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高平 著

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出版社： 江苏大学出版社

ISBN：9787811307771

商品编码：29726260533

包装：平装

出版时间：2014-09-01

基本信息

书名：信号与系统实验教程

定价：30.00元

作者：高平

出版社：江苏大学出版社

出版日期：2014-09-01

ISBN：9787811307771

字数：

页码：232

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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高平编写的《信号与系统实验教程》简要介绍了信号与系统实验必要的理论知识和基本原理，对信号与系统、数字信号处理中典型的分析和设计方法进行了说明，提供了信号与系统、数字信号处理的实验内容、步骤和要求，并针对每个实验涉及的理论知识，给出思考题。

目录

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篇 信号与系统基本原理
单元一 信号系统的分析
单元二 连续时间系统的时域分析
单元三 连续信号的正交分解
单元四 连续时间系统的频域分析
单元五 连续时间系统的模拟
单元六 信号的采样与恢复
单元七 傅里叶变换
单元八 数字滤波器
第2篇 信号与系统仪器实验
A仪器设备使用说明
单元一 数字存储示波器的使用
单元二 智能信号测试仪的使用
单元三 信号系统实验箱的使用
单元四 数字信号处理实验设备和环境
B信号与线性系统实验
实验一 仪器使用及信号的观察与测试
实验二 信号产生及频域分析
实验三 信号合成
实验四 滤波器及其频率特性
实验五 信号通过线性系统
实验六 基本运算单元及其应用
实验七 连续时间系统模拟
实验八 信号采样与恢复：
C数字信号处理实验
实验一信号放大与衰减：
实验二 FIR滤波器设计
实验三 IIR滤波器设计
实验 FFT频谱分析
实验五 正弦信号产生
实验六 噪声产生
实验七 DTMF、产生与接收
实验八 有限精度处理的影响：
第3篇 信号与系统仿真实验
A信号处理的计算机仿真
单元一 虚拟电路实验平台
单元二 EWB的菜单
单元三 元器件和仪器的调用
单元 EWB 9分析功能
B信号系统仿真实验
实验一 正弦、方波和三角波信号发生器的设计仿真
实验二 信号的合成和滤波电路对信号的影响
实验三 信号的频域分析
实验四 谐振电路的研究及其对信号的影响
实验五 时序逻辑电路设计和时序信号产生
实验六 移相电路设计及其对信号相位的影响
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《信号与系统实验教程》 一、 走进信号与系统：核心概念与理论基础 《信号与系统实验教程》旨在为学习者提供一个深入理解和掌握信号与系统理论的实践平台。本书的编写初衷，是为了弥合理论学习与实际应用之间的鸿沟，让抽象的概念在生动具体的实验操作中得以具象化，从而构建起坚实的信号与系统知识体系。 在开始实验之旅前，我们首先需要建立起对“信号”与“系统”这两个核心概念的清晰认知。 信号，简而言之，是信息的一种载体，能够随时间、空间或其他独立变量而变化的物理量。它可以是声音的波形，图像的像素亮度，电信号的电压变化，甚至是股票市场的价格波动。信号种类繁多，我们通常将其分为模拟信号和数字信号。模拟信号是连续变化的，能够精确地反映物理量的细微变化，例如一段原始的音频录音。而数字信号则是离散的，将连续的信号量化并编码成二进制序列，便于存储、传输和处理，如CD音质的音频文件。 根据信号的特性，我们还可以将其进一步划分为周期信号和非周期信号、能量信号和功率信号、奇信号和偶信号等。理解这些分类有助于我们选择合适的分析方法和处理工具。例如，周期信号的分析常常会引入傅里叶级数，而非周期信号则会使用傅里叶变换。 系统，则是对输入信号进行处理，并产生输出信号的任何一种物理实体或数学模型。系统可以是一个简单的电子滤波器，用于去除信号中的噪声；也可以是一个复杂的通信系统，负责信息的远距离传输；甚至可以是一个生物体内的生理反应过程，对外界刺激做出相应。 系统的本质在于其“输入-输出”关系。一个系统对不同输入的响应方式构成了其特性。我们通常会从以下几个角度来描述一个系统的特性： 线性性 (Linearity)：如果一个系统对输入信号的叠加和比例运算保持不变，即系统对 $a x_1(t) + b x_2(t)$ 的响应等于 $a y_1(t) + b y_2(t)$（其中 $y_1(t)$ 是系统对 $x_1(t)$ 的响应，$y_2(t)$ 是系统对 $x_2(t)$ 的响应），则称该系统是线性的。线性系统是信号与系统理论中最重要的一类系统，因为许多复杂的非线性系统可以通过近似的方式处理。 时不变性 (Time-Invariance)：如果一个系统的特性不随时间而改变，即无论何时输入相同的信号，其输出信号的形式也相同（只是时间上发生移位），则称该系统是时不变的。例如，一个电阻器的阻值在不同时间是相同的，所以它构成了一个时不变的电路。 因果性 (Causality)：如果一个系统的输出只取决于当前的和过去的输入，而不依赖于未来的输入，则称该系统是因果的。在实际系统中，输出不可能预测未来，因此因果性是许多实际系统固有的属性。 稳定性 (Stability)：一个稳定系统是指，当输入信号有界时，系统的输出信号也是有界的。如果输入有界，但输出无界，则称系统是不稳定的。稳定性是保证系统能够正常工作的关键。 除了这些基本特性，我们还需要掌握描述系统行为的数学工具，例如差分方程（用于离散时间系统）和微分方程（用于连续时间系统），以及系统函数（在频域描述系统特性）。 二、 实验的核心：信号的表示、变换与分析 《信号与系统实验教程》将围绕如何有效地表示、变换和分析信号展开一系列实验。这些实验将帮助学习者深入理解信号与系统理论的核心工具。 1. 