信號與系統實(shí)驗系統

一、功能要求
1、為了方便模塊收納和售后維護，模塊在拆卸后，還應該有獨立外殼包裝，應能帶全封閉外殼進(jìn)行收納及運輸，單個(gè)模塊應具備獨立包裝，避免收納以及運輸途中的元器件損壞；
2、實(shí)驗電路模塊的安裝應具備防反接功能，實(shí)驗模塊無(wú)法倒裝，倒裝時(shí)，模塊無(wú)法安裝，無(wú)法接觸到電源；
3、為方便學(xué)生實(shí)驗及學(xué)習，模塊標識及信號流程功能框圖應直接絲印在PCB上，包括I/O接口及其功能標識，讓學(xué)生在最短時(shí)間內熟悉各模塊及其功能；
4、各模塊均配有獨立的多路電源機械開(kāi)關(guān)，不接受電子開(kāi)關(guān)或以模塊待機替代關(guān)機的虛假方案；
5、為保證電路的幅頻響應特性，本次采購不接受數字電位器的方案；
6、實(shí)驗產(chǎn)品應集成電壓表和頻率計，且采用自行設計電路，讓學(xué)生了解這兩個(gè)部分的設計原理，并且支持測量外部信號；
7、實(shí)驗產(chǎn)品的信號源應采用DDS直接數字頻率合成技術(shù)，可產(chǎn)生高純度的正弦波，信號頻率范圍10Hz~2MHz，六檔步進(jìn)檔位可調，最小步進(jìn)10Hz。同時(shí)該信號源還應具備方波、三角波以及頻率和占空比精確可調的脈沖信號；
8、實(shí)驗產(chǎn)品應集成數字信號處理模塊，并具備如下功能：
1）通過(guò)數字信號處理方式實(shí)現“信號自卷積”和“信號與系統的卷積”實(shí)驗；
2）用數字濾波的方式完成“信號的分解與合成”實(shí)驗，能夠完全改變模擬電路實(shí)驗結果不要求的狀況；
3）應能展示濾波器相位移動(dòng)對方波信號合成的影響，讓學(xué)生清晰地理解方波信號中各次諧波的相移對信號本身的影響；
4）支持用快速傅傅里葉變換實(shí)現信號的頻譜分析，并能夠讓模擬示波器進(jìn)行顯示；
5）DSP部分應采用自舉引導加載的方式，通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)就能夠對不同的程序功能進(jìn)行加載，能在完全脫離PC機及仿真器的情況下進(jìn)行上述實(shí)驗。
9、應包括調幅及頻分復用模塊，能夠涵蓋頻分復用及解復用方面的實(shí)驗；
10、實(shí)驗產(chǎn)品應配有DSP標準的JTAG接口及PC機通信接口，可以方便地進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)實(shí)驗；
11、考慮到實(shí)驗內容的層次性，數字信號處理部分應直接固化實(shí)驗所必須的程序代碼，支持通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)以及單片機的HPI接口進(jìn)行不同實(shí)驗項目的調用，在實(shí)驗過(guò)程中可以方便的進(jìn)行不同實(shí)驗的選擇；
12、產(chǎn)品應配備數據采集&虛擬儀器模塊，可完成數據采集存儲回放及信號分析功能�？蓪�(shí)現基于LABVIEW虛擬示波器、虛擬頻譜儀功能，并且可在PC機上進(jìn)行實(shí)時(shí)的信號的時(shí)域頻域分析�？赏瓿蓪�(shí)時(shí)信號采集顯示，回訪(fǎng)及信號處理分析；實(shí)時(shí)信號的FFT頻譜分析；實(shí)時(shí)信號低通/高通/帶通/帶阻濾波處理；
13、虛擬儀器模塊應內置高速USB接口（免驅動(dòng)即插即用）及高速數據采集模塊，采用專(zhuān)業(yè)級別音頻采集和回放芯片，采用“過(guò)采樣”和“抽取濾波”技術(shù)確保語(yǔ)音在8KHz采樣時(shí)也有很好的恢復效果，采樣率可編程；內含低噪聲、高精度的DA/AD轉換器，能達到DVD級別的音頻采集及回放效果。兩級ADC采樣信號放大，提高采樣靈敏度，輸入信號幅度最小可到15mV無(wú)失真，輸入幅度最大可到1V無(wú)失真。音頻信號MIC輸入接口與ADC接口分離設計，可滿(mǎn)足不同信號源輸入要求。DAC與耳機接口分離設計，方便同時(shí)回放監聽(tīng)和示波器觀(guān)測；
