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高平 著

圖書標籤:

• 信號與係統
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• 控製工程
• MATLAB
• Simulink
• 電路分析
• 高等教育
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齣版社： 江蘇大學齣版社

ISBN：9787811307771

商品編碼：29726260533

包裝：平裝

齣版時間：2014-09-01

基本信息

書名：信號與係統實驗教程

定價：30.00元

作者：高平

齣版社：江蘇大學齣版社

齣版日期：2014-09-01

ISBN：9787811307771

字數：

頁碼：232

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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高平編寫的《信號與係統實驗教程》簡要介紹瞭信號與係統實驗必要的理論知識和基本原理，對信號與係統、數字信號處理中典型的分析和設計方法進行瞭說明，提供瞭信號與係統、數字信號處理的實驗內容、步驟和要求，並針對每個實驗涉及的理論知識，給齣思考題。

目錄

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篇 信號與係統基本原理
單元一 信號係統的分析
單元二 連續時間係統的時域分析
單元三 連續信號的正交分解
單元四 連續時間係統的頻域分析
單元五 連續時間係統的模擬
單元六 信號的采樣與恢復
單元七 傅裏葉變換
單元八 數字濾波器
第2篇 信號與係統儀器實驗
A儀器設備使用說明
單元一 數字存儲示波器的使用
單元二 智能信號測試儀的使用
單元三 信號係統實驗箱的使用
單元四 數字信號處理實驗設備和環境
B信號與綫性係統實驗
實驗一 儀器使用及信號的觀察與測試
實驗二 信號産生及頻域分析
實驗三 信號閤成
實驗四 濾波器及其頻率特性
實驗五 信號通過綫性係統
實驗六 基本運算單元及其應用
實驗七 連續時間係統模擬
實驗八 信號采樣與恢復：
C數字信號處理實驗
實驗一信號放大與衰減：
實驗二 FIR濾波器設計
實驗三 IIR濾波器設計
實驗 FFT頻譜分析
實驗五 正弦信號産生
實驗六 噪聲産生
實驗七 DTMF、産生與接收
實驗八 有限精度處理的影響：
第3篇 信號與係統仿真實驗
A信號處理的計算機仿真
單元一 虛擬電路實驗平颱
單元二 EWB的菜單
單元三 元器件和儀器的調用
單元 EWB 9分析功能
B信號係統仿真實驗
實驗一 正弦、方波和三角波信號發生器的設計仿真
實驗二 信號的閤成和濾波電路對信號的影響
實驗三 信號的頻域分析
實驗四 諧振電路的研究及其對信號的影響
實驗五 時序邏輯電路設計和時序信號産生
實驗六 移相電路設計及其對信號相位的影響
參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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《信號與係統實驗教程》 一、 走進信號與係統：核心概念與理論基礎 《信號與係統實驗教程》旨在為學習者提供一個深入理解和掌握信號與係統理論的實踐平颱。本書的編寫初衷，是為瞭彌閤理論學習與實際應用之間的鴻溝，讓抽象的概念在生動具體的實驗操作中得以具象化，從而構建起堅實的信號與係統知識體係。 在開始實驗之旅前，我們首先需要建立起對“信號”與“係統”這兩個核心概念的清晰認知。 信號，簡而言之，是信息的一種載體，能夠隨時間、空間或其他獨立變量而變化的物理量。它可以是聲音的波形，圖像的像素亮度，電信號的電壓變化，甚至是股票市場的價格波動。信號種類繁多，我們通常將其分為模擬信號和數字信號。模擬信號是連續變化的，能夠精確地反映物理量的細微變化，例如一段原始的音頻錄音。而數字信號則是離散的，將連續的信號量化並編碼成二進製序列，便於存儲、傳輸和處理，如CD音質的音頻文件。 根據信號的特性，我們還可以將其進一步劃分為周期信號和非周期信號、能量信號和功率信號、奇信號和偶信號等。理解這些分類有助於我們選擇閤適的分析方法和處理工具。例如，周期信號的分析常常會引入傅裏葉級數，而非周期信號則會使用傅裏葉變換。 係統，則是對輸入信號進行處理，並産生輸齣信號的任何一種物理實體或數學模型。係統可以是一個簡單的電子濾波器，用於去除信號中的噪聲；也可以是一個復雜的通信係統，負責信息的遠距離傳輸；甚至可以是一個生物體內的生理反應過程，對外界刺激做齣相應。 係統的本質在於其“輸入-輸齣”關係。一個係統對不同輸入的響應方式構成瞭其特性。我們通常會從以下幾個角度來描述一個係統的特性： 綫性性 (Linearity)：如果一個係統對輸入信號的疊加和比例運算保持不變，即係統對 $a x_1(t) + b x_2(t)$ 的響應等於 $a y_1(t) + b y_2(t)$（其中 $y_1(t)$ 是係統對 $x_1(t)$ 的響應，$y_2(t)$ 是係統對 $x_2(t)$ 的響應），則稱該係統是綫性的。綫性係統是信號與係統理論中最重要的一類係統，因為許多復雜的非綫性係統可以通過近似的方式處理。 時不變性 (Time-Invariance)：如果一個係統的特性不隨時間而改變，即無論何時輸入相同的信號，其輸齣信號的形式也相同（隻是時間上發生移位），則稱該係統是時不變的。例如，一個電阻器的阻值在不同時間是相同的，所以它構成瞭一個時不變的電路。 因果性 (Causality)：如果一個係統的輸齣隻取決於當前的和過去的輸入，而不依賴於未來的輸入，則稱該係統是因果的。在實際係統中，輸齣不可能預測未來，因此因果性是許多實際係統固有的屬性。 穩定性 (Stability)：一個穩定係統是指，當輸入信號有界時，係統的輸齣信號也是有界的。如果輸入有界，但輸齣無界，則稱係統是不穩定的。穩定性是保證係統能夠正常工作的關鍵。 除瞭這些基本特性，我們還需要掌握描述係統行為的數學工具，例如差分方程（用於離散時間係統）和微分方程（用於連續時間係統），以及係統函數（在頻域描述係統特性）。 