《数字信号处理》实验指导书

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数字信号处理实验指导书

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数字信号处理实验指导书实验一离散时间与系统的傅立叶分析一、实验目的用傅立叶变换对信号和系统进行频域分析。

二、实验原理对信号进行频域分析就是对信号进行傅立叶变换。

对系统进行频域分析即对它的单位脉冲响应进行傅立叶变换,得到系统的传输函数。

也可以由差分方程经过;傅立叶变换直接求它的传输函数。

传输函数代表的就是系统的频率响应特性。

但传输函数是ω的连续函数,计算机只能计算出有限个离散频率点的传输函数值,因此得到传输函数以后,应该在0~2л之间取许多点,计算这些点的传输函数的值,并取它们的包络,该包络才是需要的频率特性。

当然,点数取得多一些,该包络才能接近真正的频率特性。

注意:非周期信号的频率特性是ω的连续函数,而周期信号的频率特性是离散谱,它们的计算公式不一样,响应的波形也不一样。

三、实验内容‘1.已知系统用下面差分方程描述:y(n)=x(n)十ay(n一1)试在a=0.95和a=一0.5两种情况下用傅立叶变换分析系统的频率特性。

要求写出系统的传输函数和幅度响应,并打印|H(e jw)|~ω曲线。

2.已知两系统分别用下面差分方程描述:y1(n)=x(n)+x(n一1)y2(n)=x(n)一x(n一1)试分别写出它们的传输函数和幅度响应,并分别打印|H(e jw)|~ω曲线。

3.已知信号x(n)=R3(n),试分析它的频域特性,要求打印|H(e jw)|~ω曲线。

4.假设x(n)=a(n),将x(n)以2为周期进行周期延拓,得到x(n),试分析它的频率特性,并画出它的幅频特性。

四、实验用MATLAB函数介绍1.abs功能:求绝对值(复数的模)。

y=abs(x):计算实数x的绝对值。

当x为复数时得到x的模(幅度值)。

当x为向量时,计算其每个元素的模,返回模向量y。

2.angle功能:求相角。

Ph=angle(x):计算复向量x的相角(rad)。

Ph值介于-л和+л之间.3.freqz:计算数字滤波器H(z)的频率响应。

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注意此书用的时候N要先付值数字信号处理实验指导书目录前言 (1)第一章MATLAB基础知识 (1)第二章MATLAB基本数值运算 (4)第三章MATLAB的图形处理功能 (8)第四章MATLAB的程序设计 (11)第五章常用数字信号处理函数 (16)第六章MATLAB在数字信号处理中的应用 (23)实验一常见离散信号的MATLAB产生和图形显示 (33)实验二离散系统的频率响应分析和零、极点分布 (37)实验三序列线性卷积、圆周卷积的计算及其关系的研究 (39)实验四利用DFT分析信号的频谱 (41)实验五信号时间尺度变换的研究 (43)实验六快速傅里叶变换及其应用 (47)实验七IIR滤波器的实现与应用 (56)实验八FIR滤波器的实现与应用 (61)第一章MATLAB基础知识§1-1 MA TLAB软件简介MATLAB,Matrix Laboratory的缩写,是由Mathworks公司开发的一套用于科学工程计算的可视化高性能语言,具有强大的矩阵运算能力。

它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体,构成了一个界面友好的用户环境,在这个环境中,问题与求解都能方便地以数学的语言(主要是矩阵形式)或图形方式表示出来。

与大家常用的Fortran 和C等高级语言相比,MA TLAB的语法规则更简单,更贴近人的思维方式,被称为“草稿纸式的语言”。

§1-2 MA TLAB应用入门1.MATLAB的安装与卸载MATLAB软件在用户接口时具有较强的亲和力,其安装过程比较典型,直接运行光盘中的安装向导支撑程序SETUP.exe,按其提示一步步选择即可。

MATLAB自身带有卸载程序,在其安装目录下有uninstall子目录,运行该目录下uninstall.exe的即可;也可以通过Windows系统的安装卸载程序进行卸载。

2.MATLAB的启动与退出MATLAB安装完成后,会自动在Windows桌面上生成一个MA TLAB图标,它是指向安装目录下\bin\win32\matlab.exe的链接,双击这个图标即可来到MATLAB集成环境的基本窗口;也可以在开始菜单的程序选项中选择MATLAB 快捷方式;还可以在MA TLAB的安装路径的bin子目录中双击可执行文件matlab.exe。

《数字信号处理》实验指导书(完整)

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《数字信号处理》实验指导书通信教研室安阳工学院二零零九年三月第1章 系统响应及系统稳定性1.1 实验目的● 学会运用MATLAB 求解离散时间系统的零状态响应; ● 学会运用MATLAB 求解离散时间系统的单位取样响应; ● 学会运用MATLAB 求解离散时间系统的卷积和。

1.2 实验原理及实例分析1.2.1 离散时间系统的响应离散时间LTI 系统可用线性常系数差分方程来描述,即∑∑==-=-Mj jN i i j n x b i n y a 00)()( (1-1) 其中,i a (0=i ,1,…,N )和j b (0=j ,1,…,M )为实常数。

MATLAB 中函数filter 可对式(13-1)的差分方程在指定时间范围内的输入序列所产生的响应进行求解。

函数filter 的语句格式为y=filter(b,a,x)其中,x 为输入的离散序列;y 为输出的离散序列;y 的长度与x 的长度一样;b 与a 分别为差分方程右端与左端的系数向量。