14、應能完成基于MATLAB與C++聯(lián)合在線(xiàn)數字濾波器設計、沖激與頻響仿真實(shí)驗，并且可將設計的濾波器應用于實(shí)時(shí)采集信號的信號處理中，學(xué)生可基于此功能研究各種信號的諧波分量的位置及大小，并且了解自主設計的濾波器在信號處理中的作用；
15、應支持多種信號的卷積處理及過(guò)程展示功能，并且集成了Labview和VC兩種方案的PC機實(shí)時(shí)處理系統。
二、參數指標
1、信號源指標：
1）直流信號源：兩路直流信號輸出，信號源幅度可調范圍是-5V~5V。
2）交流信號源：可產(chǎn)生三角波、方波、正弦波，頻率、幅度均可調。正弦波：10Hz~2MHz，Vp-p=5V；三角波：10Hz~100KHz，Vp-p=5V；方波： 10Hz ~100KHz，Vp-p=5V。且方波占空比任意可調；
2、掃頻信號源指標：掃頻范圍：10Hz-2MHz，且掃頻范圍、掃頻分辨率可任意調節；
3、電壓表指標：電壓表可測直流信號和交流信號，測量范圍為：直流信號：-10V－10V；交流信號：0－20V；
4、頻率計指標：測頻范圍：1Hz-99MHz；
5、電源指標：AC 220V±10% 、DC ±12V、+5V；
三、配套仿真軟件要求
為了方便上課時(shí)對學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗教學(xué)指導，整體上應配備一套與硬件實(shí)驗箱一致的仿真軟件，且必須滿(mǎn)足以下功能：
1）仿真軟件應有獨立的算法引擎，應支持校園本地部署，應支持在沒(méi)有網(wǎng)絡(luò )的環(huán)境下進(jìn)行仿真實(shí)驗教學(xué)；
2）仿真軟件支持模塊的信號端口連線(xiàn)及觀(guān)測，信號連接線(xiàn)支持7種顏色設置、連接線(xiàn)寬度可任意設置，并且連接線(xiàn)的類(lèi)型可設置直線(xiàn)和曲線(xiàn)；
*3）仿真軟件應支持實(shí)物模塊圖和實(shí)驗原理框圖兩種顯示模式；
4）仿真平臺應能同時(shí)調用多個(gè)二次開(kāi)發(fā)模塊，支持學(xué)生直接加載 m 函數，支持學(xué)生用 c 語(yǔ)言進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)并加載 DLL 文件；
*5）應支持同時(shí)調用多個(gè)虛擬示波器進(jìn)行實(shí)驗的實(shí)時(shí)觀(guān)測，且應支持儀器操作面板按鍵及旋鈕的操作，支持YT與XY模式的切換，便于觀(guān)測星座圖；
*6）仿真軟件應在PC機上具備與硬件模塊相同外觀(guān)及功能，方便實(shí)驗指導教學(xué)；
7）應支持學(xué)生在不同的PC上遠程配合來(lái)實(shí)時(shí)地完成一個(gè)整體實(shí)驗，一個(gè)學(xué)生可以將信號遠程發(fā)送給另一個(gè)學(xué)生，并由另一個(gè)學(xué)生實(shí)時(shí)配合完成信號的后續處理。
四、配置要求
1、硬件配置要求：
電壓表及直流信號源模塊、信號源及頻率計模塊、抽樣定理及濾波器模塊、數字信號處理模塊、一階系統特性、二階系統特性、相平面分析及系統極點(diǎn)對頻響的影響模塊、調幅及頻分復用模塊、基本運算單元及連續系統模擬模塊、數據采集&虛擬儀器模塊；
2、軟件配置要求：
整體上應至少配備1套與硬件實(shí)驗箱配套的仿真軟件，方便在實(shí)驗課堂上進(jìn)行教學(xué)使用；
五、實(shí)驗項目
基礎性實(shí)驗
常規信號觀(guān)測實(shí)驗
階躍響應與沖激響應
連續時(shí)間系統的模擬
無(wú)失真傳輸模塊
有源無(wú)源濾波器
抽樣定理與信號恢復
二階網(wǎng)絡(luò )函數的模擬
二階網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)軌跡顯示實(shí)驗
一階電路系統的頻響測試實(shí)驗