二、 實驗的核心：信號的錶示、變換與分析 《信號與係統實驗教程》將圍繞如何有效地錶示、變換和分析信號展開一係列實驗。這些實驗將幫助學習者深入理解信號與係統理論的核心工具。 1. 信號的錶示與生成 在實驗中，我們將學習如何使用數值方法來錶示和生成各種類型的信號。這包括： 基本信號的生成：如單位衝激信號 $delta(t)$、$u(t)$、正弦信號 $A sin(omega t + phi)$、指數信號 $e^{at}$ 等。我們將學習如何在計算機中用離散的點序列來逼近連續信號，並理解采樣定理在其中扮演的角色。 信號的運算：如信號的加法、乘法（捲積）、尺度變換、移位等。這些運算是構建更復雜信號的基礎。例如，通過信號的移位和乘以權重再求和，可以得到一個信號的延時版本。 周期信號的展開：傅裏葉級數是分析周期信號的重要工具。通過實驗，我們將直觀地理解一個復雜周期信號如何由一係列不同頻率的正弦波（諧波）疊加而成。我們將學習如何計算傅裏葉級數的係數，並觀察不同諧波分量對信號形狀的影響。 非周期信號的分析：傅裏葉變換是將信號從時域轉換到頻域的強大工具。它揭示瞭信號所包含的頻率成分及其相對強度。實驗將讓我們體會到，在頻域中觀察信號，有時比在時域中更能理解信號的本質。我們將學習如何對衝激信號、矩形脈衝信號、指數衰減信號等進行傅裏葉變換，並理解其頻譜特性。 2. 係統特性的實驗驗證 我們設計的實驗將著重於驗證和理解係統的各種特性： 綫性與時不變性驗證：我們將設計實驗來分彆驗證一個給定係統是否滿足綫性條件和時不變條件。例如，通過輸入兩個不同信號並觀察其疊加響應，或者輸入一個信號在不同時間點，來判斷係統是否滿足綫性與時不變性。 因果性與穩定性分析：通過觀察係統在不同時刻的輸齣，判斷其是否僅依賴於當前和過去的輸入，從而驗證因果性。對於穩定性，我們將嘗試輸入不同幅度的有界信號，觀察輸齣是否保持有界。 捲積：捲積是描述綫性時不變係統最重要的運算之一。係統的輸齣信號是輸入信號與係統單位衝激響應（$h(t)$ 或 $h[n]$）的捲積。實驗將讓我們親手計算和觀察捲積過程，理解單位衝激響應如何“塑造”輸入信號，最終産生輸齣信號。我們將通過不同形狀的輸入信號和單位衝激響應，來觀察捲積結果的形態變化，從而深刻理解係統對信號的“記憶”和“處理”過程。 3. 頻域分析與係統函數 頻域分析是信號與係統理論的另一重要分支。 拉普拉斯變換與Z變換：對於更廣泛的信號和係統（尤其是可能不穩定或包含非周期成分的係統），我們需要更強大的分析工具，如拉普拉斯變換（用於連續時間係統）和Z變換（用於離散時間係統）。這些變換能夠將微分方程或差分方程轉化為代數方程，極大地簡化瞭係統的分析。我們將通過實驗理解如何進行這些變換，並利用它們來分析係統的係統函數（$H(s)$ 或 $H(z)$）。 係統函數與係統特性：係統函數是描述係統輸入輸齣關係的頻域錶示。通過分析係統函數的極點和零點，我們可以直接判斷係統的穩定性、因果性等關鍵特性。實驗將讓我們學習如何從係統函數推斷齣係統的特性，以及如何根據期望的係統特性設計相應的係統函數。 濾波器設計與實現：濾波器是信號處理中最常見的係統應用。根據對信號不同頻率分量的選擇性處理，我們可以設計低通濾波器（允許低頻通過）、高通濾波器（允許高頻通過）、帶通濾波器（允許特定頻段通過）和帶阻濾波器（阻止特定頻段通過）。實驗將讓我們接觸到如何利用傅裏葉變換、拉普拉斯變換和Z變換等工具，設計並實現不同類型的濾波器，並驗證其濾波效果。 三、 實驗環境與工具 為瞭達到理論與實踐相結閤的目的，《信號與係統實驗教程》將推薦並指導學習者使用現代化的實驗工具。 軟件平颱：MATLAB/Simulink 是本書推薦的主要實驗平颱。MATLAB強大的矩陣運算能力和豐富的信號處理函數庫，為信號的生成、分析和係統建模提供瞭便利。Simulink則以其圖形化的界麵，能夠直觀地搭建和仿真各種信號處理係統，尤其適閤理解復雜的係統結構和動態過程。 硬件實驗（可選）：對於希望進行更深入實踐的學習者，可以結閤一些基礎的電子電路實驗設備，例如示波器、信號發生器、麵包闆、電阻、電容、電感等電子元件，搭建簡單的模擬電路濾波器，並通過示波器觀察輸入輸齣信號的波形，直觀地感受濾波器的作用。 編程實現：除瞭使用專業的數學軟件，我們也會指導學習者使用Python等編程語言，通過編寫代碼來實現信號的生成、變換和係統的仿真。這有助於更底層地理解算法的實現細節，並培養獨立解決問題的能力。 四、 實驗內容的組織與深度 本書的實驗內容將由淺入深，循序漸進地展開。 基礎實驗：首先從最基本的信號生成與處理開始，例如繪製正弦波、方波、生成衝激信號，以及簡單的信號疊加、尺度變換等。 核心理論實驗：接著深入到傅裏葉級數、傅裏葉變換、捲積等核心概念的實驗驗證。通過可視化觀察，讓抽象的數學公式變得觸手可及。 係統特性實驗：通過設計具體的輸入輸齣場景，讓學習者親手驗證綫性、時不變、因果、穩定等係統特性。 變換與係統函數實驗：重點在於拉普拉斯變換和Z變換的應用，以及如何通過係統函數的極零點分析來理解係統行為。 應用導嚮實驗：最後，我們將通過一些實際應用場景的仿真，例如簡單的通信係統模型、音頻信號的去噪處理、圖像濾波等，展示信號與係統理論在工程實踐中的巨大價值。 五、 學習方法與目標 《信號與係統實驗教程》不僅僅是一本操作手冊，更重要的是引導學習者主動思考，深入探究。 主動動手：每一個實驗都鼓勵學習者親自動手操作，修改參數，觀察結果，並在過程中思考“為什麼會是這樣？”。 理論聯係實際：在進行每一個實驗前，都會簡要迴顧相關的理論知識，並在實驗結束後對結果進行理論解釋。 深入理解：不僅僅滿足於得到正確的結果，更重要的是理解背後的原理，掌握分析問題和解決問題的方法。 能力培養：通過本教程的學習，學習者將能夠： 熟練使用MATLAB/Simulink等工具進行信號與係統的仿真與分析。 深入理解信號與係統的基本概念、數學錶示和分析方法。 掌握傅裏葉變換、拉普拉斯變換、Z變換等核心工具的應用。 能夠分析和設計基本的信號處理係統，如濾波器。 培養將理論知識應用於解決實際工程問題的能力。 通過《信號與係統實驗教程》的學習，您將不再是僅僅停留在書本上的理論學習者，而是能夠真正掌控信號與係統這一強大工具的實踐者，為未來在通信、控製、信息處理、自動駕駛等領域的學習和工作打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

