数字信号处理实验教案剖析
数字信号处理实验报告
实验一 信号、系统及系统响应一、实验目的1、熟悉理想采样的性质，了解信号采样前后的频谱变化，加深对时域采样定理的理解。
2、熟悉离散信号和系统的时域特性。
3、熟悉线性卷积的计算编程方法：利用卷积的方法，观察、分析系统响应的时域特性。
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离散信号、系统及其系统响应进行频域分析。
二、 实验原理1.理想采样序列：对信号x a (t)=A e −αt sin(Ω0t )u(t)进行理想采样，可以得到一个理想的采样信号序列x a (t)=A e −αt sin(Ω0nT ),0≤n ≤50，其中A 为幅度因子，α是衰减因子，Ω0是频率，T 是采样周期。
2.对一个连续时间信号x a (t)进行理想采样可以表示为该信号与一个周期冲激脉冲的乘积，即x ̂a (t)= x a (t)M(t),其中x ̂a (t)是连续信号x a (t)的理想采样；M(t)是周期冲激M(t)=∑δ+∞−∞(t-nT)=1T ∑e jm Ωs t +∞−∞,其中T 为采样周期，Ωs =2π/T 是采样角频率。
信号理想采样的傅里叶变换为X ̂a (j Ω)=1T ∑X a +∞−∞[j(Ω−k Ωs )],由此式可知：信号理想采样后的频谱是原信号频谱的周期延拓，其延拓周期为Ωs =2π/T 。
根据时域采样定理，如果原信号是带限信号，且采样频率高于原信号最高频率分量的2倍，则采样以后不会发生频率混叠现象。
三、简明步骤产生理想采样信号序列x a (n),使A=444.128，α=50√2π，Ω0=50√2π。
（1） 首先选用采样频率为1000HZ ，T=1/1000，观察所得理想采样信号的幅频特性，在折叠频率以内和给定的理想幅频特性无明显差异，并做记录；（2） 改变采样频率为300HZ ，T=1/300，观察所得到的频谱特性曲线的变化，并做记录；（3） 进一步减小采样频率为200HZ ，T=1/200，观察频谱混淆现象是否明显存在，说明原因，并记录这时候的幅频特性曲线。
数字信号处理实验教案课案
数字信号处理实验教案（1112341用）王新民湖北工程学院物理与电子信息工程学院目录数字信号处理实验要求 (1)预备实验用于信号处理的MATLAB基本操作 (2)实验一系统响应及系统稳定性 (4)实验二时域采样与频域采样...................... 错误！未定义书签。
实验三用FFT对信号作频谱分析.................. 错误！未定义书签。
实验四 IIR数字滤波器设计及软件实现............. 错误！未定义书签。
实验五 FIR数字滤波器设计与软件实现............. 错误！未定义书签。
附录........................................... 错误！未定义书签。
附录1：MATLAB编程及绘图方法 (8)附录2：MATLAB矩阵及矩阵的运算 (15)信号处理实验要求一、实验课程任务与要求1.实验目的信号处理实验教学是为了将学生的计算机操作能力、分析能力、软件设计能力与应用实践结合起来，引导学生由浅入深地掌握信号处理理论与开发工具，具备实际应用的信号处理软件开发与制作基础。
2. 实验基本要求（以软件设计为主要表现形式）（1）上机前应准备好实验的程序设计算法描述与关键分析内容；（2）准备好程序测试数据和设备操作步骤，上机调试、运行；（3）完成每个实验后进行数据与程序对比分析；（4）递交实验结果的可执行程序、源程序并演示实验结果；（5）写出实验报告。
二、实验学时安排预备实验用于信号处理的MATLAB基本操作（3学时）实验一系统响应及系统稳定性（3学时）实验二时域采样与频域采样（3学时）实验三用FFT对信号作频谱分析（3学时）实验四 IIR数字滤波器设计及软件实现（3学时）实验五 FIR数字滤波器设计与软件实现（3学时）三、实验报告格式姓名：________________学号：_______________实验日期：_______________实验题目：实验目的：实验内容：实验地点：实验结果：（包括列出实验编写的所有文件及各项实验结果的曲线，并加注必要的说明）结果分析：（包括回答实验指导书中提出的问题）总结：四、实验考核（1）实验预习报告；（2）实验签到；（3）上机实际操作；（4）实验设计报告；五、教材及参考书1．教材：[1]高西全，丁玉美.数字信号处理（第三版）西电出版社，2008.32. 参考书：[1]张志勇等. MATLAB教程R2010a. 北京航空航天大学出版社. 2010.8[2]陈怀琛等. MATLAB及在电子信息课程中的应用.电子工业出版社. 2002[3]程佩清.数字信号处理教程 [M].清华大学出版社.2003预备实验用于信号处理的MATLAB基本操作1．实验目的：①学习和掌握MATLAB最基本的矩阵运算与绘图工具。
数字信号处理实验报告
数字信号处理实验报告⼀、课程设计(综合实验)的⽬的与要求⽬的与要求：1．掌握《数字信号处理基础》课程的基本理论； 2．掌握应⽤MATLAB 进⾏数字信号处理的程序设计；实验内容：已知低通数字滤波器的性能指标如下：0.26p ωπ=，0.75dB p R =，0.41s ωπ=，50dB s A =要求：1. 选择合适的窗函数，设计满⾜上述指标的数字线性相位FIR 低通滤波器。
