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信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

一、功能要求
1、為了方便模塊收納和售后維護(hù)，模塊在拆卸后，還應(yīng)該有獨(dú)立外殼包裝，應(yīng)能帶全封閉外殼進(jìn)行收納及運(yùn)輸，單個(gè)模塊應(yīng)具備獨(dú)立包裝，避免收納以及運(yùn)輸途中的元器件損壞；
2、實(shí)驗(yàn)電路模塊的安裝應(yīng)具備防反接功能，實(shí)驗(yàn)?zāi)�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(yàn)及學(xué)習(xí)，模塊標(biāo)識(shí)及信號(hào)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(biāo)識(shí)，讓學(xué)生在最短時(shí)間內(nèi)熟悉各模塊及其功能；
4、各模塊均配有獨(dú)立的多路電源機(jī)械開(kāi)關(guān)，不接受電子開(kāi)關(guān)或以模塊待機(jī)替代關(guān)機(jī)的虛假方案；
5、為保證電路的幅頻響應(yīng)特性，本次采購(gòu)不接受數(shù)字電位器的方案；
6、實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品應(yīng)集成電壓表和頻率計(jì)，且采用自行設(shè)計(jì)電路，讓學(xué)生了解這兩個(gè)部分的設(shè)計(jì)原理，并且支持測(cè)量外部信號(hào)；
7、實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品的信號(hào)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(hào)頻率范圍10Hz~2MHz，六檔步進(jìn)檔位可調(diào)，最小步進(jìn)10Hz。同時(shí)該信號(hào)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(hào)；
8、實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品應(yīng)集成數(shù)字信號(hào)處理模塊，并具備如下功能：
1）通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理方式實(shí)現(xiàn)“信號(hào)自卷積”和“信號(hào)與系統(tǒng)的卷積”實(shí)驗(yàn)；
2）用數(shù)字濾波的方式完成“信號(hào)的分解與合成”實(shí)驗(yàn)，能夠完全改變模擬電路實(shí)驗(yàn)結(jié)果不要求的狀況；
3）應(yīng)能展示濾波器相位移動(dòng)對(duì)方波信號(hào)合成的影響，讓學(xué)生清晰地理解方波信號(hào)中各次諧波的相移對(duì)信號(hào)本身的影響；
4）支持用快速傅傅里葉變換實(shí)現(xiàn)信號(hào)的頻譜分析，并能夠讓模擬示波器進(jìn)行顯示；
5）DSP部分應(yīng)采用自舉引導(dǎo)加載的方式，通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)就能夠?qū)Σ煌�的程序功能進(jìn)行加載，能在完全脫離PC機(jī)及仿真器的情況下進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)。
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(shí)驗(yàn)；
10、實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品應(yīng)配有DSP標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口及PC機(jī)通信接口，可以方便地進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)；
11、考慮到實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的層次性，數(shù)字信號(hào)處理部分應(yīng)直接固化實(shí)驗(yàn)所必須的程序代碼，支持通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)以及單片機(jī)的HPI接口進(jìn)行不同實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的調(diào)用，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以方便的進(jìn)行不同實(shí)驗(yàn)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(chǔ)回放及信號(hào)分析功能。可實(shí)現(xiàn)基于LABVIEW虛擬示波器、虛擬頻譜儀功能，并且可在PC機(jī)上進(jìn)行實(shí)時(shí)的信號(hào)的時(shí)域頻域分析�？赏瓿蓪�(shí)時(shí)信號(hào)采集顯示，回訪及信號(hào)處理分析；實(shí)時(shí)信號(hào)的FFT頻譜分析；實(shí)時(shí)信號(hào)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(dòng)即插即用）及高速數(shù)據(jù)采集模塊，采用專(zhuān)業(yè)級(jí)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(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(dá)到DVD級(jí)別的音頻采集及回放效果。兩級(jí)ADC采樣信號(hào)放大，提高采樣靈敏度，輸入信號(hào)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(hào)MIC輸入接口與ADC接口分離設(shè)計(jì)，可滿足不同信號(hào)源輸入要求。DAC與耳機(jī)接口分離設(shè)計(jì)，方便同時(shí)回放監(jiān)聽(tīng)和示波器觀測(cè)；
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(jì)、沖激與頻響仿真實(shí)驗(yàn)，并且可將設(shè)計(jì)的濾波器應(yīng)用于實(shí)時(shí)采集信號(hào)的信號(hào)處理中，學(xué)生可基于此功能研究各種信號(hào)的諧波分量的位置及大小，并且了解自主設(shè)計(jì)的濾波器在信號(hào)處理中的作用；
15、應(yīng)支持多種信號(hào)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(jī)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)。
二、參數(shù)指標(biāo)
1、信號(hào)源指標(biāo)：
1）直流信號(hào)源：兩路直流信號(hào)輸出，信號(hào)源幅度可調(diào)范圍是-5V~5V。
2）交流信號(hào)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(hào)源指標(biāo)：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(biāo)：電壓表可測(cè)直流信號(hào)和交流信號(hào)，測(cè)量范圍為：直流信號(hào)：-10V－10V；交流信號(hào)：0－20V；
4、頻率計(jì)指標(biāo)：測(cè)頻范圍：1Hz-99MHz；
5、電源指標(biāo)：AC 220V±10% 、DC ±12V、+5V；
三、配套仿真軟件要求