信号的表示与生成 在实验中，我们将学习如何使用数值方法来表示和生成各种类型的信号。这包括： 基本信号的生成：如单位冲激信号 $delta(t)$、$u(t)$、正弦信号 $A sin(omega t + phi)$、指数信号 $e^{at}$ 等。我们将学习如何在计算机中用离散的点序列来逼近连续信号，并理解采样定理在其中扮演的角色。 信号的运算：如信号的加法、乘法（卷积）、尺度变换、移位等。这些运算是构建更复杂信号的基础。例如，通过信号的移位和乘以权重再求和，可以得到一个信号的延时版本。 周期信号的展开：傅里叶级数是分析周期信号的重要工具。通过实验，我们将直观地理解一个复杂周期信号如何由一系列不同频率的正弦波（谐波）叠加而成。我们将学习如何计算傅里叶级数的系数，并观察不同谐波分量对信号形状的影响。 非周期信号的分析：傅里叶变换是将信号从时域转换到频域的强大工具。它揭示了信号所包含的频率成分及其相对强度。实验将让我们体会到，在频域中观察信号，有时比在时域中更能理解信号的本质。我们将学习如何对冲激信号、矩形脉冲信号、指数衰减信号等进行傅里叶变换，并理解其频谱特性。 2. 系统特性的实验验证 我们设计的实验将着重于验证和理解系统的各种特性： 线性与时不变性验证：我们将设计实验来分别验证一个给定系统是否满足线性条件和时不变条件。例如，通过输入两个不同信号并观察其叠加响应，或者输入一个信号在不同时间点，来判断系统是否满足线性与时不变性。 因果性与稳定性分析：通过观察系统在不同时刻的输出，判断其是否仅依赖于当前和过去的输入，从而验证因果性。对于稳定性，我们将尝试输入不同幅度的有界信号，观察输出是否保持有界。 卷积：卷积是描述线性时不变系统最重要的运算之一。系统的输出信号是输入信号与系统单位冲激响应（$h(t)$ 或 $h[n]$）的卷积。实验将让我们亲手计算和观察卷积过程，理解单位冲激响应如何“塑造”输入信号，最终产生输出信号。我们将通过不同形状的输入信号和单位冲激响应，来观察卷积结果的形态变化，从而深刻理解系统对信号的“记忆”和“处理”过程。 3. 频域分析与系统函数 频域分析是信号与系统理论的另一重要分支。 拉普拉斯变换与Z变换：对于更广泛的信号和系统（尤其是可能不稳定或包含非周期成分的系统），我们需要更强大的分析工具，如拉普拉斯变换（用于连续时间系统）和Z变换（用于离散时间系统）。这些变换能够将微分方程或差分方程转化为代数方程，极大地简化了系统的分析。我们将通过实验理解如何进行这些变换，并利用它们来分析系统的系统函数（$H(s)$ 或 $H(z)$）。 系统函数与系统特性：系统函数是描述系统输入输出关系的频域表示。通过分析系统函数的极点和零点，我们可以直接判断系统的稳定性、因果性等关键特性。实验将让我们学习如何从系统函数推断出系统的特性，以及如何根据期望的系统特性设计相应的系统函数。 滤波器设计与实现：滤波器是信号处理中最常见的系统应用。根据对信号不同频率分量的选择性处理，我们可以设计低通滤波器（允许低频通过）、高通滤波器（允许高频通过）、带通滤波器（允许特定频段通过）和带阻滤波器（阻止特定频段通过）。实验将让我们接触到如何利用傅里叶变换、拉普拉斯变换和Z变换等工具，设计并实现不同类型的滤波器，并验证其滤波效果。 三、 实验环境与工具 为了达到理论与实践相结合的目的，《信号与系统实验教程》将推荐并指导学习者使用现代化的实验工具。 软件平台：MATLAB/Simulink 是本书推荐的主要实验平台。MATLAB强大的矩阵运算能力和丰富的信号处理函数库，为信号的生成、分析和系统建模提供了便利。Simulink则以其图形化的界面，能够直观地搭建和仿真各种信号处理系统，尤其适合理解复杂的系统结构和动态过程。 硬件实验（可选）：对于希望进行更深入实践的学习者，可以结合一些基础的电子电路实验设备，例如示波器、信号发生器、面包板、电阻、电容、电感等电子元件，搭建简单的模拟电路滤波器，并通过示波器观察输入输出信号的波形，直观地感受滤波器的作用。 编程实现：除了使用专业的数学软件，我们也会指导学习者使用Python等编程语言，通过编写代码来实现信号的生成、变换和系统的仿真。这有助于更底层地理解算法的实现细节，并培养独立解决问题的能力。 四、 实验内容的组织与深度 本书的实验内容将由浅入深，循序渐进地展开。 基础实验：首先从最基本的信号生成与处理开始，例如绘制正弦波、方波、生成冲激信号，以及简单的信号叠加、尺度变换等。 核心理论实验：接着深入到傅里叶级数、傅里叶变换、卷积等核心概念的实验验证。通过可视化观察，让抽象的数学公式变得触手可及。 系统特性实验：通过设计具体的输入输出场景，让学习者亲手验证线性、时不变、因果、稳定等系统特性。 变换与系统函数实验：重点在于拉普拉斯变换和Z变换的应用，以及如何通过系统函数的极零点分析来理解系统行为。 应用导向实验：最后，我们将通过一些实际应用场景的仿真，例如简单的通信系统模型、音频信号的去噪处理、图像滤波等，展示信号与系统理论在工程实践中的巨大价值。 五、 学习方法与目标 《信号与系统实验教程》不仅仅是一本操作手册，更重要的是引导学习者主动思考，深入探究。 主动动手：每一个实验都鼓励学习者亲自动手操作，修改参数，观察结果，并在过程中思考“为什么会是这样？”。 理论联系实际：在进行每一个实验前，都会简要回顾相关的理论知识，并在实验结束后对结果进行理论解释。 深入理解：不仅仅满足于得到正确的结果，更重要的是理解背后的原理，掌握分析问题和解决问题的方法。 能力培养：通过本教程的学习，学习者将能够： 熟练使用MATLAB/Simulink等工具进行信号与系统的仿真与分析。 深入理解信号与系统的基本概念、数学表示和分析方法。 掌握傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换等核心工具的应用。 能够分析和设计基本的信号处理系统，如滤波器。 培养将理论知识应用于解决实际工程问题的能力。 通过《信号与系统实验教程》的学习，您将不再是仅仅停留在书本上的理论学习者，而是能够真正掌控信号与系统这一强大工具的实践者，为未来在通信、控制、信息处理、自动驾驶等领域的学习和工作打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