⽤⼀个图形窗⼝，包括四个⼦图，分析显⽰滤波器的单位冲激响应、相频响应、幅频响应和以dB 为纵坐标的幅频响应曲线。
2. ⽤双线性变换法，设计满⾜上述指标的数字Chebyshev I 型低通滤波器。
⽤⼀个图形窗⼝，包括三个⼦图，分析显⽰滤波器的幅频响应、以dB 为纵坐标的幅频响应和相频响应。
3. 已知模拟信号1234()2sin(2)5sin(2)8cos(2)7.5cos(2)x t f t f t f t f t ππππ=+++其中10.12f kHz =，2 4.98f kHz =，3 3.25f kHz =，4 1.15f kHz =，取采样频率10s f kHz =。
要求：(1) 以10s f kHz =对()x t 进⾏取样，得到()x n 。
⽤⼀个图形窗⼝，包括两个⼦图，分别显⽰()x t 以及()x n (0511n ≤≤)的波形；(2) ⽤FFT 对()x n 进⾏谱分析，要求频率分辨率不超过5Hz 。
求出⼀个记录长度中的最少点数x N ，并⽤⼀个图形窗⼝，包括两个⼦图，分别显⽰()x n 以及()X k 的幅值； (3) ⽤要求1中设计的线性相位低通数字滤波器对()x n 进⾏滤波，求出滤波器的输出1()y n ，并⽤FFT 对1()y n 进⾏谱分析，要求频率分辨率不超过5Hz 。
求出⼀个记录长度中的最少点数1y N ，并⽤⼀个图形窗⼝，包括四个⼦图，分别显⽰()x n （01x n N ≤≤-）、()X k 、1()y n （101y n N ≤≤-）和1()Y k 的幅值；(4) ⽤要求2中设计的Chebyshev 低通数字滤波器对()x n 进⾏滤波，求出滤波器的输出2()y n ，并⽤FFT 对2()y n 进⾏谱分析，要求频率分辨率不超过5Hz 。
数字信号处理实验报告
《数字信号处理》实验报告课程名称：《数字信号处理》学院：信息科学与工程学院专业班级：通信1502班学生姓名：侯子强学号：02指导教师：李宏2017年5月28日实验一离散时间信号和系统响应一. 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. 掌握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离散信号及系统响应进行频域分析二、实验原理1. 采样是连续信号数字化处理的第一个关键环节。
对采样过程的研究不仅可以了解采样前后信号时域和频域特性的变化以及信号信息不丢失的条件，而且可以加深对离散傅里叶变换、Z 变换和序列傅里叶变换之间关系式的理解。
对连续信号()a x t 以T 为采样间隔进行时域等间隔理想采样，形成采样信号：ˆ()()()a a xt x t p t = 式中()p t 为周期冲激脉冲，$()a x t 为()a x t 的理想采样。
()a x t 的傅里叶变换为µ()a X j Ω： 上式表明将连续信号()a x t 采样后其频谱将变为周期的，周期为Ωs=2π/T。
也即采样信号的频谱µ()a X j Ω是原连续信号xa(t)的频谱Xa(jΩ)在频率轴上以Ωs 为周期，周期延拓而成的。
因此，若对连续信号()a x t 进行采样，要保证采样频率fs ≥2fm ，fm 为信号的最高频率，才可能由采样信号无失真地恢复出原模拟信号计算机实现时，利用计算机计算上式并不方便，因此我们利用采样序列的傅里叶变换来实现，即而()()j j n n X e x n e ωω∞-=-∞=∑为采样序列的傅里叶变换()()n P t t nT δ∞=-∞=-∑µ1()()*()21()n a a a s X j X j P j X j jn T π∞=-∞Ω=ΩΩ=Ω-Ω∑µ()()|j a TX j X e ωω=ΩΩ=2. 时域中，描述系统特性的方法是差分方程和单位脉冲响应，频域中可用系统函数描述系统特性。
数字信号处理实验报告
数字信号处理实验报告引言数字信号处理（Digital Signal Processing，DSP）是一门研究数字信号的获取、分析、处理和控制的学科。
在现代科技发展中，数字信号处理在通信、图像处理、音频处理等领域起着重要的作用。
本次实验旨在通过实际操作，深入了解数字信号处理的基本原理和实践技巧。
实验一：离散时间信号的生成与显示在实验开始之前，我们首先需要了解信号的生成与显示方法。
通过数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）可以轻松生成和显示各种类型的离散时间信号。
实验设置如下：1. 设置采样频率为8kHz。
2. 生成一个正弦信号：频率为1kHz，振幅为1。
3. 生成一个方波信号：频率为1kHz，振幅为1。
4. 将生成的信号通过DAC（Digital-to-Analog Converter）输出到示波器上进行显示。
实验结果如下图所示：（插入示波器显示的正弦信号和方波信号的图片）实验分析：通过示波器的显示结果可以看出，正弦信号在时域上呈现周期性的波形，而方波信号则具有稳定的上下跳变。
这体现了正弦信号和方波信号在时域上的不同特征。
实验二：信号的采样和重构在数字信号处理中，信号的采样是将连续时间信号转化为离散时间信号的过程，信号的重构则是将离散时间信号还原为连续时间信号的过程。
在实际应用中，信号的采样和重构对信号处理的准确性至关重要。
实验设置如下：1. 生成一个正弦信号：频率为1kHz，振幅为1。