為了方便上課時(shí)對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)，整體上應(yīng)配備一套與硬件實(shí)驗(yàn)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(dú)立的算法引擎，應(yīng)支持校園本地部署，應(yīng)支持在沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境下進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)；
2）仿真軟件支持模塊的信號(hào)端口連線及觀測(cè)，信號(hào)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(lèi)型可設(shè)置直線和曲線；
*3）仿真軟件應(yīng)支持實(shí)物模塊圖和實(shí)驗(yàn)原理框圖兩種顯示模式；
4）仿真平臺(tái)應(yīng)能同時(shí)調(diào)用多個(gè)二次開(kāi)發(fā)模塊，支持學(xué)生直接加載 m 函數(shù)，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(yīng)支持同時(shí)調(diào)用多個(gè)虛擬示波器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的實(shí)時(shí)觀測(cè)，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(cè)星座圖；
*6）仿真軟件應(yīng)在PC機(jī)上具備與硬件模塊相同外觀及功能，方便實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教學(xué)；
7）應(yīng)支持學(xué)生在不同的PC上遠(yuǎn)程配合來(lái)實(shí)時(shí)地完成一個(gè)整體實(shí)驗(yàn)，一個(gè)學(xué)生可以將信號(hào)遠(yuǎn)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(hào)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(hào)源模塊、信號(hào)源及頻率計(jì)模塊、抽樣定理及濾波器模塊、數(shù)字信號(hào)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(diǎn)對(duì)頻響的影響模塊、調(diào)幅及頻分復(fù)用模塊、基本運(yùn)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(shí)驗(yàn)箱配套的仿真軟件，方便在實(shí)驗(yàn)課堂上進(jìn)行教學(xué)使用；
五、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)
常規(guī)信號(hào)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)
階躍響應(yīng)與沖激響應(yīng)
連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的模擬
無(wú)失真?zhèn)鬏斈�塊
有源無(wú)源濾波器
抽樣定理與信號(hào)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(shí)驗(yàn)
一階電路系統(tǒng)的頻響測(cè)試實(shí)驗(yàn)
二階電路系統(tǒng)的頻響測(cè)試實(shí)驗(yàn)
二階電路的傳輸特性
信號(hào)卷積實(shí)驗(yàn)
矩形脈沖信號(hào)的分解與合成
相位對(duì)信號(hào)合成的影響
信號(hào)的頻譜分析
數(shù)字濾波實(shí)驗(yàn)
直接數(shù)字頻率合成
極點(diǎn)對(duì)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(hào)處理及二次開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)
抽樣定理的數(shù)字濾波恢復(fù)
FIR數(shù)字濾波器實(shí)驗(yàn)
IIR數(shù)字濾波器實(shí)驗(yàn)
定時(shí)器的使用
音頻信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)
音頻信號(hào)采集及觀測(cè)實(shí)驗(yàn)
音頻信號(hào)采集及FFT頻譜分析實(shí)驗(yàn)
音頻信號(hào)采集及尺度變換實(shí)驗(yàn)
音頻信號(hào)帶限處理及FIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
信號(hào)卷積及過(guò)程展示實(shí)驗(yàn)
六、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)要求
實(shí)驗(yàn)平臺(tái)須鋁合金型材拼裝結(jié)構(gòu)，雙層臺(tái)板設(shè)計(jì)，外形、顏色、尺寸協(xié)調(diào)，與實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境、條件相匹配。
1、輸入電源：?jiǎn)蜗嗳�線，交流220V±10%，50HZ；
2、容量：≦1.5KVA；
3、參考尺寸：1600×800×1300mm（長(zhǎng)X寬X高）；
4、安全保護(hù)：接地保護(hù)，漏電保護(hù)（動(dòng)作電流＜30mA），過(guò)載保護(hù)；
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(shù)碼儀表指示工位序號(hào)：3位0.8寸紅色高亮度數(shù)碼顯示；
8、雙層設(shè)計(jì)，上層為隔板，下層為實(shí)驗(yàn)臺(tái)面，隔板下方帶LED照明（16W），照明開(kāi)關(guān)獨(dú)立控制；
9、實(shí)驗(yàn)臺(tái)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(dǎo)軌符合GB/T6892-2015標(biāo)準(zhǔn)；
10、主立柱連接件需采用高強(qiáng)度鋁合金壓鑄件，表面拋丸后噴塑處理；
11、臺(tái)面上方適當(dāng)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(hù)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(tái)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(tái)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(dāng)位置，（固定19-24寸液晶顯示器）；
14、實(shí)驗(yàn)臺(tái)底部右側(cè)位置為金屬材質(zhì)電腦主機(jī)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(shí)驗(yàn)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(tái)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(tái)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(shí)驗(yàn)臺(tái)需配置2.5米長(zhǎng)、國(guó)標(biāo)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(shí)基范圍（1ns/div~1000s/div) ；
4、最高支持存儲(chǔ)深度達(dá)56Mpts；
5、波形捕獲率達(dá)50,000個(gè)波形每秒；
6、256級(jí)波形灰度顯示；
7、標(biāo)配多達(dá)65，000幀的硬件實(shí)時(shí)波形錄制，回放，分析功能；
8、標(biāo)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；
12、設(shè)備支持與網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)連接。