【实例1-1】 已知某LTI 系统的差分方程为试用MATLAB 命令绘出当激励信号为)()2/1()(n u n x n=时,该系统的零状态响应。

解:MATLAB 源程序为>>a=[3 -4 2];>>b=[1 2];>>n=0:30;>>x=(1/2).^n;>>y=filter(b,a,x);>>stem(n,y,'fill'),grid on>>xlabel('n'),title('系统响应y(n)')程序运行结果如图1-1所示。

1.2.2 离散时间系统的单位取样响应系统的单位取样响应定义为系统在)(n 激励下系统的零状态响应,用)(n h 表示。

MATLAB 求解单位取样响应可利用函数filter ,并将激励设为前面所定义的impDT 函数。

《数字信号处理》实验指导书(正文)

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实验一 离散时间信号分析一、实验目的1.掌握各种常用的序列,理解其数学表达式和波形表示。

2.掌握在计算机中生成及绘制数字信号波形的方法。

3.掌握序列的相加、相乘、移位、反褶等基本运算及计算机实现与作用。

4.掌握线性卷积软件实现的方法。

5.掌握计算机的使用方法和常用系统软件及应用软件的使用。

6.通过编程,上机调试程序,进一步增强使用计算机解决问题的能力。

二、实验原理1.序列的基本概念离散时间信号在数学上可用时间序列来表示,其中代表序列的第n 个数字,n 代表时间的序列,n 的取值范围为∞<<∞-n 的整数,n 取其它值)(n x 没有意义。

离散时间信号可以是由模拟信号通过采样得到,例如对)(t x a 模拟信号进行等间隔采样,采样间隔为T ,得到一个{})(nT x a 有序的数字序列就是离散时间信号,简称序列。

2.常用序列常用序列有:单位脉冲序列(单位采样))(n δ、单位阶跃序列)(n u 、矩形序列)(n R N 、实指数序列、复指数序列、正弦型序列等。

3.序列的基本运算序列的运算包括移位、反褶、和、积、标乘、累加、差分运算等。

4.序列的卷积运算∑∞∞-*=-=)()()()()(n h n x m n h m x n y上式的运算关系称为卷积运算,式中代表两个序列卷积运算。

两个序列的卷积是一个序列与另一个序列反褶后逐次移位乘积之和,故称为离散卷积,也称两序列的线性卷积。

其计算的过程包括以下4个步骤。

(1)反褶:先将)(n x 和)(n h 的变量n 换成m ,变成)(m x 和)(m h ,再将)(m h 以纵轴为对称轴反褶成)(m h -。

(2)移位:将)(m h -移位n ,得)(m n h -。

当n 为正数时,右移n 位;当n 为负数时,左移n 位。

(3)相乘:将)(m n h -和)(m x 的对应点值相乘。

(4)求和:将以上所有对应点的乘积累加起来,即得)(n y 。

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1
R6(n)
0.5
0 0.2
0
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25 n
30
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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Magnitude
0.1
0 4
-3
-2
-1
0 Frequency(rad)
1
2
3
Phase
2 0 -2 -4 -3 -2 -1 0 Frequency(rad) 1 2 3
k=0 时的直流分量及其合成的波形:
0.5
the Kth harmonic
the Kth harmonic
0
the Kth harmonic
0 5 10 15 20 25 n 30 35 40 45 50
0
-0.5
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sum of the first K+1 harmonics
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5
j j
括幅频特性和相频特性)曲线。并将其和第 4 步中得到的结果进行比较。
七. 实验报告内容与要求
1. 简述实验目的、实验原理及实验方法和步骤。 2. 对各实验所得结果进行分析和解释。 3. 打印程序清单和要求的各信号波形。 4. 总结实验中的主要结论。 5. 简要回答思考题。
八. 思考
1. 信号的频域特性即信号的傅立叶变换利用 MATLAB 程序如何实现? 2. 信号的频域特性即频率响应函数 H (e ) 利用 MATLAB 程序如何求取?
4
X (e j ) FT [ x(n)]
n
x ( n) e

j n
(2.1)
序列和信号的傅立叶变换是ω的连续函数, 而计算机只能计算出有限个离散频率点的 函数值。因此在取得频谱函数后,应该在 0~2π之间取许多点,计算这些点的频谱函数 的值,并取它们的包络,该包络才是需要的频率特性。当然,点数取得多一些,该包络才
y(n) 0.05 x(n) 0.05 x(n 1) 0.9 y(n 1) 的响应 y2 (n) ,并绘出 y2 (n) 的时域特性曲
线。
( n) ,并绘出 y1 ( n) 的 5. 利用卷积函数 conv () 求信号 x1 ( n) 通过系统 h1 (n) 的响应 y1
j 能接近真正得频率特性。通常对 X (e ) 在[0,2π]上取模 X (e ) ,绘出幅频特性曲
j
线进行观察分析。系统的频域特性,通常是指求系统频率响应函数 H (e ) ,即系统单位 脉冲响应 h(n)的傅里叶变换。 对于线性时不变时域离散系统,当系统的输入序列为 x(n) ,系统的单位脉冲响应为 为 h(n) ,则线性时不变系统的输出序列为

《数字信号处理实验》指导书

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《数字信号处理实验》实验1 常用信号产生实验目的:学习用MATLAB编程产生各种常见信号。

实验内容:1、矩阵操作:输入矩阵:x=[1 2 3 4;5 4 3 2;3 4 5 6;7 6 5 4]引用 x的第二、三行;引用 x的第三、四列;求矩阵的转置;求矩阵的逆;2、单位脉冲序列:产生δ(n)函数;产生δ(n-3)函数;3、产生阶跃序列:产生U(n)序列;产生U(n-n0)序列;4、产生指数序列:x(n)=0.5n⎪⎭⎫⎝⎛4 35、产生正弦序列:x=2sin(2π*50/12+π/6)6、产生取样函数:7、产生白噪声:产生[0,1]上均匀分布的随机信号:产生均值为0,方差为1的高斯随机信号:8、生成一个幅度按指数衰减的正弦信号:x(t)=Asin(w0t+phi).*exp(-a*t)9、产生三角波:实验要求:打印出程序、图形及运行结果,并分析实验结果。

