班級： 12050641
姓名： 謝昌輝
學號： 1205064135
1、 了解抽樣定理在通訊系統中的重要性。
2、 掌握自然抽樣及平頂抽樣的實現方法。
3、 理解低通取樣定理的原理。
4、 理解實際的抽樣系統。
5、 理解低通濾波器的幅頻特性對抽樣訊號恢復的影響。
6、 理解低通濾波器的相頻特性對抽樣訊號恢復的影響。
7、 理解帶通取樣定理的原理。
1、 主控&訊號源、3號模組各一塊
2、 雙蹤示波器一台
3、 連線線若干
1、實驗原理框圖
圖1-1 抽樣定理實驗框圖
2、實驗框圖說明
抽樣訊號由抽樣電路產生。將輸入的被抽樣訊號與抽樣脈衝相乘就可以得到自然抽樣訊號，自然抽樣的訊號經過保持電路得到平頂抽樣訊號。平頂抽樣和自然抽樣訊號是通過開關s1切換輸出的。
抽樣訊號的恢復是將抽樣訊號經過低通濾波器，即可得到恢復的訊號。這裡濾波器可以選用抗混疊濾波器（8階3.4khz的巴特沃斯低通濾波器）或fpga數字濾波器（有fir、iir兩種）。
反sinc濾波器不是用來恢復抽樣訊號的，而是用來應對孔徑失真現象。
要注意，這裡的數字濾波器是借用的信源編譯碼部分的埠。在做本實驗時與信源編譯碼的內容沒有聯絡。
實驗專案一抽樣訊號觀測及抽樣定理驗證
概述：通過不同頻率的抽樣時鐘，從時域和頻域兩方面觀測自然抽樣和平頂抽樣的輸出波形，以及訊號恢復的混疊情況，從而了解不同抽樣方式的輸出差異和聯絡，驗證抽樣定理。
1、關電，按**所示進行連線。
2、開電，設定主控選單，選擇【主選單】→【通訊原理】→【抽樣定理】。調節主控模組的w1使a-out輸出峰峰值為3v。
3、此時實驗系統初始狀態為：被抽樣訊號music為幅度4v、頻率3k+1k正弦合成波。抽樣脈衝a-out為幅度3v、頻率9khz、占空比20%的方波。
4、實驗操作及波形觀測。
（1）觀測並記錄自然抽樣前後的訊號波形：設定開關s13#為「自然抽樣」檔位，用示波器分別觀測music主控&訊號源和抽樣輸出3#。
（2）觀測並記錄平頂抽樣前後的訊號波形：設定開關s13#為「平頂抽樣」檔位，用示波器分別觀測music主控&訊號源和抽樣輸出3#。
（3）觀測並對比抽樣恢復後訊號與被抽樣訊號的波形：設定開關s13#為「自然抽樣」檔位，用示波器觀測music主控&訊號源和lpf-out3# ，以100hz的步進減小a-out主控&訊號源的頻率，比較觀測並思考在抽樣脈衝頻率多小的情況下恢復訊號有失真。
（4）用頻譜的角度驗證抽樣定理（選做）：用示波器頻譜功能觀測並記錄被抽樣訊號music和抽樣輸出頻譜。以100hz的步進減小抽樣脈衝的頻率，觀測抽樣輸出以及恢復訊號的頻譜。
（注意：示波器需要用250ksa/s取樣率（即每秒取樣點為250k），fft縮放調節為×10）。
注：通過觀測頻譜可以看到當抽樣脈衝小於2倍被抽樣訊號頻率時，訊號會產生混疊。
實驗專案二濾波器幅頻特性對抽樣訊號恢復的影響
概述：該專案是通過改變不同抽樣時鐘頻率，分別觀測和繪製抗混疊低通濾波和fir數字濾波的幅頻特性曲線，並比較抽樣訊號經這兩種濾波器後的恢復效果，從而了解和**不同濾波器幅頻特性對抽樣訊號恢復的影響。
1、測試抗混疊低通濾波器的幅頻特性曲線。
（1）關電，按**所示進行連線。
（2）開電，設定主控模組，選擇【訊號源】→【輸出波形】和【輸出頻率】，通過調節相應旋鈕，使a-out主控&訊號源輸出頻率5khz、峰峰值為3v的正弦波。
（3）此時實驗系統初始狀態為：抗混疊低通濾波器的輸入訊號為頻率5khz、幅度3v的正弦波。
（4）實驗操作及波形觀測。
用示波器觀測lpf-out3#。以100hz步進減小a-out主控&訊號源輸出頻率，觀測並記錄lpf-out3#的頻譜。記入如下**：
2、測試fir數字濾波器的幅頻特性曲線。
（1）關電，按**所示進行連線。
（2）開電，設定主控選單：選擇【主選單】→【通訊原理】→【抽樣定理】→【fir濾波器】。調節【訊號源】，使a-out輸出頻率5khz、峰峰值為3v的正弦波。
（3）此時實驗系統初始狀態為：fir濾波器的輸入訊號為頻率5khz、幅度3v的正弦波。
（4）實驗操作及波形觀測。
用示波器觀測解碼輸出3#，以100hz的步進減小a-out主控&訊號源的頻率。觀測並記錄解碼輸出3#的頻譜。記入如下**：