2. 设置采样频率为8kHz。
3. 对正弦信号进行采样，得到离散时间信号。
4. 对离散时间信号进行重构，得到连续时间信号。
5. 将重构的信号通过DAC输出到示波器上进行显示。
实验结果如下图所示：（插入示波器显示的连续时间信号和重构信号的图片）实验分析：通过示波器的显示结果可以看出，重构的信号与原信号非常接近，并且能够还原出原信号的形状和特征。
这说明信号的采样和重构方法对于信号处理的准确性有着重要影响。
数字信号处理课程的实验教学设计
在 “ 时域 中的离散 时间信号与 系统 ”的实验 教学中 ，教 学 目的着重 的放在 ：序 列的产生 ，运 算与显示 。在 理论课教 学 的 时 候 ，我 们 会 强 调 “ 统 与 信 号 一 样 都 可 以用 序 列 来 表 系 示” 。在 实验 课上我们会重复这 点内容 ，目的是把学生的思维 展 开，不要局限于他所面对 的仅 是 “ 离散的信号 ” 。
本课程理论教学部分 设置了 ４ ８个学 时，实验教学部 分设 置 了 １ 学时。１ ８个 ８个学时 的实验教 学时间不多 ， 我们鼓励 学 生 自己课外 多练习 。对 于在教学课 时 内的实验 内容 ，我们精 心设计 ，使得有 限的 时间内教学效果 达到最大 ，帮助学生最 大可能 的理解 理论教学 内容和提高动 手能力 ，思考 和解决 问 题的能力 。根据 理论教学 内容的难重 点，实验教 学 内容及 时 问 安排 设 计 如 下 ： 时域中的离散时问信号与系统 （ ２学 时 ）
讲解离散 时间傅立叶变换与离散傅立 叶变 换， 变 换之 间的关 ｚ 系 ，并建立如何从 零极 点图去判断系统稳 定性的概念 。在 实 验教 学中我们 也将 主要 强调 这几种变换 的物理意义 ，而不会 过 多关注其各种运 算性质 。这样可 以更 好的帮助学 生通 过实 验得到直观感 受，加强对理论教学 内容 的理解 。 对于 所有 的实验 教学 内容 ，我们都会 强调对实验 结果的 “ 理意义 ”的理 解 。再例 如第 ５部分实验教 学 内容 “ Ｉ 物 ＦＲ
书。
¨
进行各类 Ｆ Ｒ滤波器 的设计 ，会更着重强调对设计 出来 Ｆ Ｒ Ｉ Ｉ 滤波器 的频率特性 的理解 。对于 四类线性相位 Ｆ Ｒ滤波器 ， Ｉ 强调结合观察零极 点图 ，尤其是特殊零 点 （ ＝ ｚ Ｏ或者 ｚ １ ， ＝）
数字信号处理实验报告
一、实验目的1. 理解数字信号处理的基本概念和原理。
2. 掌握离散时间信号的基本运算和变换方法。
3. 熟悉数字滤波器的设计和实现。
4. 培养实验操作能力和数据分析能力。
二、实验原理数字信号处理（Digital Signal Processing，DSP）是利用计算机对信号进行采样、量化、处理和分析的一种技术。
本实验主要涉及以下内容：1. 离散时间信号：离散时间信号是指时间上离散的信号，通常用序列表示。
2. 离散时间系统的时域分析：分析离散时间系统的时域特性，如稳定性、因果性、线性等。
3. 离散时间信号的变换：包括离散时间傅里叶变换（DTFT）、离散傅里叶变换（DFT）和快速傅里叶变换（FFT）等。
4. 数字滤波器：设计、实现和分析数字滤波器，如低通、高通、带通、带阻滤波器等。
三、实验内容1. 离散时间信号的时域运算（1）实验目的：掌握离散时间信号的时域运算方法。
（2）实验步骤：a. 使用MATLAB生成两个离散时间信号；b. 进行时域运算，如加、减、乘、除等；c. 绘制运算结果的时域波形图。
2. 离散时间信号的变换（1）实验目的：掌握离散时间信号的变换方法。
（2）实验步骤：a. 使用MATLAB生成一个离散时间信号；b. 进行DTFT、DFT和FFT变换；c. 绘制变换结果的频域波形图。
3. 数字滤波器的设计和实现（1）实验目的：掌握数字滤波器的设计和实现方法。
（2）实验步骤：a. 设计一个低通滤波器，如巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器等；b. 使用MATLAB实现滤波器；c. 使用MATLAB对滤波器进行时域和频域分析。
4. 数字滤波器的应用（1）实验目的：掌握数字滤波器的应用。
（2）实验步骤：a. 采集一段语音信号；b. 使用数字滤波器对语音信号进行降噪处理；c. 比较降噪前后的语音信号，分析滤波器的效果。
四、实验结果与分析1. 离散时间信号的时域运算实验结果显示，通过MATLAB可以方便地进行离散时间信号的时域运算，并绘制出运算结果的时域波形图。
数字信号处理实验教案设计
数字信号处理实验教案信息工程学院-通信工程教研室数字信号处理是一门理论和实际密切结合的课程，为深入掌握课程内容，最好在学习理论的同时，做习题和上机实验。
上机实验不仅可以帮助读者深入的理解和消化基本理论，而且能锻炼同学们的独立解决问题的能力。
本讲义在第三版的基础上编写了五个实验，前2个实验属基础性的验证性实验，第3、4、5个实验属基本应用综合性实验。
实验一离散时间信号的MATLAB实现实验二线性卷积与循环卷积的原理及应用实验三频率采样定理实验四离散系统的因果性和稳定性及频率响应特性实验五基于MATLAB的快速傅里叶变换根据教学进度，理论课结束后进行相关实验。
实验一时域离散信号的产生一实验目的(1)了解常用的时域离散信号及其特点。
(2)掌握MATLAB产生常用时域离散信号的方法。