实验2 利用MATLAB 进行信号分析实验目的:学习用MATLAB 编程进行信号分析实验内容:1数字滤波器的频率响应:数字滤波器的系统函数为:H(z)=21214.013.02.0----++++z z z z , 求其幅频特性和相频特性:2、离散系统零极点图:b =[0.2 0.1 0.3 0.1 0.2];a=[1.0 -1.1 1.5 -0.7 0.3];画出其零极点图3、数字滤波器的冲激响应:b=[0.2 0.1 0.3 0.1 0.2];a=[1.0 -1.1 1.5 -0.7 0.3];求滤波器的冲激响应。

4、 计算离散卷积:x=[1 1 1 1 0 0];y=[2 2 3 4];求x(n)*y(n)。

5、 系统函数转换:(1)将H(z)=)5)(2)(3.0()1)(5.0)(1.0(------z z z z z z 转换为直接型结构。

(2)将H (z )=3213210.31.123.7105.065.06.11-------+--+-zz z z z z 转换为级联型结构。

《数字信号处理》实验指导书-167

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《数字信号处理》实验指导书实验1 数字滤波器的设计实验序号:1 实验名称:数字滤波器的设计 适用专业:通信工程、电子信息工程 学 时 数:4学时一、实验目的1.掌握双线性变换法设计IIR 数字滤波器的具体设计方法及其原理和窗函数设计FIR 滤波器的设计原理与基本方法。

2.观察双线性变换的频域特性。

熟悉Butterworth 滤波器的频率特性。

3.了解各种不同窗函数对滤波器性能的影响。

4.熟悉Matlab 计算机编程。

二、实验原理1.用双线性变换法设计IIR 数字滤波器方法(1)设计思想:将模拟滤波器转换成数字滤波器的实质是,用一种从s 平面到z 平面的映射函数将Ha(s)转换成H(z)。

对这种映射函数的要求是:(1) 因果稳定的模拟滤波器转换成数字滤波器,仍是因果稳定的。

(2)数字滤波器的频率响应模仿模拟滤波器的频响,s 平面的虚轴映射z 平面的单位圆,相应的频率之间成线性关系。

脉冲响应不变法和双线性变换法都满足如上要求。

s 平面与z 平面之间满足以下映射关系:1111--+-=zz ss 平面的虚轴单值地映射于z 平面的单位圆上,s 平面的左半平面完全映射到z 平面的单位圆内。

双线性变换不存在混叠问题。

双线性变换时一种非线性变换)/ω(tg 2=Ω,这种非线性引起的幅频特性畸变可通过预畸而得到校正。

(2)以低通数字滤波器为例,将设计步骤归纳如下:·确定数字滤波器的性能指标:通带临界频率f p 、阻带临界频率f s ;通带内的最大衰减A p ;阻带内的最小衰减A s ;· 确定相应的数字角频率,ωp=2πfp ;ωs=2πfs ;·计算经过预畸的相应模拟低通原型的频率,)2/(ωtg =Ω;·根据Ωp 和Ωs 计算模拟低通原型滤波器的阶数N ,并求得低通原型的传递函数Ha(s); ·用上面的双线性变换公式代入Ha(s),求出所设计的传递函数H(z); ·分析滤波器特性,检查其指标是否满足要求。

《数字信号处理》实验指导书(全)

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数字信号处理实验指导书电子信息工程学院2012年6月目录实验一离散信号产生和基本运算 (3)实验二基于MATLAB的离散系统时域分析 (7)实验三基于ICETEK-F2812-A 教学系统软件的离散系统时域分析 (9)实验四基于MATLAB 的FFT 算法的应用 (16)实验五基于ICETEK-F2812-A 的FFT 算法分析 (18)实验六基于ICETEK-F2812-A 的数字滤波器设计 (20)实验七基于ICETEK-F2812-A的交通灯综合控制 (24)实验八基于BWDSP100的步进电机控制 (26)实验一离散信号产生和基本运算一、实验目的(1)掌握MATLAB最基本的矩阵运算语句。

(2)掌握对常用离散信号的理解与运算实现。

二、实验原理1.向量的生成a.利用冒号“:”运算生成向量,其语句格式有两种:A=m:nB=m:p:n第一种格式用于生成不长为1的均匀等分向量,m和n分别代表向量的起始值和终止值,n>m 。

第二种格式用于生成步长为p的均匀等分的向量。

b.利用函数linspace()生成向量,linspace()的调用格式为:A=linspace(m,n)B=linspace(m,n,s)第一种格式生成从起始值m开始到终止值n之间的线性等分的100元素的行向量。

第二种格式生成从起始值m开始到终止值n之间的s个线性等分点的行向量。

2.矩阵的算术运算a.加法和减法对于同维矩阵指令的A+BA-B对于矩阵和标量(一个数)的加减运算,指令为:A+3A-9b.乘法和除法运算A*B 是数学中的矩阵乘法,遵循矩阵乘法规则A.*B 是同维矩阵对应位置元素做乘法B=inv(A)是求矩阵的逆A/B 是数学中的矩阵除法,遵循矩阵除法规则A./B 是同维矩阵对应位置元素相除另'A表示矩阵的转置运算3.数组函数下面列举一些基本函数,他们的用法和格式都相同。

sin(A),cos(A),exp(A),log(A)(相当于ln)sqrt(A)开平方 abs(A)求模 real(A)求实部 imag(A)求虚部 式中A 可以是标量也可以是矩阵 例: 利用等差向量产生一个正弦值向量 t=0:0.1:10 A=sin(t) plot(A)这时候即可看到一个绘有正弦曲线的窗口弹出 另:每条语句后面加“;”表示不要显示当前语句的执行结果 不加“;”表示要显示当前语句的执行结果。

