复、采样定理仿真。通过产生一个连续时间信号并生成其频谱，然后对该连续信号抽样，并对采样后的频谱进行分析，最后通过设计低通滤波器滤出抽样所得频谱中多个周期中的一个周期频谱，并显示恢复后的时域连续时间信号。实验中，原连续信号的频谱由于无法实现真正的连续，所以通过扩大采样点的数目来代替，理论上当采样点数无穷多的时候即可实现连续。采样信号过程中，通过采样点的不同控制采样频率实现大于或小于二倍最高连续信号的频率，从而可以很好的验证采样定理。信号恢复，滤波器的参数需要很好的设置，以实现将抽样后的信号进行滤波恢复原连续信号。二、设计思路1、设计目的(1)了解模拟信号取样与恢复电路的原理及实现方法。(2)深入理解信号频谱和信号滤波的概念，掌握模拟低通滤波器的设计与实现方法。（3）通过对各种条件下的信号取样和恢复仿真及实测波形的深入分析，加深对时域取样定理的理解。（4）信号取样与恢复实验电路原理图设计与功能仿真。（5）研究取样脉冲序列的频率、脉宽对取样恢复信号的影响。（6）借助Mulisim软件，分别在有混叠和无混叠的条件下，对输入信号、取样脉冲序列、取样信号、取样脉冲的时域波形、频谱进行仿真，并结合所学课5程相关知识，对所得结果进行深入分析。（7）掌握Mulisim软件进行模拟电路设计及仿真的方法。2、设计任务通过调整恢复滤波器的待定参数，分别设计出不同截止频率的低通滤波器。借助Mulisim软件，针对不同截止频率的恢复滤波器，分别采用不同频率、不同波形的信号作为输入，并选不同频率和脉冲宽度的取样脉冲序列，仿真测试得到输入信号、取样脉冲序列、取样信号、恢复信号的时域波形、频谱。对于所设计的不同截止频率恢复滤波器，根据其系统函数，利用Mulisim软件画出其理论频率响应曲线。结合有关信号频谱、信号取样与恢复、信号滤波等方面的理论知识，对上一步所得出的时域、频域结果进行理论分析。比较不同频率、不同波形的信号作为输入，并选用不同频率和脉冲宽度的取样脉冲序列，仿真测试得到输入信号、取样脉冲序列、取样信号、恢复信号的时域波形，将结果进行比较，分析产生的原因。3、Multisim的介绍Multisim软件是一个原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。Multisim软件的原器件库提供了数千种电路元器件共实验选用。同时也可以新建或扩展已有的元器件库，而且建库所需的元器件参数可以从生产厂商的产品使用手册中查到，因此可很方便地在工程设计中使用。Multisim软件的虚拟测试仪器、仪表种类齐全，有一般实验用的通用仪器，如：万用表、函数信号发生器、双踪示波器等，还有一般实验少有或者没有的仪器。Multisim具有较为详细的电路分析功能，可以完成电路的瞬态分析、稳态分析等各种电路分析方法，以帮助设计人员分析电路的性能，它还可以设计、测试和演示各种电子电路。三、设计原理1、信号的采样取样器一般有电子开关ts组成，开关每隔T秒就短暂地闭合一次，接通6-sjk-ja1jTX连续时间信号，实现一次采样。若每次开关闭合时间为T，则电子开关ts等效宽度为、周期为T的单位矩形脉冲串tPT，采样信号txa^就是txa与tTP相乘的结果，采样结果如图所示，采样器输出每一脉冲的幅度等于该脉冲所在时刻相应的连续时间信号幅度，即这组脉冲信号的幅度被原来的连续时间信号所调制，这种信号称为采样信号。信号的采样及频率混叠现象分析测试信号的时域采样，对连续信号f(t)以一定的时间间隔进行采样，所得的一系列的样本构成的序列称为抽样信号。在解决许多实际技术问题的过程中，常需要对连续信进行采样，而后对采样来信号进行处理。随着数字技术及计算机的普及，连续信号的采样问题具有越来越重要的意义。2、时域取样定理对连续信号进行等间隔采样形成采样信号，采样信号频谱是原连续信号的频谱以采样频率为周期进行周期性的延拓并叠加形成的，用公式表示为：设连续信号ta属带限信号，其带宽为c，如果带宽小于折叠频率,cs/2,那么让采样信号tX通过一个增益为T，截止频率为s/2的理想低通滤波器，可以恢复原始的模拟信号ta。如果不满足上述条件，即s/2c,就会造成采样信号中的频谱混叠现象,从这样的采样信号中不可能无失真的恢复原连续信号。时域采样定理告诉我们，在一定条件下可以由时域离散采样信号恢复原来的连续信号。3、频域取样定理IDTFT法：denj-jX21nx（n=0,1,2,.......N-1）IDFT法：/N2jkn10ek1nyNkYN(n=0,1,2,.......N-1)一频谱的采样后IDFT生成（必然是周期的）序列nx~，等于该频谱经IDFTtptpTta,^xtax7生成的序列nx按长度N做循环叠加形成的主