数字信号处理实验课件

熟悉实验内容； 2、学生根据实验要求，读懂并理解相应的程 序； 3、学生严格遵守实验室的各项规章制度，注 意人身和设备安全，配合和服从实验室人员管 理； 4、教师在学生实验过程中予以必要的辅导， 独立完成实验；
五、实验条件
1、具有WINDOWS 98/2000/NT/XP操作系统
的计算机一台； 2.、MATLAB编程软件。
六、实验步骤
在“开始--程序”菜单中，找到MATLAB程序，
运行启动； 进入MATLAB后 ，首先熟悉界面； 在Command Window中输入参考程序，并执 行； 记录运行结果图形，并与笔算结果对照。 再根据实验内容，逐一修改程序，执行，记录 结果并分析。
七、思考题
结合《信号与系统》课程所学，思考离散时间
实验四 FFT频谱分析及应用
附录： MATLAB基本操作及常用命令
实验一： 离散系统时域分析
实验学时：2学时 实验类型：验证 实验要求：必修
一、实验目的
1、学习MATLAB语言的编程和调试技巧； 2、掌握笔算离散卷积方法及其MATLAB语言
实现。
二、 实验内容
1、设某LTI的单位脉冲响应（1）判断此系统是否可实
九、参考程序

程序2 如果、的起点不为0，则采用conv_m计算卷积； 编写conv_m函数： function[y,ny]=conv_m(x,nx,h,nh) %改进卷积程序 nyb=nx(1)+nh(1); nye=nx(length(x))+nh(length(h)); ny=[nyb,nye]; y=conv(x,h); 在命令窗口输入： x=[3,11,7,0,-1,4,2];nx=[-3:3]; h=[2,3,0,-5,2,1];nh=[-1:4]; [y,ny]=conv_m(x,nx,y,ny) 可得到结果：y(n)=[6,31,47,6,-51,-5,41,18,-22,-3,8,2]，-4<n<7
四、实验组织运行要求
1、学生在进行实验前必须进行充分的预习，
熟悉实验内容； 2、学生根据实验要求，编写相应的程序； 3、学生严格遵守实验室的各项规章制度，注 意人身和设备安全，配合和服从实验室人员管 理； 4、教师在学生实验过程中予以必要的辅导， 独立完成实验；
五、实验条件
具有WINDOWS 2000/XP操作系统的计算机一
二、实验内容
1、用窗函数法设计一线性相位FIR低通滤波器，设计
指标为：Wp=0.3π,Ws=0.5π, Rp=0.25db, Ws=50db （1）选择一个合适的窗函数，取N＝15，观察所设计 滤波器的幅频特性，分析是否满足设计要求； （2）取N＝45，重复上述设计，观察幅频和相频特性 的变化，分析长度N变化的影响； （3）保持N＝45不变，改变窗函数（如hamming窗变 为blackman窗），观察并记录窗函数对滤波器幅频特 性的影响，比较两种窗的特点。
实验二： FIR数字滤波器的设计
实验学时：2学时 实验类型：综合 实验要求：必修 知识点：FIR数字滤波器，窗函数法，频率采样法， 一、实验目的 1、掌握用窗函数法和频率采样法设计FIR数字滤波器
的原理和方法； 2、熟悉线性相位FIR滤波器的幅频特性和相频特性； 3、了解不同窗函数对滤波器性能的影响。
二、实验内容
2、用凯塞窗设计一个数字带通滤波器，设计 指标为： Rp=1db,Wp1=0.35π，wp2=0.65π, Rs=60db ,Ws1=0.2π, Ws2=0.8π 3、用频率采样法设计一个低通滤波器，设计 指标为：Wp=2π,Ws=0.35π, Rp=1db, Ws=50db
1）采样点数N＝33，过渡带设置一个采样点， H(k)＝0.5，最小阻带衰减为多少，是否满足设 计要求？ 2）采样点数N＝34，过渡带设置2个采样点， H1(k)=0.5925,H2(k)=0.1099,最小阻带衰减为 多少，是否满足设计要求？
七、实验报告要求
1、报告中要给出实验的MATLAB程序，并对
每个语句给出注释，说明语句作用； 2、简述实验目的和原理； 3、按实验步骤附上所设计滤波器的h(n)及相应 的幅频和相频特性曲线，比较它们的性能，说 明不同的窗函数对滤波器性能的影响； 4、总结窗函数法和频率采样法的特点，归纳 设计中的主要公式； 5、收获和建议。
系统的线性卷积公式与连续时间系统的卷积公 式的异同？
八、实验报告要求
1、报告中要给出实验的MATLAB程序，并对
每个语句给出注释，说明语句作用； 2、简述实验目的和原理； 3、给出用笔算时卷积和conv计算线性卷积对 照图； 4、给出收获和体会。
九、参考程序