《数字信号处理》实验指导书

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实验一 采样率对信号频谱的影响一、实验目的1.理解采样定理; 2.掌握采样频率确定方法; 3.理解频谱的概念; 4.理解三种频率之间的关系。

二、实验原理理想采样过程是连续信号x a (t )与冲激函数串M (t )的乘积的过程∑∞-∞=-=k skT t t M )()(δ (1))()()(ˆt M t x t xa a = (2) 式中T s 为采样间隔。

因此,理想采样过程可以看作是脉冲调制过程,调制信号是连续信号x a (t ),载波信号是冲激函数串M (t )。

显然)()()()()(ˆs k s ak s aa kT t kT xkT t t xt x-=-=∑∑∞-∞=∞-∞=δδ (3)所以,)(ˆt xa 实际上是x a (t )在离散时间kT s 上的取值的集合,即)(ˆs a kT x 。

对信号采样我们最关心的问题是,信号经过采样后是否会丢失信息,或者说能否不失真地恢复原来的模拟信号。

下面从频域出发,根据理想采样信号的频谱)(ˆΩj X a和原来模拟信号的频谱)(Ωj X 之间的关系,来讨论采样不失真的条件∑∞-∞=Ω-Ω=Ωk ssakj j X T j X )(1)(ˆ (4)上式表明,一个连续信号经过理想采样后,其频谱将以采样频率Ωs =2π/T s 为间隔周期延拓,其频谱的幅度与原模拟信号频谱的幅度相差一个常数因子1/T s 。

只要各延拓分量与原频谱分量之间不发生频率上的交叠,则可以完全恢复原来的模拟信号。

根据式(4)可知,要保证各延拓分量与原频谱分量之间不发生频率上的交叠,则必须满足Ωs ≥2Ω。

这就是奈奎斯特采样定理:要想连续信号采样后能够不失真地还原原信号,采样频率必须大于或等于被采样信号最高频率的两倍h s Ω≥Ω2,或者h s f f 2≥,或者2hs T T ≤(5) 即对于最高频率的信号一个周期内至少要采样两点,式中Ωh 、f s 、T h 分别为被采样模拟信号的最高角频率、频率和最小周期。

数字信号处理实验指导书

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实验一 信号、系统及系统响应1、实验目的:(1)熟悉连续信号经理想采样前后的频谱变化关系,加深对时域采样定理的理解。

(2)熟悉时域离散系统的时域特性。

(3)利用卷积方法观察分析系统的时域特性。

(4)掌握序列傅里叶变换的计算机实现方法,利用序列的傅里叶变换对连续信号、离散信号及系统响应进行频域分析。

2、实验仪器:PC 机一台 MATLAB 软件 3、实验原理:采样是连续信号数字处理的第一个关键环节。

对一个连续信号)(t x a 进行理想采样的过程可用下式表示。

)()()(ˆt p t x t xa a = 其中)(ˆt xa 为)(t x a 的理想采样,)(t p 为周期冲激脉冲, 即 ∑∞-∞=-=n nT t t p )()(δ;由频域卷积定理,得)]([1)(ˆs a am j X Tj X Ω-Ω=Ω ※ 上式表明,)(ˆΩj X a为)(Ωj X a 的周期延拓,其延拓周期为采样角频率(T s /2π=Ω)。

采样前后的频谱示意图见课本。

只有满足采样定理时,才不会发生频率混叠失真。

在计算机上用高级语言计算)(ˆΩj X a 很不方便,下面给出用序列的傅里叶变换来计算)(ˆΩj X a的方法。

课本中(2.4.7)式∑∞-∞=-=r ajwr TT w j X T e X )]2([1)(π,表示序列的傅里叶变换)(jwe X 和模拟信号)(t x a 的傅里叶变换)(Ωj X a 之间的关系式。

与※式比较,可得T w jw a e X j X Ω==Ω|)()(ˆ,这说明两者之间只在频率度量上差一个常数因子T 。

实验过程中应注意这一差别。

为了在数字计算机上观察分析各种序列的频域特性,通常对)(jwe X 在[]π2,0上进行M 点采样来观察分析。

对长度为N 的有限长序列x(n), 有∑-=-=1)()(N n n jw jw k ke n x eX其中 1,,1,02-==M k k Mw k ,π通常M 应取得大一些,以便观察谱的细节变化。

《数字信号处理》实验指导书-新

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实验一:离散时间序列卷积和MATLAB实现实验学时:2实验类型:验证实验要求:必修(一)实验目的:学会用MATLAB对信号与系统分析的方法,理解离散序列卷积和的计算对进行离散信号与系统分析的重要性。

(二)实验原理:1、离散时间序列f1(k)和f2(k)的卷积和定义:f(k)=f1(k)*f2(k)=∑∞-∞=-∙iikfif)(2)(12、在离散信号与系统分析中有两个与卷积和相关的重要结论:a、f(k)= ∑∞-∞=-∙iikif)()(δ=f(k)* δ(k)即离散序列可分解为一系列幅度由f(k)决定的单位序列δ(k)及其平移序列之积。

b、对线性时不变系统,设其输入序列为f(k),单位响应为h(k),其零状态响应为y(k),则有:y(k)= ∑∞-∞=-∙iikhif)()((三)实验内容:conv.m用来实现两个离散序列的线性卷积。