閱讀體驗上，這本書的語言風格我非常欣賞，它保持瞭一種恰到好處的學術嚴謹性，同時又避免瞭那種高高在上的說教感。作者的文筆流暢且富有啓發性，沒有使用過多不必要的冗長修飾，使得信息傳遞效率非常高。每當遇到需要深入理解的理論點時，作者總會插入一些富有洞察力的評論，這些評論往往能一下子點醒我思維中的盲點。例如，在講解采樣定理時，書中對“混疊”現象的描述，不僅僅停留在頻率軸上的重疊，而是結閤瞭時域信號截斷的物理後果進行瞭深入探討，這種多維度的解釋，極大地加深瞭我的記憶和理解。這種恰到好處的“人情味”和專業深度相結閤的敘事方式，使得即使是麵對復雜的內容，閱讀過程也顯得輕鬆而愉快，很少齣現需要反復迴溯的低效學習狀態。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計簡直是讓人眼前一亮，那種沉穩又不失現代感的色彩搭配，拿在手裏就有一種厚重而可靠的感覺。內頁的紙張質量也是沒得挑剔，印刷清晰度極高，即便是那些復雜的數學公式和波形圖，看起來也毫無壓力，久讀不纍眼。拿到手我就迫不及待地翻閱起來，首先映入眼簾的是緒論部分，作者似乎非常注重理論與實踐的結閤，用非常生動的語言勾勒齣瞭整個學科的宏偉藍圖，而不是乾巴巴地堆砌定義。我尤其欣賞它在開篇就強調瞭“動手做”的重要性，這對我這種更偏嚮實踐操作的學習者來說，無疑是一劑強心針。而且，書中的章節劃分非常閤理，邏輯鏈條清晰可見，從最基礎的連續時間信號處理，到離散時間係統的分析，每一步的過渡都自然流暢，讓人感覺學習過程是一氣嗬成的，而不是東一塊西一塊的知識點堆砌。這種精心打磨的排版和設計，體現瞭齣版方和編著者對讀者體驗的極緻追求，讓人在翻閱時就能感受到滿滿的誠意。

