[发明专利]一种基于复平面的信号采样教学演示仪

说明书

本发明涉及一种教育或演示用具，具体为一种基于复平面的信号采样教学演示仪，用于演示针对复信号的采样定理，使学生直观地观察过采样、等采样和欠采样的过程，从而对采样定理从感性认识上升到理性认识，使教学工作的效果进一步提升。本发明中，复平面信号演示板的透光部分和不透光部分相结合共同代表了原始复信号，复平面信号演示板的转速代表了原始复信号的频率，采样脉冲演示板以特定频率闪烁代表该频率的采样脉冲信号，采样脉冲演示板透过复平面信号演示板透明部分所呈现的发光图样在复平面信号演示板旋转时被人眼观察到的状态代表采样后得到的样本信号。

技术领域

本发明涉及一种教育或演示用具，具体为一种基于复平面的信号采样教学演示仪。

背景技术

教学仪器可以直观地展现科学规律，加深学生对知识的理解，使学生建立科学的思维方法。在开展教育工作的过程中，已经有越来越多的教学仪器设备被运用到了课堂中，可以说教学仪器已经发展为教育现代化的手段和教育事业发展的物质基础，它的配备状况和质量水平直接影响到各校的教育教学质量。

随着信息与通信行业和电子行业的发展，纯模拟系统已经逐渐被数字系统所取代。采样是数字信号处理的基础，实际生活中的各种物理量如声音、压力、速度等都是模拟信号，必须要对模拟信号进行采样，转换为数字信号后才能输入数字系统。而采样过程遵循奈奎斯特采样定理(以下简称采样定理)，只有理解掌握了采样定理，才能按照系统需求将模拟信号转换为数字信号，使系统正常工作。

由于信号的采样十分抽象，复信号的采样更是难以理解，绝大多数学生无法对采样定理产生清晰直观的认知，而一个展示信号采样过程的教学演示仪可以很好地解决这个问题，但目前国内外都还没有这种教学演示用具。相关教学期望提供一种基于复平面的信号采样教学演示仪，用于演示针对复信号的采样定理，使学生直观地观察过采样、等采样和欠采样的过程，从而对采样定理从感性认识上升到理性认识，使教学工作的效果进一步提升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于复平面的信号采样教学演示仪，根据采样脉冲演示板透过复平面信号演示板透明部分所呈现的发光图样在复平面信号演示板旋转时被人眼观察到的顺时针旋转、逆时针旋转和静止不动等运动状态来表示信号欠采样、过采样和等采样的过程。复平面信号演示板的透光部分和不透光部分相结合共同代表了原始复信号，复平面信号演示板的转速代表了原始复信号的频率，采样脉冲演示板以特定频率闪烁代表该频率的采样脉冲信号，采样脉冲演示板透过复平面信号演示板透明部分所呈现的发光图样在复平面信号演示板旋转时被人眼观察到的状态代表采样后得到的样本信号。复平面信号演示板的转速和采样脉冲演示板的闪烁频率均可由学生自由调整，其设定值和两者间的大小关系均显示在演示仪的显示装置上。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于复平面的信号采样教学演示仪，包括：底座、操作面板和演示装置；其特征在于，所述底座为顶面开口的盒状结构，所述操作面板固定于底座的顶面，所述演示装置设置于底座内部；其中，

所述操作面板包括：上盖板、参数设置装置、显示装置和观察窗；所述上盖板固定在底座的上表面，且上盖板上分别对应于参数设置装置、显示装置和观察窗开设预留开口；所述参数设置装置的顶端从上盖板的预留开口露出，用于设置演示仪的采样脉冲信号和原始复信号演示参数；所述显示装置顶端从上盖板的预留开口露出，用于显示采样脉冲和原始复信号的频率及其大小关系；所述观察窗为透明结构、且固定于上盖板的预留开口处，用于观察；

所述演示装置包括：基板、主控模块、驱动模块、步进电机、采样脉冲演示板和复平面信号演示板；所述基板固定在底座的内底面，位于所述操作面板的正下方；

所述主控模块固定于基板上，包括：主控芯片、时钟模块、复位电路和电源电路，主控芯片用于控制演示仪以正常流程工作，时钟模块用于为演示仪中所有有源器件提供时钟，电源电路用于为演示仪供电，复位电路用于主控模块复位；