其调用格式是:y=conv(x,h)若x的长度为N,h的长度为M,则y的长度L=N+M-1。

题一:令x(n)= {}5,4,3,2,1,h(n)={}246326,,,,,,y(n)=x(n)*h(n),求y(n)。

要求用subplot和stem画出x(n),h(n),y(n)与n的离散序列图形。

题二:已知序列f1(k)=⎩⎨⎧≤≤其它0201k f2(k)=⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧===其它332211k k k调用conv()函数求上述两序列的卷积和题三:编写计算两离散序列卷积和f(k)=f1(k)*f2(k)的实用函数dconv().要求该程序在计算出卷积和f(k)的同时,还绘出序列f1(k),f2(k)和f(k)的时域波形图,并返回f(k)的非零样值点的对应向量。

function[f,k]=dconv(f1,f2,k1,k2)%f1(k),f2(k)及f(k)的对应序号向量分别为k1,k2和k 。

题四:试用MATLAB 计算如下所示序列f1(k)与f2(k)的卷积和f(k),绘出它们的时域波形,并说明序列f1(k)与f2(k)的时域宽度与序列f(k)的时域宽度的关系。

数字信号处理实验指导书(带源程序)

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实验一离散时间系统与MA TLAB一. 实验目的1. 进一步加深对离散时间系统的理解。

2. 学习在MATLAB中怎样表示离散时间信号。

3. 熟悉离散时间信号的作图。

二. 实验步骤1. 复习离散时间系统的有关容。

2. 复习MA TLAB的基本语法。

3. 按实验容熟悉stem。

4. 编写程序。

5. 输出结果,总结结论,按要求写出实验报告。

三. 实验容1.掌握stem函数STEM(Y) plots the data sequence Y as stems from the x axis terminated with circles for the data value.STEM(X,Y) plots the data sequence Y at the values specified in X.例:t=[0:0.1:2]; x=cos(pi*t+0.6); stem(t,x);xn=[4,2,2,3,6,7]; stem(xn);思考:STEM(Y)与STEM(X,Y)有什么不同?STEM与PLOT函数有什么不同?2.掌握subplot函数H = SUBPLOT(m,n,p), or SUBPLOT(mnp), breaks the Figure window into an m-by-n matrix of small axes, selects the p-th axes for the current plot, and returns the axis handle. The axes are counted along the top row of the Figure window, then the second row, etc.例:n1=0:3;x1=[1,1,1,1];subplot(221);stem(n1,x1);title('x1序列');n2=0:7;x2=[1,2,3,4,4,3,2,1];subplot(222);stem(n2,x2);title('x2序列');n3=0:7;x3=[4,3,2,1,1,2,3,4];subplot(223);stem(n3,x3);title('x3序列');n4=0:7;x41=cos((pi/4)*n4);subplot(224);stem(n4,x41);title('x4序列');思考:subplot是怎样分配各个作图分区的顺序号的?3.信号的运算]0,1.0,4.0,7.0,1[)(1=n x ,]9.0,7.0,5.0,3.0,1.0[)(2=n x ,请作出)()(21n x n x +,)()(21n x n x 的图形。

《数字信号处理》实验指导书

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的相角, Ai 就是极点 pi 到单位圆上的点 e jω 的矢量长度(距离),而θ i 就是该矢量 的相角,因此有:
M
∏ B e j(ψ1 +ψ 2 +⋅⋅⋅⋅+ψ M ) j
H (e jω ) =
j =1 N
= H (e jω ) e jϕ (ω )
∏ A e j(θ1+θ2 +⋅⋅⋅⋅+θ N ) i
(1) 设有直流信号 g(t)=1,现对它进行均匀取样,形成序列 g(n)=1。试讨 论若对该序列分别作加窗、补零,信号频谱结构有何变化。 四、实验过程及结果(含程序)
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实验三 IIR 数字滤波器的设计
一、实验目的 (1)掌握双线性变换法及脉冲相应不变法设计 IIR 数字滤波器的具体设计 方法及其原理,熟悉用双线性变换法及脉冲响应不变法设计低通、高通和 带通 IIR 数字滤波器的计算机编程。 (2)观察双线性变换及脉冲响应不变法设计的滤波器的频域特性,了解双 线性变换法及脉冲响应不变法的特点。 (3)熟悉 Butterworth 滤波器、Chebyshev 滤波器和椭圆滤波器的频率特 性
《数字信号处理》
实验指导书
班级: 学号: 姓名: 苏州科技学院 电子教研室
实验一 信号、系统及系统响应
一、实验目的
(1) 熟悉 MATLAB 平台的使用,掌握离散信号、离散系统的 MATLAB 实现。 (2)掌握根据系统函数绘制系统零极点分布图的基本原理和方法。 (3)理解离散系统频率特性分析的基本原理,掌握根据系统函数零极点分布来分 析离散系统频率响应的几何矢量法。
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变换类型 低通
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数字信号处理实验指导书(学生版)

数字信号处理实验指导书(学生版)

“数字信号处理”实验指导书(一)一、实验课程编码:105003 二、实验课程名称:数字信号处理三、实验项目名称: 应用MATLAB 分析离散信号频谱 四、实验目的掌握应用MATLAB 分析离散信号频谱的方法,即熟悉应用MATLAB 分析离散信号的函数。