二实验内容(1) 编写程序，产生下列离散序列：A.f(n)=δ(n) (-3<n<4)B．f(n)=e(0.1+j1.6π)n (0<n<16)（2）一个连续的周期性三角波信号频率为50Hz,信号幅度在0~+2V之间，在窗口上显示2个周期信号波形，对信号的一个周期进行16点采样来获取离散信号。
试显示原连续信号和采样获得的离散信号波形。
(3)一个连续的周期性方波信号频率为200Hz,信号幅度在-1~+1V之间，在窗口上显示2个周期信号波形，用Fs=4kHz的频率对连续信号进行采样，试显示原连续信号和采样获得的离散信号波形。
三实验步骤(1) 在matlab命令窗口中逐行输入下列语句>> n1=-3;n2=4;n0=0; %在起点n1、终点n2的范围内，于n0处产生冲激>> n=n1:n2; %生成离散信号的时间序列>> x=[n==n0]; %生成离散信号x(n)>> stem(n,x,'filled'); %绘制杆状图，且圆心处用实心圆表示>> title('单位脉冲序列');>> xlabel('时间（n）');ylabel('幅度x（n）');在上述语句输入完成之后，敲击回车键，弹出图形窗口，显示出如下图形，即已经满足题干所述条件，产生了 f(n)=δ(n)，(-3<n<4) 的离散序列(2) 在matlab命令窗口中逐行输入下列语句>> n1=16;a=0.1;w=1.6*pi;>> n=0:n1;>> x=exp((a+j*w)*n);>>subplot(2,1,1),stem(n,real(x)); %在指定位置描绘图像>> title('复指数序列的实部');>> subplot(2,1,2),stem(n,imag(x));>> title('复指数序列的虚部');在上述语句输入完成之后，敲击回车键，弹出图形窗口，显示出如下图形，即已经满足题干所述条件，产生了f(n)=e(0.1+j1.6π)n，(0<n<16)的离散序列(3) 在matlab命令窗口中逐行输入下列语句>> f=50;Um=1;nt=2; %输入信号频率、振幅、显示周期>> N=16;T=1/f; %N为信号一个采样周期的采样点数，T为信号周期>> dt=T/N; %采样时间间隔>> n=0:nt*N-1; %建立离散时间的时间序列>> tn=n*dt; %确定时间序列样点在时间轴上的位置>> f=Um*sawtooth(2*f*pi*tn)+1;>> subplot(2,1,1),stem(tn,f); %显示经采样的信号>> title('离散信号');>> subplot(2,1,2),plot(tn,f); %显示原连续信号>> title('连续信号');在上述语句输入完成之后，敲击回车键，弹出图形窗口，显示出如下图形，即已经满足题干所述条件，显示了原连续信号和采样获得的离散信号波形(4) 在matlab命令窗口中逐行输入下列语句>> f=200;Um=1;nt=2; %输入信号频率、振幅、显示周期>> Fs=4000;N=Fs/f;T=1/f; %输入采样频率、求采样点数N、T为信号周期>> dt=T/N; %采样时间间隔>> n=0:nt*N-1; %建立离散时间的时间序列>> tn=n*dt; %确定时间序列样点在时间轴上的位置>> f=Um*sin(2*f*pi*tn);>> subplot(2,1,2),plot(tn,f); %显示原连续信号>> title('连续信号');>> subplot(2,1,1),stem(tn,f); %显示经采样的信号>> title('离散信号');在上述语句输入完成之后，敲击回车键，弹出图形窗口，显示出如下图形，即已经满足题干所述条件，显示了原连续信号和采样获得的离散信号波形四思考题(1) 如何在matlab下生产f(n)=3sin(nπ/4)(0<n<20)信号？（2）改变实验步骤中最后两个实验的频率参数，分别重新生成相关的信号？实验二 线性卷积与循环卷积的原理及应用一 、实验目的（1）掌握两种卷积的原理和两者的异同。
数字信号处理教案
数字信号处理教案教案标题：数字信号处理教案教案概述：本教案旨在帮助学生理解和应用数字信号处理的基本概念和技术。
通过本教案的学习，学生将能够理解数字信号处理的原理、方法和应用，并能够运用所学知识解决实际问题。
教学目标：1. 理解数字信号处理的基本概念和原理。
2. 掌握数字信号处理的常用方法和技术。
3. 能够应用数字信号处理技术解决实际问题。
4. 培养学生的创新思维和实践能力。
教学重点：1. 数字信号处理的基本概念和原理。
2. 常用的数字信号处理方法和技术。
3. 数字信号处理在实际问题中的应用。
教学难点：1. 数字信号处理的数学基础和算法实现。
2. 如何将数字信号处理应用于实际问题的解决。
教学准备：1. 教师准备：a. 确定教学目标和教学重点。
b. 准备相关教学资源和教具。
c. 熟悉数字信号处理的基本概念和原理。
d. 准备案例和实例以供学生练习和实践。
2. 学生准备：a. 预习相关的数字信号处理知识。
b. 准备学习笔记和问题。
教学过程：引入：1. 引发学生对数字信号处理的兴趣，例如介绍数字音频处理、图像处理等实际应用。
2. 提出问题，引导学生思考如何处理数字信号。
知识讲解与讨论：1. 讲解数字信号处理的基本概念和原理，包括采样、量化、离散化等。
2. 讲解数字信号处理的常用方法和技术，如滤波、频谱分析、时频分析等。
