信號與系統(tǒng)實驗系統(tǒng)

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(yīng)該有獨立外殼包裝，應(yīng)能帶全封閉外殼進行收納及運輸，單個模塊應(yīng)具備獨立包裝，避免收納以及運輸途中的元器件損壞；
2、實驗電路模塊的安裝應(yīng)具備防反接功能，實驗?zāi)�塊無法倒裝，倒裝時，模塊無法安裝，無法接觸到電源；
3、為方便學生實驗及學習，模塊標識及信號流程功能框圖應(yīng)直接絲印在PCB上，包括I/O接口及其功能標識，讓學生在最短時間內(nèi)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關(guān)，不接受電子開關(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(yīng)特性，本次采購不接受數(shù)字電位器的方案；
6、實驗產(chǎn)品應(yīng)集成電壓表和頻率計，且采用自行設(shè)計電路，讓學生了解這兩個部分的設(shè)計原理，并且支持測量外部信號；
7、實驗產(chǎn)品的信號源應(yīng)采用DDS直接數(shù)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，六檔步進檔位可調(diào)，最小步進10Hz。同時該信號源還應(yīng)具備方波、三角波以及頻率和占空比精確可調(diào)的脈沖信號；
8、實驗產(chǎn)品應(yīng)集成數(shù)字信號處理模塊，并具備如下功能：
1）通過數(shù)字信號處理方式實現(xiàn)“信號自卷積”和“信號與系統(tǒng)的卷積”實驗；
2）用數(shù)字濾波的方式完成“信號的分解與合成”實驗，能夠完全改變模擬電路實驗結(jié)果不要求的狀況；
3）應(yīng)能展示濾波器相位移動對方波信號合成的影響，讓學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現(xiàn)信號的頻譜分析，并能夠讓模擬示波器進行顯示；
5）DSP部分應(yīng)采用自舉引導加載的方式，通過撥碼開關(guān)就能夠?qū)Σ煌�的程序功能進行加載，能在完全脫離PC機及仿真器的情況下進行上述實驗。
9、應(yīng)包括調(diào)幅及頻分復(fù)用模塊，能夠涵蓋頻分復(fù)用及解復(fù)用方面的實驗；
10、實驗產(chǎn)品應(yīng)配有DSP標準的JTAG接口及PC機通信接口，可以方便地進行二次開發(fā)實驗；
11、考慮到實驗內(nèi)容的層次性，數(shù)字信號處理部分應(yīng)直接固化實驗所必須的程序代碼，支持通過撥碼開關(guān)以及單片機的HPI接口進行不同實驗項目的調(diào)用，在實驗過程中可以方便的進行不同實驗的選擇；
12、產(chǎn)品應(yīng)配備數(shù)據(jù)采集&虛擬儀器模塊，可完成數(shù)據(jù)采集存儲回放及信號分析功能�？蓪崿F(xiàn)基于LABVIEW虛擬示波器、虛擬頻譜儀功能，并且可在PC機上進行實時的信號的時域頻域分析�？赏瓿蓪崟r信號采集顯示，回訪及信號處理分析；實時信號的FFT頻譜分析；實時信號低通/高通/帶通/帶阻濾波處理；
13、虛擬儀器模塊應(yīng)內(nèi)置高速USB接口（免驅(qū)動即插即用）及高速數(shù)據(jù)采集模塊，采用專業(yè)級別音頻采集和回放芯片，采用“過采樣”和“抽取濾波”技術(shù)確保語音在8KHz采樣時也有很好的恢復(fù)效果，采樣率可編程；內(nèi)含低噪聲、高精度的DA/AD轉(zhuǎn)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無失真，輸入幅度最大可到1V無失真。音頻信號MIC輸入接口與ADC接口分離設(shè)計，可滿足不同信號源輸入要求。DAC與耳機接口分離設(shè)計，方便同時回放監(jiān)聽和示波器觀測；
14、應(yīng)能完成基于MATLAB與C++聯(lián)合在線數(shù)字濾波器設(shè)計、沖激與頻響仿真實驗，并且可將設(shè)計的濾波器應(yīng)用于實時采集信號的信號處理中，學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(shè)計的濾波器在信號處理中的作用；
15、應(yīng)支持多種信號的卷積處理及過程展示功能，并且集成了Labview和VC兩種方案的PC機實時處理系統(tǒng)。
二、參數(shù)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(diào)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(diào)。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(diào)；
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(diào)節(jié)；
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