五、主要设备安装有MATLAB 软件的电脑 六、实验内容编写MATLAB 程序,实现下面题目:1. 用快速卷积法计算下面两个序列的线性卷积。

)()4.0(s )(15n R n in n x =,)(9.0)(20n R n h n =2.已知序列[]()cos 0120n n N Nx n π⎧≤≤-⎪=⎨⎪⎩其它(1)计算该序列DTFT 的表达式()j X e ω,并画出N=10时的()j X e ω曲线; (2)编写MATLAB 程序,利用FFT 函数,计算N =10时,序列x [k ]的DTFT 在2m mNπω=的抽样值。

利用hold 函数,将抽样点画在()j X e ω的曲线上。

3.理解高密度频谱和高分辨率频谱的概念。

设)52.0cos()48.0(co )(n n s n x ππ+=(1) 取0≤n ≤9,求)(1k X(2) 将(1)中的)(x n 补零加长到0≤n ≤99,求)(2k X (3) 增加取样值的个数,取0≤n ≤99,求)(3k X4. 用DFT 对连续信号做谱分析。

设)50cos()100sin()200cos()(t t t t x a πππ++=,用DFT 分析)(t x a 的频谱结构,选择不同的截取长度Tp ,观察截断效应,试用加窗的方法减少谱间干扰。

选取的参数:(1) 频率s s f T Hz f /1 ,400==(2) 采样信号序列)()()(n w nT x n x a =,)(n w 是窗函数。

选取两种窗函数:矩形窗函数)()(n R n w N =和Hamming 窗,后者在程序中调用函数Hamming 产生宽度为N 的Hamming 窗函数向量。

数字信号处理实验指导书

数字信号处理实验指导书

1.5
1
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0
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(3)用 impz 函数 a1=[1,0.75,0.125]; b1=[1,-1]; impz(b1,a1,21);
Impulse Response 1.5
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Amplitude
0
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10 12 n (samples)
5
……
程序计算结果: I.
y[n] + 0.75 y[n − 1] + 0.125 y[n − 2] = x[n] − x[n − 1]
a. 单位冲激响应: (1) 用 filter 函数 a1=[1,0.75,0.125]; b1=[1,-1]; n=0:20; x1=[1 zeros(1,20)]; y1filter=filter(b1,a1,x1); stem(n,y1filter); title('y1filter'); xlabel('x'); ylabel('y');
3. 编制程序求解下列两个系统的单位冲激响应和阶跃响应,并绘出其图形。要求分
别用 filter、conv、impz 三种函数完成。
y[n] + 0.75 y[n − 1] + 0.125 y[n − 2] = x[n] − x[n − 1] y[n] = 0.25{x[n − 1] + x[n − 2] + x[n − 3] + x[n − 4]}

数字信号处理实验指导书

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实验一DES 综合外设实验1.1实验目的和要求DES320E 提供了键盘,液晶,数码管,直流电机,步进电机,交通灯等外设。

本实验学习这些外设的控制原理。

本实验为大型综合性实验,要求学生掌握DSP编程的基本方法。

通过实验,学生能编写外设控制程序。

例如,使用交通灯和定时器实现十字路口红绿灯的控制,直流电机的调速控制,使用液晶数码管显示和键盘实现计算器等。

1.2实验原理1) C54XX 的I O 空间读写C54XX 提供64K 字的I O 空间访问能力。

在汇编指令中分别提供了读和写命令:portr和p ortw。

你也可以在C中实现该I O 操作,方法如下:首先定义I O 空间变量,如:ioport unsigned portXXXX;/* 其中,XXXX 代表具体I O 口地址*/然后,就可以象访问普通变量一样访问I O 口。

如portXXXX=0x55;/* 将0x55 写到X XXX 指定的I O 口*/2) 交通灯的控制DES320E 提供了 12 个 LED,其控制地址为 IO 空间的 0x0c000h。

该地址的 D0-11比特位分别对应这12 个L ED。

将1写入可以点亮L ED,0 则关闭。

3) 直流电机控制DES320E 实验系统配有一个小型直流电机,可以 DSP 编程完成直流电机的调速控制。

其控制方法为:当向0x0e000h(…VC5402 的I O 空间)的D0 比特位写入1时,电机正向转动;当写入 0 时,电机反向转动。

用户可以通过 D0 位为 1 或 0 的持续时间(即D0 输出方波的占空比)控制电机的转速。

注意,使用直流电机时,应该先接通电机的电源,方法如下:向I O 空间的0x8000 地址的D0 比特位写入1。

若要关闭电源,请写入0。

当写入1或0时,你可以听到继电器动作的声音。

4) 步进电机的控制DES320E 实验系统还配有一个步进电机。

IO 空间的0x0f000h 的D0,D1,D2,D3 四个比特位分别对应步进电机的四相驱动端。

数字信号处理实验指导书(修订版)

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目录实验一卷积实验 (1)实验二DFT和FFT实验 (5)实验三用双线性变换法设计IIR数字滤波器 (11)实验四用窗函数法设计FIR数字滤波器 (16)实验一卷积实验一.实验目的1.熟悉离散信号和系统的MATLAB 表示和产生方法;2.熟悉线性卷积的MATLAB编程方法;3利用卷积方法观察分析系统的时域特性。

二实验原理(一) 离散时间信号的MATLAB表示序列x(n)={2,6,1,2,0,3,4,5,6},用MATLAB语句表示为:n=[-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4];x=[ 2 6 1 2 0 3 4 5 6];其中:n表示取样时间点,x表示对应时间点的值。