3. 通过案例和实例，引导学生理解和应用所学知识。
实践操作：1. 给学生分发实验材料和软件工具，让学生进行数字信号处理的实践操作。
2. 引导学生分析和解决实际问题，如音频降噪、图像增强等。
总结与评价：1. 总结本节课的重点内容和学习收获。
2. 鼓励学生提出问题和反馈意见，以便教师及时调整教学策略。
拓展延伸：1. 鼓励学生进一步学习和探索数字信号处理的相关领域，如语音处理、视频处理等。
2. 提供相关的学习资源和参考书目，供学生深入学习。
教学反思：1. 教师对本节课的教学效果进行评估和反思。
2. 教师根据学生的表现和反馈，调整教学策略和教学方法。
数字信号处理实验报告完整版[5篇模版]
![数字信号处理实验报告完整版[5篇模版]](https://img.taocdn.com/s3/m/7b21a71bb5daa58da0116c175f0e7cd184251866.png)
数字信号处理实验报告完整版[5篇模版]第一篇：数字信号处理实验报告完整版实验 1利用 T DFT 分析信号频谱一、实验目的1.加深对 DFT 原理的理解。
2.应用 DFT 分析信号的频谱。
3.深刻理解利用DFT 分析信号频谱的原理，分析实现过程中出现的现象及解决方法。
二、实验设备与环境计算机、MATLAB 软件环境三、实验基础理论T 1.DFT 与与 T DTFT 的关系有限长序列的离散时间傅里叶变换在频率区间的N 个等间隔分布的点上的 N 个取样值可以由下式表示：212 /0()|()()0 1Nj knjNk NkX e x n e X k k Nπωωπ--====≤≤-∑由上式可知，序列的 N 点 DFT ,实际上就是序列的 DTFT 在 N 个等间隔频率点上样本。
2.利用 T DFT 求求 DTFT方法 1 1：由恢复出的方法如下：由图 2.1 所示流程可知：101()()()Nj j n kn j nNn n kX e x n e X k W eNωωω∞∞----=-∞=-∞=⎡⎤==⎢⎥⎣⎦∑∑∑由上式可以得到：IDFT DTFT第二篇：数字信号处理实验报告JIANGSUUNIVERSITY OF TECHNOLOGY数字信号处理实验报告学院名称：电气信息工程学院专业：班级：姓名：学号：指导老师：张维玺（教授）2013年12月20日实验一离散时间信号的产生一、实验目的数字信号处理系统中的信号都是以离散时间形态存在的，所以对离散时间信号的研究是数字信号的基本所在。
而要研究离散时间信号，首先需要产生出各种离散时间信号。
使用MATLAB软件可以很方便地产生各种常见的离散时间信号，而且它还具有强大绘图功能，便于用户直观地处理输出结果。
通过本实验，学生将学习如何用MATLAB产生一些常见的离散时间信号，实现信号的卷积运算，并通过MATLAB中的绘图工具对产生的信号进行观察，加深对常用离散信号和信号卷积和运算的理解。
数字信号处理实验教案五篇范文
数字信号处理实验教案五篇范文第一篇：数字信号处理实验教案数字信号处理实验教案信息工程学院-通信工程教研室数字信号处理是一门理论和实际密切结合的课程，为深入掌握课程内容，最好在学习理论的同时，做习题和上机实验。
上机实验不仅可以帮助读者深入的理解和消化基本理论，而且能锻炼同学们的独立解决问题的能力。
本讲义在第三版的基础上编写了五个实验，前2个实验属基础性的验证性实验，第3、4、5个实验属基本应用综合性实验。
实验一离散时间信号的MATLAB实现实验二线性卷积与循环卷积的原理及应用实验三频率采样定理实验四离散系统的因果性和稳定性及频率响应特性实验五基于MATLAB的快速傅里叶变换根据教学进度，理论课结束后进行相关实验。
实验一时域离散信号的产生一实验目的(1)了解常用的时域离散信号及其特点。
(2)掌握MATLAB产生常用时域离散信号的方法。
二实验内容(1)编写程序，产生下列离散序列：A.f(n)=δ(n)(-3B．f(n)=e(0.1+j1.6π)n(0（2）一个连续的周期性三角波信号频率为50Hz,信号幅度在0~+2V之间，在窗口上显示2个周期信号波形，对信号的一个周期进行16点采样来获取离散信号。
试显示原连续信号和采样获得的离散信号波形。
(3)一个连续的周期性方波信号频率为200Hz,信号幅度在-1~+1V 之间，在窗口上显示2个周期信号波形，用Fs=4kHz的频率对连续信号进行采样，试显示原连续信号和采样获得的离散信号波形。
三实验步骤(1)在matlab命令窗口中逐行输入下列语句>> n1=-3;n2=4;n0=0;%在起点n1、终点n2的范围内，于n0处产生冲激 >> n=n1:n2;%生成离散信号的时间序列 >> x=[n==n0];%生成离散信号x(n)>> stem(n,x,'filled');%绘制杆状图，且圆心处用实心圆表示>> title('单位脉冲序列');>> xlabel('时间（n）');ylabel('幅度x（n）');在上述语句输入完成之后，敲击回车键，弹出图形窗口，显示出如下图形，即已经满足题干所述条件，产生了f(n)=δ(n)，(-3 >> n1=16;a=0.1;w=1.6*pi;>> n=0:n1;>> x=exp((a+j*w)*n);>>subplot(2,1,1),stem(n,real(x));%在指定位置描绘图像>> title('复指数序列的实部');>> subplot(2,1,2),stem(n,imag(x));>> title('复指数序列的虚部');在上述语句输入完成之后，敲击回车键，弹出图形窗口，显示出如下图形，即已经满足题干所述条件，产生了f(n)=e(0.1+j1.6π)n，(0>> f=50;Um=1;nt=2;%输入信号频率、振幅、显示周期 >> N=16;T=1/f;%N为信号一个采样周期的采样点数，T为信号周期 >> dt=T/N;%采样时间间隔 >> n=0:nt*N-1;%建立离散时间的时间序列 >> tn=n*dt;%确定时间序列样点在时间轴上的位置>> f=Um*sawtooth(2*f*pi*tn)+1;>> subplot(2,1,1),stem(tn,f);%显示经采样的信号>> title('离散信号');>> subplot(2,1,2),plot(tn,f);%显示原连续信号 >> title('连续信号');在上述语句输入完成之后，敲击回车键，弹出图形窗口，显示出如下图形，即已经满足题干所述条件，显示了原连续信号和采样获得的离散信号波形(4)在matlab命令窗口中逐行输入下列语句>> f=200;Um=1;nt=2;%输入信号频率、振幅、显示周期 >> Fs=4000;N=Fs/f;T=1/f;%输入采样频率、求采样点数N、T为信号周期 >> dt=T/N;%采样时间间隔 >> n=0:nt*N-1;%建立离散时间的时间序列 >> tn=n*dt;%确定时间序列样点在时间轴上的位置>> f=Um*sin(2*f*pi*tn);>> subplot(2,1,2),plot(tn,f);%显示原连续信号 >> title('连续信号');>> subplot(2,1,1),stem(tn,f);%显示经采样的信号 >> title('离散信号');在上述语句输入完成之后，敲击回车键，弹出图形窗口，显示出如下图形，即已经满足题干所述条件，显示了原连续信号和采样获得的离散信号波形四思考题(1)如何在matlab下生产f(n)=3sin(nπ/4)(0（2）改变实验步骤中最后两个实验的频率参数，分别重新生成相关的信号？实验二线性卷积与循环卷积的原理及应用一、实验目的（1）掌握两种卷积的原理和两者的异同。
数字信号处理课程教案
数字信号处理课程教案一、课程名称数字信号处理二、授课对象[具体专业和年级]三、教学目标1. 让学生理解数字信号处理的基本概念、原理和方法。
2. 使学生掌握数字信号处理的基本技能，能够进行数字信号的分析和处理。
3. 培养学生的实践能力和创新精神，提高学生解决实际问题的能力。
四、教学重难点1. 教学重点- 数字信号处理的基本概念和原理。
- 离散时间信号和系统的时域分析和频域分析方法。
- 数字滤波器的设计和实现方法。
- 离散傅里叶变换（DFT）及其快速算法（FFT）。
2. 教学难点- 离散时间信号和系统的频域分析方法。
- 数字滤波器的设计和实现方法。
- 离散傅里叶变换（DFT）及其快速算法（FFT）的理解和应用。
五、教学方法1. 讲授法：讲解数字信号处理的基本概念、原理和方法。
2. 演示法：通过实例演示数字信号处理的过程和结果。
3. 实验法：让学生通过实验来加深对数字信号处理的理解和掌握。
4. 讨论法：组织学生进行讨论，激发学生的思维和创新能力。
六、教学过程1. 导入（5 分钟）- 介绍数字信号处理的应用领域和重要性。
- 引导学生思考数字信号处理在日常生活中的应用。
2. 新课教学（70 分钟）- 讲解数字信号处理的基本概念和原理。
- 介绍离散时间信号和系统的时域分析和频域分析方法。
- 讲解数字滤波器的设计和实现方法。
- 介绍离散傅里叶变换（DFT）及其快速算法（FFT）。
3. 课堂总结（10 分钟）- 回顾本节课的重点内容。
- 解答学生的疑问。
4. 布置作业（5 分钟）- 布置课后作业，让学生通过作业来巩固所学知识。
七、教学反思通过本节课的教学，学生应该能够理解数字信号处理的基本概念和原理，掌握离散时间信号和系统的时域分析和频域分析方法，了解数字滤波器的设计和实现方法，以及掌握离散傅里叶变换（DFT）及其快速算法（FFT）。
在教学过程中，应该注重理论联系实际，通过实例演示和实验来加深学生的理解和掌握。
数字信号处理课程设计实验报告
数字信号处理课程设计实验报告（基础实验篇）实验一离散时间系统及离散卷积一、实验目的和要求实验目的：(1)熟悉MATLAB软件的使用方法。
(2)熟悉系统函数的零极点分布、单位脉冲响应和系统频率响应等概念。
(3)利用MATLAB绘制系统函数的零极点分布图、系统频率响应和单位脉冲响应。
(4)熟悉离散卷积的概念，并利用MATLAB计算离散卷积。
实验要求：(1)编制实验程序，并给编制程序加注释；(2)按照实验内容项要求完成笔算结果；(3)验证编制程序的正确性，记录实验结果。
(4)至少要求一个除参考实例以外的实例，在实验报告中，要描述清楚实例中的系统，并对实验结果进行解释说明。
二、实验原理δ的响应输出称为系统1.设系统的初始状态为零，系统对输入为单位脉冲序列()n的单位脉冲响应()h n。
对于离散系统可以利用差分方程，单位脉冲响应，以及系统函数对系统进行描述。
单位脉冲响应是系统的一种描述方法，若已知了系统的系统函数，可以利用系统得出系统的单位脉冲响应。
在MATLAB中利用impz 由函数函数求出单位脉冲响应()h n2.幅频特性，它指的是当ω从0到∞变化时，|()|Aω，H jω的变化特性，记为()相频特性，指的是当ω从0到∞变化时，|()|∠的变化特性称为相频特性，H jωϕω。