為了方便上課時對學生進行實驗教學指導，整體上應(yīng)配備一套與硬件實驗箱一致的仿真軟件，且必須滿足以下功能：
1）仿真軟件應(yīng)有獨立的算法引擎，應(yīng)支持校園本地部署，應(yīng)支持在沒有網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境下進行仿真實驗教學；
2）仿真軟件支持模塊的信號端口連線及觀測，信號連接線支持7種顏色設(shè)置、連接線寬度可任意設(shè)置，并且連接線的類型可設(shè)置直線和曲線；
*3）仿真軟件應(yīng)支持實物模塊圖和實驗原理框圖兩種顯示模式；
4）仿真平臺應(yīng)能同時調(diào)用多個二次開發(fā)模塊，支持學生直接加載 m 函數(shù)，支持學生用 c 語言進行二次開發(fā)并加載 DLL 文件；
*5）應(yīng)支持同時調(diào)用多個虛擬示波器進行實驗的實時觀測，且應(yīng)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，便于觀測星座圖；
*6）仿真軟件應(yīng)在PC機上具備與硬件模塊相同外觀及功能，方便實驗指導教學；
7）應(yīng)支持學生在不同的PC上遠程配合來實時地完成一個整體實驗，一個學生可以將信號遠程發(fā)送給另一個學生，并由另一個學生實時配合完成信號的后續(xù)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(shù)字信號處理模塊、一階系統(tǒng)特性、二階系統(tǒng)特性、相平面分析及系統(tǒng)極點對頻響的影響模塊、調(diào)幅及頻分復(fù)用模塊、基本運算單元及連續(xù)系統(tǒng)模擬模塊、數(shù)據(jù)采集&虛擬儀器模塊；
2、軟件配置要求：
整體上應(yīng)至少配備1套與硬件實驗箱配套的仿真軟件，方便在實驗課堂上進行教學使用；
五、實驗項目
基礎(chǔ)性實驗
常規(guī)信號觀測實驗
階躍響應(yīng)與沖激響應(yīng)
連續(xù)時間系統(tǒng)的模擬
無失真?zhèn)鬏斈�塊
有源無源濾波器
抽樣定理與信號恢復(fù)
二階網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的模擬
二階網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)軌跡顯示實驗
一階電路系統(tǒng)的頻響測試實驗
二階電路系統(tǒng)的頻響測試實驗
二階電路的傳輸特性
信號卷積實驗
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(shù)字濾波實驗
直接數(shù)字頻率合成
極點對頻響特性的影響
系統(tǒng)相平面分析
FDM頻分復(fù)用傳輸系統(tǒng)
DSP數(shù)字信號處理及二次開發(fā)實驗
抽樣定理的數(shù)字濾波恢復(fù)
FIR數(shù)字濾波器實驗
IIR數(shù)字濾波器實驗
定時器的使用
音頻信號處理實驗
音頻信號采集及觀測實驗
音頻信號采集及FFT頻譜分析實驗
音頻信號采集及尺度變換實驗
音頻信號帶限處理及FIR數(shù)字濾波器設(shè)計實驗
信號卷積及過程展示實驗
六、實驗平臺要求
實驗平臺須鋁合金型材拼裝結(jié)構(gòu)，雙層臺板設(shè)計，外形、顏色、尺寸協(xié)調(diào)，與實驗室的環(huán)境、條件相匹配。
1、輸入電源：單相三線，交流220V±10%，50HZ；
2、容量：≦1.5KVA；
3、參考尺寸：1600×800×1300mm（長X寬X高）；
4、安全保護：接地保護，漏電保護（動作電流＜30mA），過載保護；
5、提供10位220V/10A插座，插座帶安全門；
6、電源指示燈指示電源狀態(tài)通斷；
7、可選數(shù)碼儀表指示工位序號：3位0.8寸紅色高亮度數(shù)碼顯示；
8、雙層設(shè)計，上層為隔板，下層為實驗臺面，隔板下方帶LED照明（16W），照明開關(guān)獨立控制；
9、實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），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(cè)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、實驗臺底部右側(cè)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(cè)位置為金屬材質(zhì)隔板，表面靜電噴塑處理成暖白色，用以放置其它實驗設(shè)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(diào)高支腳，所有塑料件材質(zhì)為ABS；
19、實驗臺需配置2.5米長、國標1.5平方三芯電源線一根。
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幀的硬件實時波形錄制，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(shè)備性能穩(wěn)定,改善電路的頻率特性,采用多層電路板工藝；