与市面上其他同类书籍相比，这本教程的配套资源和自检机制做得尤为出色。书后的习题设计梯度非常科学，从基础概念的巩固，到中等难度的分析计算，再到极具挑战性的综合设计题，一应俱全。更难得的是，对于大部分计算题，书后都提供了详细的解题步骤或者关键结论，这为自学提供了一个绝佳的反馈回路。我不需要为了一道题的答案而苦苦等待老师的批改，而是可以立即检查自己的思路是否正确，并在发现偏差后迅速纠正。这种即时反馈机制对于巩固实验技能和理论掌握是至关重要的。此外，我听说其配套的实验指导书内容也同样丰富，这表明了作者团队在构建一个完整的学习生态系统上的投入，真正做到了理论指导实践，实践反哺理论的良性循环。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计简直是让人眼前一亮，那种沉稳又不失现代感的色彩搭配，拿在手里就有一种厚重而可靠的感觉。内页的纸张质量也是没得挑剔，印刷清晰度极高，即便是那些复杂的数学公式和波形图，看起来也毫无压力，久读不累眼。拿到手我就迫不及待地翻阅起来，首先映入眼帘的是绪论部分，作者似乎非常注重理论与实践的结合，用非常生动的语言勾勒出了整个学科的宏伟蓝图，而不是干巴巴地堆砌定义。我尤其欣赏它在开篇就强调了“动手做”的重要性，这对我这种更偏向实践操作的学习者来说，无疑是一剂强心针。而且，书中的章节划分非常合理，逻辑链条清晰可见，从最基础的连续时间信号处理，到离散时间系统的分析，每一步的过渡都自然流畅，让人感觉学习过程是一气呵成的，而不是东一块西一块的知识点堆砌。这种精心打磨的排版和设计，体现了出版方和编著者对读者体验的极致追求，让人在翻阅时就能感受到满满的诚意。