离散系统的幅频特性曲线和相频特性曲线直观的反应了系统对不同记为()频率的输入序列的处理情况。
三、实验方法与内容（需求分析、算法设计思路、流程图等）四、实验原始纪录（源程序等）1.离散时间系统的单位脉冲响应clcclear alla=[1,-0.3];b=[1,-1.6,0.9425];impz(a,b,30);%离散时间系统的冲激响应(30个样值点)title('系统单位脉冲响应')axis([-3,30,-2,2]);2.(1)离散系统的幅频、相频的分析方法21-0.3()1 1.60.9425j j j e H z e e ωωω---=-+clcclear alla=[1,-0.3];b=[1,-1.6,0.9425];%a 分子系数，b 分母系数 [H,w]=freqz(a,b,'whole'); subplot(2,1,1);plot(w/pi,abs(H));%幅度 title('幅度谱');xlabel('\omega^pi');ylabel('|H(e^j^\omega)'); grid on;subplot(2,1,2);plot(w/pi,angle(H));%相位 title('相位谱');xlabel('\omega^pi'); ylabel('phi(\omega)'); grid on;(2)零极点分布图clc; clear all a=[1,-0.3];b=[1,-1.6,0.9425]; zplane(a,b);%零极图 title('零极点分布图')3.离散卷积的计算111()()*()y n x n h n =clcclear all% x=[1,4,3,5,3,6,5] , -4<=n<=2 % h=[3,2,4,1,5,3], -2<=n<=3 % 求两序列的卷积 clear all;x=[1,4,3,5,3,6,5]; nx=-4:2; h=[3,2,4,1,5,3];nh=-2:3;ny=(nx(1)+nh(1)):(nx(length(x))+nh(length(h))); y=conv(x,h);n=length(ny);subplot(3,1,1);stem(nx,x);xlabel('nx');ylabel('x'); subplot(3,1,2);stem(nh,h);xlabel('nh');ylabel('h');subplot(3,1,3);stem(ny,y);xlabel('n');ylabel('x 和h 的卷积')五、实验结果及分析（计算过程与结果、数据曲线、图表等）1.离散时间系统的单位脉冲响应051015202530-2-1.5-1-0.500.511.52n (samples)A m p l i t u d e系统单位脉冲响应2.离散系统的幅频、相频的分析方法00.20.40.60.81 1.2 1.4 1.6 1.82102030幅度谱ωp i|H (e j ω)0.20.40.60.811.21.41.61.82-2-1012相位谱ωp ip h i (ω)-1-0.500.51-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81Real PartI m a g i n a r y P a r t零极点分布图3.离散卷积的计算-4-3-2-1012nxx-2-1.5-1-0.500.51 1.522.53nhh -6-4-20246nx 和h 的卷积六、实验总结与思考实验二 离散傅立叶变换与快速傅立叶变换一、实验目的和要求实验目的：(1)加深理解离散傅里叶变换及快速傅里叶变换概念； (2)学会应用FFT 对典型信号进行频谱分析的方法； (3)研究如何利用FFT 程序分析确定性时间连续信号； (4)熟悉应用FFT 实现两个序列的线性卷积的方法； 实验要求：(1)编制DFT 程序及FFT 程序，并比较DFT 程序与FFT 程序的运行时间。
《数字信号处理》课程教案
《数字信号处理》课程教案数字信号处理课程教案第一部分：课程概述数字信号处理是现代通信和信号处理领域中的重要学科，本课程旨在介绍数字信号处理的基本概念和理论，并探讨其在实际应用中的应用和技术。
第二部分：教学目标1. 理解数字信号处理的基本原理和基础知识；2. 掌握数字信号的采样、量化和编码技术；3. 了解常见的数字滤波器设计方法；4. 学习数字信号处理中的快速傅里叶变换（FFT）算法；5. 探讨数字信号处理在音频、图像和视频信号处理中的应用。
第三部分：教学内容1. 数字信号处理基础知识1.1 数字信号与模拟信号的比较1.2 采样和量化1.3 数字信号编码1.4 常见信号的时域和频域表示2. 离散时间信号和系统2.1 离散时间信号的表示和性质2.2 线性时不变系统2.3 离散时间系统的性质和分类3. 离散时间系统的频域分析3.1 离散时间信号的傅里叶变换3.2 离散频域系统的频率响应3.3 滤波器的设计和实现4. 数字滤波器设计4.1 IIR滤波器的设计方法4.2 FIR滤波器的设计方法4.3 改进的滤波器设计方法5. 快速傅里叶变换（FFT）算法5.1 傅里叶变换的基本概念及性质5.2 离散傅里叶变换（DFT）及其性质5.3 快速傅里叶变换算法及其应用6. 数字信号处理在多媒体中的应用6.1 音频信号处理技术6.2 图像信号处理技术6.3 视频信号处理技术第四部分：教学方法1. 理论讲授与案例分析相结合，通过实际应用案例来深化理解；2. 课堂互动，鼓励学生提问和参与讨论；3. 实验操作，通过实际操作提升学生的实践能力；4. 小组合作，鼓励学生进行小组项目研究和报告。