如果不需要采样位置信息或这个信息是多余的时候(例如序列从n=0开始),用户可以只使用x向量来表示序列。

1.单位样值序列产生函数IMPSEQ.Mfunction[x,n]=impseq(n0,n1,n2)%产生x(n)=delta(n-n0);n1<=n<=n2;n=[n1:n2];x=[(n-n0)==0];在命令行窗口里执行:>>x= impseq(20,0,100);>> stem(x)有:2.单位阶跃序列产生函数STEPSEQ.Mfunction[x,n]=stepseq(n0,n1,n2)%产生x(n)=u(n-n0);n1<=n<=n2;n=[n1:n2];x=[(n-n0)>=0]; 在命令行窗口里执行:>>x=stepseq(20,0,100);>> stem(x)有:3正余弦信号的产生:% x(n)=1.5cos(0.02*pi*n) -150<=n<=150 n=-150:150x=1.5*cos(0.02*pi*n);stem(n,x)4.产生均值为0,方差为1的高斯随机噪声序列。

n=-150:150;Noise=randn(1,301);stem(n, Noise)(二) 序列的卷积一个线性系统一般应满足下式:y(n)=T[x(n)]由数字信号处理理论可知,线性系统的脉冲响应即为h(n),上式一般称为线性卷积,一般可以表示为:y(n)=x(n)*h(n)如果任意序列是无限长度的,就不能用MATLAB来直接计算卷积。

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实验一离散信号产生和基本运算一、实验目的(1)掌握MATLAB最基本的矩阵运算语句。

(2)掌握对常用离散信号的理解和运算实现。

二、实验原理1.向量的生成a.利用冒号“:”运算生成向量,其语句格式有两种:A=m:nB=m:p:n第一种格式用于生成不长为1的均匀等分向量,m和n分别代表向量的起始值和终止值,n>m 。

第二种格式用于生成步长为p的均匀等分的向量。

b.利用函数linspace()生成向量,linspace()的调用格式为:A=linspace(m,n)B=linspace(m,n,s)第一种格式生成从起始值m开始到终止值n之间的线性等分的100元素的行向量。

第二种格式生成从起始值m开始到终止值n之间的s个线性等分点的行向量。

2.矩阵的算术运算a.加法和减法对于同维矩阵指令的A+BA-B对于矩阵和标量(一个数)的加减运算,指令为:A+3A-9b.乘法和除法运算A*B 是数学中的矩阵乘法,遵循矩阵乘法规则A.*B 是同维矩阵对应位置元素做乘法B=inv(A)是求矩阵的逆A/B 是数学中的矩阵除法,遵循矩阵除法规则A./B 是同维矩阵对应位置元素相除另'A表示矩阵的转置运算3.数组函数下面列举一些基本函数,他们的用法和格式都相同。

sin(A),cos(A),exp(A),log(A)(相当于ln)sqrt(A)开平方 abs(A)求模 real(A)求实部 imag(A)求虚部 式中A 可以是标量也可以是矩阵 例: 利用等差向量产生一个正弦值向量 t=0:0.1:10 A=sin(t) plot(A)这时候即可看到一个绘有正弦曲线的窗口弹出 另:每条语句后面加“;”表示不要显示当前语句的执行结果 不加“;”表示要显示当前语句的执行结果。

4. 二维曲线的绘制plot()函数plot()函数是将各个数据点通过连折线的方式来绘制二维图形的,其命令格式有以下几种:c . plot(y)当y 为向量时,以y 的序号作为X 轴,按向量y 的值绘制曲线。

d . plot(x,y)x,y 均为向量时,以x 向量作为X 轴,向量y 作为Y 轴绘制曲线。

e . plot(x,y1,’option1’,x,y2,’option2’,……)以公共的x 向量作为X 轴,分别以向量y1,y2……的数据绘制多条曲线,每条曲线的属性由相应的‘option ’来确定。

Option 选项可以是表示曲线颜色的字符、表示线型格式的符号和表示数据点的标记,各个选项有的可以连在一起使用。

f . plot(x1,y1,’option1’,x2,y2,’option2’,……)分别以向量x1,x2,……作为X 轴,以y1,y2,……的数据绘制多条曲线,每条曲线的属性由相应的选项‘option ’来确定。

表1plot 函数中option 选项的取值和含义符号 颜色 符号 线型 符号 标记 符号 标记 ‘b ’ 蓝色 ‘-’ 实线 ‘.’ 点 ‘d ’ ◇ ‘g ’ 绿色 ‘:’ 虚线 ‘o ’ 圆圈 ‘ˇ’ ▽ ‘m ’ 品红 -. 点画线 ‘x ’ 叉号 ‘^’ △ ‘c ’ 青色 ‘--’ 双画线 ‘+’ 加号 ‘<’ 左三角 ‘k ’ 黑色 ‘none ’ 无线 ‘*’ 星号 ‘>’ 右三角 ‘r ’ 红色 ‘s ’ □ ‘p ’ 五角星 ‘y ’黄色‘h ’六角星5.常用离散信号的MATLAB 实现函数 1).单位抽样序列⎩⎨⎧=01)(n δ≠=n n 在MATLAB 中利用zeros()函数实现;1)1();,1(==x N zeros x如果)(n δ在时间轴上延迟了k 个单位,得到)(k n -δ即:⎩⎨⎧=-01)(k n δ≠=n kn 2).单位阶跃序列⎩⎨⎧01)(n u<≥n n 在MA TLAB 中可以利用ones()函数实现。