N k
然后以此Hd(k)作为实际FIR滤波器频率特性的采样值，即 令： k=0,1….n-1 H (k ) H d (k ) H d (e j ) 2 k N （1）设计要求选择滤波器的种类； （2）根据线性相位的约束条件确定，进而得到H(k)； （3）将H(k)代入H()内插公式得到所设计滤波器的频率 响应。
三、实验原理与方法和手段
1、窗函数法设计线性相位FIR滤波器的一般步骤为：
j （1）确定理想滤波器 H d (e ) 的特性； j （2）由 H d (e ) 求出hd(n)；
（3）选择适当的窗函数，并根据线性相位条件确定窗函数的长
度N；在MATLAB中，可由w=boxcar(N)（矩形窗）、 w=hanning(N)（汉宁窗）、w=hamming(N)（汉明窗）、 w=Blackman(N)（布莱克曼窗）、w=Kaiser(N,beta)（凯塞窗） 等函数来实现窗函数设计法中所需的窗函数。
三、实验原理与方法和手段

（2）线性时不变系统的实现 可物理实现的线性时不变系统是稳定的、因果 的。这种系统的单位脉冲响应是因果的（单边） 且绝对可和的，即：
在MATLAB语言中采用conv实现卷积运算即： Y=conv(x,h),它默认从n=0开始。
四、实验组织运行要求
1、学生在进行实验前必须进行充分的预习，

二、实验内容



1、用双线性变换法设计一个Chebyshev1型数字带通滤波器， 设计指标为： T=1ms, Rp=1db,Wp1=0.35π，wp2=0.65π, Rs=60db ,Ws1=0.2π, Ws2=0.8π。 2、fp=0.1KHz, Rp=1db,fs=0.3KHz, Rs=25db, T=1ms,分别用脉 冲响应不变法和双线性变换法设计一个Butterworth数字低通滤 波器 1）观察所设计数字滤波器的幅频特性曲线，记录带宽和衰减量； 2）比较两种方法的优缺点； 3）利用y=filter(b,a,x)函数观察对实际心电图信号的滤波效果。 已知某一实际心电图信号的采样序列如下： x(n)=[-4,-2,0,-4,-6,-4,-2,-4,-6,-6,-4,-4,-6,-6,-2,6,12,8,0,-16,-38,60,-84,-90,-66,-32,-4,2,… -4,8,12,12,10,6,6,6,4,0,0,0,0,0, -2,4,0,0,0,-2,-2,0,0,-2,-2,-2,-2,0]，共56点
现； （2）当输入为矩形脉冲时，求此LTI的输出； （3）用MATLAB实现，并画出图形。 2、 计算卷积
三、实验原理与方法和手段
一个离散时间系统，输入信号为x(n)，输出信号为
y(n)，运算关系用T[﹒]表示，则输入与输出的关系可 表示为y(n)＝T[x(n)]。 （1）线性时不变系统的输入输出关系可通过单位脉冲响 应h(n)表示： y(n)=x(n)*h(n)= 式中*表示卷积运算。
八、部分参考程序

函数：ideal_lp function hd=ideal_lp(wc,N); alpha=(N-1)/2; n=0:1:N-1; m=n-alpha+eps; hd=sin(wc*m)./(pi*m); 函数freqz_m： function[db,mag,pha,w]=freqz_m(b,a); [H,w]=freqz(b,a,1000,'whole'); H=(H(1:1:501))'; w=(w(1:1:501))'; mag=abs(H); db=20*log10((mag+eps)/max(mag)); pha=angle(H);
实验三： IIR数字滤波器的设计
实验学时：2学时 实验类型：综合 实验要求：必修 知识点：IIR数字滤波器，脉冲响应不变法，双线性变 换法 一、实验目的 1、掌握脉冲响应不变法和双线性变换法设计IIR数字 滤波器的原理和方法； 2、观察双线性变换法和脉冲响应不变法设计的滤波器 的频域特性，了解双线性变换法和脉冲响应不变法的 特点和区别。
程序1 x=[ones(1,10)]; x1=[ones(1,10),zeros(1,40)]; N1=length(x); n1=0:N1-1; N2=50; n2=0:N2-1; h=0.8.^n2; y=conv(x,h); N=N1+N2-1;n=0:N-1; subplot(3,1,1); stem(n2,x1);subplot(312); stem(n2,h);subplot(313); stem(n,y);
（4）由h(n)=hd(n).w(n), 0≤n≤ N-1，得出单位脉冲响
应h(n); (5)对h(n)作离散时间傅立叶变换，得到 H (e j )
三、实验原理与方法和手段
2、频率采样法设计线性相位FIR滤波器的步骤为：
频率采样法是从频域出发，把给定的理想频率响 H d (e j ) 加以等间隔采样， H d (e j ) 2 H d (k )