由上述**資料，畫出fir低通濾波器幅頻特性曲線。
思考：對於3khz低通濾波器，為了更好的畫出幅頻特性曲線，我們可以如何調整訊號源輸入頻率的步進值大小？
3、分別利用上述兩個濾波器對被抽樣訊號進行恢復，比較被抽樣訊號恢復效果。
（1）關電，按**所示進行連線：
（2）開電，設定主控選單，選擇【主選單】→【通訊原理】→【抽樣定理】→【fir濾波器】。調節w1主控&訊號源使訊號a-out輸出峰峰值為3v左右。
（3）此時實驗系統初始狀態為：待抽樣訊號music為3k+1k正弦合成波，抽樣時鐘訊號a-out為頻率9khz、占空比20%的方波。
（4）實驗操作及波形觀測。對比觀測不同濾波器的訊號恢復效果：用示波器分別觀測lpf-out3#和解碼輸出3#，以100hz步進減小抽樣時鐘a-out的輸出頻率，對比觀測模擬濾波器和fir數字濾波器在不同抽樣頻率下訊號恢復的效果。
（頻率步進可以根據實驗需求自行設定。）思考：不同濾波器的幅頻特性對抽樣恢復有何影響？
實驗專案三濾波器相頻特性對抽樣訊號恢復的影響。
概述：該專案是通過改變不同抽樣時鐘頻率，從時域和頻域兩方面分別觀測抽樣訊號經fir濾波和iir濾波後的恢復失真情況，從而了解和**不同濾波器相頻特性對抽樣訊號恢復的影響。
1、觀察被抽樣訊號經過fir低通濾波器與iir低通濾波器後，所恢復訊號的頻譜。
（1）關電，按**所示進行連線。
（2）開電，設定主控選單，選擇【主選單】→【通訊原理】→【抽樣定理】。調節w1主控&訊號源使訊號a-out輸出峰峰值為3v左右。
（3）此時實驗系統初始狀態為：待抽樣訊號music為3k+1k正弦合成波，抽樣時鐘訊號a-out為頻率9khz、占空比20%的方波。
（4）實驗操作及波形觀測。
a、觀測訊號經fir濾波後波形恢復效果：設定主控模組選單，選擇【抽樣定理】→【fir濾波器】；設定【訊號源】使a-out輸出的抽樣時鐘頻率為7.5khz；用示波器觀測恢復訊號解碼輸出3#的波形和頻譜。
b、觀測訊號經iir濾波後波形恢復效果：設定主控模組選單，選擇【抽樣定理】→【iir濾波器】；設定【訊號源】使a-out輸出的抽樣時鐘頻率為7.5khz；用示波器觀測恢復訊號解碼輸出3#的波形和頻譜。
c、**被抽樣訊號經不同濾波器恢復的頻譜和時域波形：
被抽樣訊號與經過濾波器後恢復的訊號之間的頻譜是否一致？如果一致，是否就是說原始訊號能夠不失真的恢復出來？用示波器分別觀測fir濾波恢復和iir濾波恢復情況下，解碼輸出3#的時域波形是否完全一致，如果波形不一致，是失真呢？
還是有相位的平移呢？如果相位有平移，觀測並計算相位移動時間。
2、觀測相頻特性
（1）關電，按**所示進行連線。
（2）開電，設定主控選單，選擇【主選單】→【通訊原理】→【抽樣定理】→【fir濾波器】。
（3）此時系統初始實驗狀態為： a-out為頻率9khz、占空比20%的方波。
（4）實驗操作及波形觀測。
對比觀測訊號經fir濾波後的相頻特性：設定【訊號源】使a-out輸出頻率為5khz、峰峰值為3v的正弦波；以100hz步進減小a-out輸出頻率，用示波器對比觀測a-out主控&訊號源和解碼輸出3#的時域波形。相頻特性測量就是改變訊號的頻率，測輸出訊號的延時（時域上觀測）。
記入如下**：
1、分析電路的工作原理，敘述其工作過程。
2、繪出所做實驗的電路、儀表連線調測圖。並列出所測各點的波形、頻率、電壓等有關資料，對所測資料做簡要分析說明。必要時借助於計算公式及推導。
3、分析以下問題：濾波器的幅頻特性是如何影響抽樣恢復訊號的？簡述平頂抽樣和自然抽樣的原理及實現方法。
答：濾波器的截止頻率等於源訊號譜中最高頻率fn的低通濾波器，濾除高頻分量，經濾波後得到的訊號包含了原訊號頻譜的全部內容，故在低通濾波器輸出端可以得到恢復後的原新號。當抽樣頻率小於2倍的原新號的最高頻率即濾波器的截止頻率時，抽樣訊號的頻譜會發生混疊現象，從發生混疊後的頻譜中無法用低通濾波器獲得訊號頻譜的全部內容，從而導致失真。
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