信号与系统实验指导

《信号与系统实验指导》是针对中北大学计算机科学技术学院学生设计的一本实践教程，旨在帮助学生深入理解和应用“信号与系统”这一重要的理论课程。信号与系统是电子工程、通信工程、计算机科学等领域的基础课程，它研究的是信号的产生、传输、处理以及系统对信号的影响。 我们要理解信号的概念。信号是信息的载体，可以是连续的或离散的，模拟的或数字的，如声音、图像、温度变化等。在实验中，学生将接触到不同类型的信号，如正弦波、方波、脉冲信号等，并学习如何通过实验设备生成和测量这些信号。 系统的概念则涉及对信号进行操作或处理的规则或设备。它可以是线性的、时不变的，也可以是非线性、时变的。线性时不变系统（LTI）是最基本的研究对象，其特性包括加法原理和时移不变性。在实验中，学生将分析系统对输入信号的响应，例如通过滤波器对信号进行频率选择性改变。 实验通常包括以下几个方面： 1. **信号产生**：使用信号发生器创建各种基本信号，如正弦波、方波、锯齿波等，了解它们的特性，并学会调整参数。 2. **信号分析**：通过示波器观察信号的波形，测量幅度、频率、相位等参数，理解信号的基本属性。 3. **系统响应**：输入不同信号到系统中，观察和分析输出，理解系统的传递函数和频率响应。 4. **滤波器实验**：设计并实现低通、高通、带通和带阻滤波器，研究其对不同频率信号的筛选效果。 5. **卷积与相关**：通过实验理解卷积运算的物理意义，掌握卷积在信号处理中的应用，如滤波、预测、图像处理等。 6. **系统稳定性分析**：研究系统在不同输入条件下的稳定性，例如Bode图和Nyquist图的绘制。 7. **采样与重构**：探讨采样定理，理解如何从离散信号恢复连续信号，以及采样率对信号重建的影响。 8. **数字信号处理**：利用数字信号处理器（DSP）进行信号处理，如傅立叶变换、滤波算法的实现。 通过这些实验，学生不仅能加深对信号与系统理论的理解，还能提升实际操作技能，为将来在相关领域的工作打下坚实基础。实验指导书会提供详细的步骤、注意事项以及数据处理方法，帮助学生顺利完成每个实验任务，并从中获得理论与实践的双重收获。