评分☆☆☆☆☆

这本书的实用性简直是教科书级别的典范。我最喜欢它在每个关键知识点后紧跟着的“案例分析”模块。这些案例并非虚构的、过于理想化的场景，而是贴近工业界和科研前沿的真实问题。比如，在介绍Z变换时，它就穿插了一个关于数字滤波器设计中如何处理稳定性和相位特性的实例，每一个步骤都有明确的计算过程和结果分析。这些分析不仅展示了如何运用所学的理论知识，更重要的是，它教会了我如何“思考”一个工程问题。它不是简单地告诉你“怎么算”，而是告诉你“为什么要这么算”以及“算出来的结果意味着什么”。这种以问题为导向的学习路径，极大地激发了我主动探索和验证的兴趣，让枯燥的公式推导充满了解决实际难题的成就感。我感觉我不是在读一本教材，而是在跟随一位经验丰富的工程师学习解决实际问题的思路。

评分☆☆☆☆☆

阅读体验上，这本书的语言风格我非常欣赏，它保持了一种恰到好处的学术严谨性，同时又避免了那种高高在上的说教感。作者的文笔流畅且富有启发性，没有使用过多不必要的冗长修饰，使得信息传递效率非常高。每当遇到需要深入理解的理论点时，作者总会插入一些富有洞察力的评论，这些评论往往能一下子点醒我思维中的盲点。例如，在讲解采样定理时，书中对“混叠”现象的描述，不仅仅停留在频率轴上的重叠，而是结合了时域信号截断的物理后果进行了深入探讨，这种多维度的解释，极大地加深了我的记忆和理解。这种恰到好处的“人情味”和专业深度相结合的叙事方式，使得即使是面对复杂的内容，阅读过程也显得轻松而愉快，很少出现需要反复回溯的低效学习状态。

评分☆☆☆☆☆

我得说，这本书在概念的阐述深度上，完全超出了我的预期。很多我过去在其他教材中觉得晦涩难懂的傅里叶变换和拉普拉斯逆变换的推导过程，在这里竟然变得清晰而有条理。作者似乎深谙“大道至简”的道理，他们没有直接抛出那些令人望而生畏的积分公式，而是先从物理意义和直观感受入手，层层递进，将抽象的数学工具转化为可以理解的物理图像。特别是对于卷积积分的讲解，配上了大量的图示和类比，让我第一次真正体会到“系统响应”是如何由“输入信号”和“系统特性”共同决定的。这种深入浅出的讲解方式，极大地降低了初学者的入门门槛，同时也保证了专业学习者所需的理论深度。我甚至发现，即便是那些经常被忽略的细节——比如收敛域的讨论——作者也做了详尽的补充，这对于日后进行实际的系统设计是至关重要的基础工作。