評分☆☆☆☆☆

這本書的實用性簡直是教科書級彆的典範。我最喜歡它在每個關鍵知識點後緊跟著的“案例分析”模塊。這些案例並非虛構的、過於理想化的場景，而是貼近工業界和科研前沿的真實問題。比如，在介紹Z變換時，它就穿插瞭一個關於數字濾波器設計中如何處理穩定性和相位特性的實例，每一個步驟都有明確的計算過程和結果分析。這些分析不僅展示瞭如何運用所學的理論知識，更重要的是，它教會瞭我如何“思考”一個工程問題。它不是簡單地告訴你“怎麼算”，而是告訴你“為什麼要這麼算”以及“算齣來的結果意味著什麼”。這種以問題為導嚮的學習路徑，極大地激發瞭我主動探索和驗證的興趣，讓枯燥的公式推導充滿瞭解決實際難題的成就感。我感覺我不是在讀一本教材，而是在跟隨一位經驗豐富的工程師學習解決實際問題的思路。

評分☆☆☆☆☆

與市麵上其他同類書籍相比，這本教程的配套資源和自檢機製做得尤為齣色。書後的習題設計梯度非常科學，從基礎概念的鞏固，到中等難度的分析計算，再到極具挑戰性的綜閤設計題，一應俱全。更難得的是，對於大部分計算題，書後都提供瞭詳細的解題步驟或者關鍵結論，這為自學提供瞭一個絕佳的反饋迴路。我不需要為瞭一道題的答案而苦苦等待老師的批改，而是可以立即檢查自己的思路是否正確，並在發現偏差後迅速糾正。這種即時反饋機製對於鞏固實驗技能和理論掌握是至關重要的。此外，我聽說其配套的實驗指導書內容也同樣豐富，這錶明瞭作者團隊在構建一個完整的學習生態係統上的投入，真正做到瞭理論指導實踐，實踐反哺理論的良性循環。

評分☆☆☆☆☆

我得說，這本書在概念的闡述深度上，完全超齣瞭我的預期。很多我過去在其他教材中覺得晦澀難懂的傅裏葉變換和拉普拉斯逆變換的推導過程，在這裏竟然變得清晰而有條理。作者似乎深諳“大道至簡”的道理，他們沒有直接拋齣那些令人望而生畏的積分公式，而是先從物理意義和直觀感受入手，層層遞進，將抽象的數學工具轉化為可以理解的物理圖像。特彆是對於捲積積分的講解，配上瞭大量的圖示和類比，讓我第一次真正體會到“係統響應”是如何由“輸入信號”和“係統特性”共同決定的。這種深入淺齣的講解方式，極大地降低瞭初學者的入門門檻，同時也保證瞭專業學習者所需的理論深度。我甚至發現，即便是那些經常被忽略的細節——比如收斂域的討論——作者也做瞭詳盡的補充，這對於日後進行實際的係統設計是至關重要的基礎工作。