);,1(N ones x =3).正弦序列)/2sin()(ϕπ+=Fs fn A n x ,在MATLAB)/***2sin(*1:0fai Fs n f pi A x N n +=-=4).复指数序列nj er n x ϖ⋅=)(,在MA TLAB 中,)**ex p(1:0n w j r x N n ⋅=-=5).指数序列na n x =)(,在MATLAB 中,na x N n .^1:0=-=三、实验内容(1)熟悉MA TLAB 的使用环境和方法;(2)练习使用基本的向量生成、矩阵运算、绘图等语句;A ) 利用冒号(:)生成向量 X1=[1 2 3 4 5]X2=[1.000 1.500 2.000 2.500] X3=[5 4 3 2 1] B ) 分别生成3*3,3*4的全0矩阵,全1矩阵和随机矩阵 C )分别输入矩阵123456789A = 1.0 1.1 1.22.02.1 2.23.03.13.2B = D ) 分别计算A+B ,A-B ,A+3,A-4,A*B ,A.*B ,C=inv (A ),A/B,A./B E )分别计算sin(x1),cos(x1),exp(x1),log(x2),sqrt(x2)(3)生成以上五种基本离散信号函数; (4)绘出信号znen x =)(,当6)12/1(πjz +-=、6)12/1(πjz +=时、121=z 、62πjz +=、6πjz =时的信号实部和虚部图;(5)绘出信号)1.0*2sin(5.1)(n n x π=的频率是多少?周期是多少?产生一个数字频率为0.9的正弦序列,并显示该信号,说明其周期?四、实验预习要求(1)预习实验原理。

(2)熟悉实验程序。

(3)思考课程设计实验部分程序的编写。

五、实验报告要求(1)简述实验目的和步骤(2)写出各步输入语句和输出结果六、思考题(1)矩阵的乘法和除法有几种,它们有什么区别? (2)离散正弦序列的性质。

实验二 基于MATLAB 的离散系统时域分析一、实验目的(1)学习MA TLAB 语言的编程和调试技巧; (2)掌握离散卷积方法和MA TLAB 语言实现。

二、实验原理时域中,离散时间系统对输入信号或延迟信号进行运算处理,生成具有所需特性的输出信号。

本实验通过MA TLAB 仿真一些简单的离散时间信号和系统,并研究其时域特性。

涉及到离散时间信号、离散时间系统、系统性质及线性卷积等知识点。

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,则输入和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:()()()()()m y n x n h n x m h n m ∞=-∞=*=-∑式中*表示卷积运算。

(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:0(n)=h :,0<n ;∞<∑∞∞→-(n)n h 。

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。

三、实验内容(1)编制程序求解下列两个系统的单位冲激响应和阶跃响应,并绘出其图形。

要求分别用filter 、conv 、impz 三种函数完成。

]1[][]2[125.0]1[75.0][--=-+-+n x n x n y n y n y ]}4[]3[]2[]1[{25.0][-+-+-+-=n x n x n x n x n y给出理论计算结果和程序计算结果并讨论。

四、实验预习要求(1)预习实验原理。

(2)熟悉实验程序。

(3)思考程序设计实验部分程序的编写。

五、实验报告要求(1)报告中要给出实验的MA TLAB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。

六、思考题如何用matlab实现卷积函数?实验三基于ICETEK-F2812-A 教学系统软件的离散系统时域分析一.实验目的1.熟悉ICETEK-F2812-A 教学系统软件的使用方法。

2. 熟悉CCS使用软件二.实验设备PC 兼容机一台,操作系统为Windows2000(或Windows98,WindowsXP,以下默认为Windows2000),安装Code Composer Studio 3.1 软件。

三.实验原理(一). ICETEK-F2812-A教学系统软件实验设备的安装和设置A.开发环境开发TMS320C55xx 使用系统一般需要以下设备和软件调试工具:1.通用PC一台,安装Windows2000 或WindowsXP 操作系统及常用软件(如:WinRAR 等)。

2.TMS320C28xx 评估板及相关电源。

如:ICETEK–F2812-A 评估板。

3.通用DSP 仿真器一台及相关连线。

如:ICETEK-5100USB 仿真器。

4.控制对象(选用)。

如:ICETEK-CTR 控制板(在2812 实验箱中已包含)。

5.TI 的DSP 开发集成环境Code Composer Studio。

如:CCS3. 3。

6.仿真器驱动程序。

7.实验程序及文档。

B. ICETEK-DSP 教学实验箱的硬件连接1.连接电源:打开实验箱,取出三相电源连接线,将电源线的一端插入实验箱外部左侧箱壁上的电源插孔中。

确认实验箱面板上电源总开关(位于实验箱底板左上角)处于“关”的位置,连接电源线的另一端至220V 交流供电插座上,保证稳固连接。

2.使用电源连接线(插头是带孔的)连接各模块电源:确认实验箱总电源断开。

连ICETEK-CTR 板上边插座到实验箱底板上+12V 电源插座;ICETEK-CTR 板下边插座到实验箱底板上+5V 电源插座;如使用PP(并口)型仿真器,则连接仿真器上插座到实验箱底板上+5V 电源插座;连接DSP 评估板模块电源插座到实验箱底板上+5V 电源插座。

注意各插头要插到底,防止虚接或接触不良。

3.连接DSP 评估板信号线:当需要连接信号源输出到A/D 输入插座时,使用信号连接线分别连接相应插座。

4.接通电源:检查实验箱上220V 电源插座(箱体左侧)中保险管是否完好,在连接电源线以后,检查各模块供电连线是否正确连接,打开实验箱上的电源总开关(位于实验箱底板左上角),使开关位于“开”的位置,电源开关右侧的指示灯亮。

C.构造DSP 开发软件环境1.安装CCS 软件(此文档假定用户将CCS 安装在默认目录C:\CCStudio_v3.3 中,同时也建议用户按照默认安装目录安装):2.安装DSP通用仿真器驱动D. 设置CCS 工作在软件仿真环境E. 启动CCS1.启动Simulator 方式:双击桌面上图标:2.启动Emulator 方式:(1) 首先将实验箱电源关闭。

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