二階電路系統的頻響測試實(shí)驗
二階電路的傳輸特性
信號卷積實(shí)驗
矩形脈沖信號的分解與合成
相位對信號合成的影響
信號的頻譜分析
數字濾波實(shí)驗
直接數字頻率合成
極點(diǎn)對頻響特性的影響
系統相平面分析
FDM頻分復用傳輸系統
DSP數字信號處理及二次開(kāi)發(fā)實(shí)驗
抽樣定理的數字濾波恢復
FIR數字濾波器實(shí)驗
IIR數字濾波器實(shí)驗
定時(shí)器的使用
音頻信號處理實(shí)驗
音頻信號采集及觀(guān)測實(shí)驗
音頻信號采集及FFT頻譜分析實(shí)驗
音頻信號采集及尺度變換實(shí)驗
音頻信號帶限處理及FIR數字濾波器設計實(shí)驗
信號卷積及過(guò)程展示實(shí)驗
六、實(shí)驗平臺要求
實(shí)驗平臺須鋁合金型材拼裝結構，雙層臺板設計，外形、顏色、尺寸協(xié)調，與實(shí)驗室的環(huán)境、條件相匹配。
1、輸入電源：?jiǎn)蜗嗳�線(xiàn)，交流220V±10%，50HZ；
2、容量：≦1.5KVA；
3、參考尺寸：1600×800×1300mm（長(cháng)X寬X高）；
4、安全保護：接地保護，漏電保護（動(dòng)作電流＜30mA），過(guò)載保護；
5、提供10位220V/10A插座，插座帶安全門(mén)；
6、電源指示燈指示電源狀態(tài)通斷；
7、可選數碼儀表指示工位序號：3位0.8寸紅色高亮度數碼顯示；
8、雙層設計，上層為隔板，下層為實(shí)驗臺面，隔板下方帶LED照明（16W），照明開(kāi)關(guān)獨立控制；
9、實(shí)驗臺四只主立柱采用截面尺寸不小于70X70mm工業(yè)鋁合金型材，型材四角圓弧不小于R15mm，型材表面噴砂氧化處理成本色，型材-導軌符合GB/T6892-2015標準；
10、主立柱連接件需采用高強度鋁合金壓鑄件，表面拋丸后噴塑處理；
11、臺面上方適當位置安裝電源殼體，殼體需采用工業(yè)鋁合金型材，型材表面噴砂氧化處理成本色，插座、漏電保護裝置、指示儀表均安裝在殼體面板上，殼體需拆卸簡(jiǎn)單、維修方便；
12、臺面下方配置鋼制雙抽屜斗箱一套（左抽屜，右鍵盤(pán)），表面噴塑處理，顏色選用暖白色，牢固可靠的固定在方管框架上；
13、臺面上方右側安裝鋁合金液晶顯示器支架一只，固定在主立柱型材的適當位置，（固定19-24寸液晶顯示器）；
14、實(shí)驗臺底部右側位置為金屬材質(zhì)電腦主機托板，表面靜電噴塑處理成暖白色；底部左側位置為金屬材質(zhì)隔板，表面靜電噴塑處理成暖白色，用以放置其它實(shí)驗設備和物品；
15、底部拉桿采用參考尺寸1.5mmX20mmX80mm冷軋電鍍鋅方鋼管制作，表面靜電噴塑處理；
16、臺面材質(zhì)采用16mm厚抗貝特板，表面顏色選用暖白色，參考尺寸為1600X800mm；
17、臺面上方距離450mm處為上層隔板，隔板采用16mm厚抗貝特板，表面顏色選用暖白色，參考尺寸為1600X350mm；
18、主立柱型材頭部需采用塑料件封頭，底部安裝可調高支腳，所有塑料件材質(zhì)為ABS；
19、實(shí)驗臺需配置2.5米長(cháng)、國標1.5平方三芯電源線(xiàn)一根。
七、配套示波器
1、帶寬200MHz，采樣率2GSa/s；
2、幅值檔位（500uV/div~10V/div）；
3、時(shí)基范圍（1ns/div~1000s/div) ；
4、最高支持存儲深度達56Mpts；
5、波形捕獲率達50,000個(gè)波形每秒；
6、256級波形灰度顯示；
7、標配多達65，000幀的硬件實(shí)時(shí)波形錄制，回放，分析功能；
8、標配觸發(fā)：邊沿、脈寬、欠幅、斜率、視頻、碼型、建立/保持、RS232、IIC、SPI；
9、接口:USB Host/Device，LAN，AUX；
10、8英寸TFT WVGA（800×480）顯示屏；
11、為保證設備性能穩定,改善電路的頻率特性,采用多層電路板工藝；
12、設備支持與網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗室管理系統連接。