第五部分：教学评估1. 平时表现：出勤、课堂参与和作业完成情况；2. 期中考试：对课程前半部分内容的回顾和检验；3. 实验报告：根据实验内容，撰写实验报告并提交；4. 期末考试：综合检验对整个课程的掌握情况。
第六部分：教材与参考书目主教材：《数字信号处理导论》（第四版），作者：约翰·G·普罗阿基斯；参考书目：1. 《数字信号处理》（第四版），作者：阿兰·V·奥泽；2. 《数字信号处理：实用方法与应用》（第三版），作者：埃密里奥·马其尔夏兰德。
数字信号处理实验报告_完整版
实验1 利用DFT 分析信号频谱一、实验目的1.加深对DFT 原理的理解。
2.应用DFT 分析信号的频谱。
3.深刻理解利用DFT 分析信号频谱的原理，分析实现过程中出现的现象及解决方法。
二、实验设备与环境 计算机、MATLAB 软件环境 三、实验基础理论1.DFT 与DTFT 的关系有限长序列x (n )(0≤n ≤N −1)的离散时间傅里叶变换X (e jω)在频率区间(0≤ω≤2π)的N 个等间隔分布的点kω=2πk /N (0≤k ≤N −1)上的N 个取样值可以由下式表示：212/0()|()()01N jkn j Nk N k X e x n eX k k N πωωπ--====≤≤-∑由上式可知，序列x (n )的N 点DFT X k ,实际上就是x (n )序列的DTFT 在N 个等间隔频率点kω=2πk /N (0≤k ≤N −1)上样本X k 。
2.利用DFT 求DTFT方法1：由恢复出的方法如下：由图2.1所示流程可知：101()()()N j j nkn j nN n n k X e x n eX k W e N ωωω∞∞----=-∞=-∞=⎡⎤==⎢⎥⎣⎦∑∑∑ 由上式可以得到：IDFTDTFTX (ejω)12()()()Nj k kX e X k Nωπφω==-∑ 其中为内插函数12sin(/2)()sin(/2)N j N x eN ωωφω--= 方法2：实际在MATLAB 计算中，上述插值运算不见得是最好的办法。
由于DFT 是DTFT 的取样值，其相邻两个频率样本点的间距为2π/N ，所以如果我们增加数据的长度N ，使得到的DFT 谱线就更加精细，其包络就越接近DTFT 的结果，这样就可以利用DFT 计算DTFT 。
如果没有更多的数据，可以通过补零来增加数据长度。
3.利用DFT 分析连续信号的频谱采用计算机分析连续时间信号的频谱，第一步就是把连续信号离散化，这里需要进行两个操作：一是采样，二是截断。
数字信号处理实验报告
数字信号处理实验报告数字信号处理实验报告一、实验目的本实验旨在通过数字信号处理的方法，对给定的信号进行滤波、频域分析和采样率转换等操作，深入理解数字信号处理的基本原理和技术。
二、实验原理数字信号处理（DSP）是一种利用计算机、数字电路或其他数字设备对信号进行各种处理的技术。
其主要内容包括采样、量化、滤波、变换分析、重建等。
其中，滤波器是数字信号处理中最重要的元件之一，它可以用来提取信号的特征，抑制噪声，增强信号的清晰度。
频域分析是指将时域信号转化为频域信号，从而更好地理解信号的频率特性。
采样率转换则是在不同采样率之间对信号进行转换，以满足不同应用的需求。
三、实验步骤1.信号采集：首先，我们使用实验室的信号采集设备对给定的信号进行采集。
采集的信号包括噪声信号、含有正弦波和方波的混合信号等。
2.数据量化：采集到的信号需要进行量化处理，即将连续的模拟信号转化为离散的数字信号。
这一步通常通过ADC（模数转换器）实现。
3.滤波处理：将量化后的数字信号输入到数字滤波器中。
我们使用不同的滤波器，如低通、高通、带通等，对信号进行滤波处理，以观察不同滤波器对信号的影响。
4.频域分析：将经过滤波处理的信号进行FFT（快速傅里叶变换）处理，将时域信号转化为频域信号，从而可以对其频率特性进行分析。
5.采样率转换：在进行上述处理后，我们还需要对信号进行采样率转换。
我们使用了不同的采样率对信号进行转换，并观察采样率对信号处理结果的影响。
四、实验结果及分析1.滤波处理：经过不同类型滤波器处理后，我们发现低通滤波器可以有效抑制噪声，高通滤波器可以突出高频信号的特征，带通滤波器则可以提取特定频率范围的信号。
这表明不同类型的滤波器在处理不同类型的信号时具有不同的效果。
2.频域分析：通过FFT处理，我们将时域信号转化为频域信号。
在频域分析中，我们可以更清楚地看到信号的频率特性。
例如，对于噪声信号，我们可以看到其频率分布较为均匀；对于含有正弦波和方波的混合信号，我们可以看到其包含了不同频率的分量。
数字信号处理课程实验报告
数字信号处理课程实验报告课题名称：IIR滤波器相位校正实验一、实验内容与分析1、实验目的和内容1）利用MATLAB设计一个IIR滤波器；2）结合课本关于全通滤波器特性知识（课本p128），在IIR滤波器后级联一个全通相位滤波器进行相位校正，使此滤波器最终实现线性相位特性；3）分别使用相位校正前后两滤波器实现对某一信号的处理；4）画出IIR滤波器、全通滤波器、相位校正后滤波器的幅度频率特性曲线、相位频率特性曲线，信号时域波形、信号的幅度频率特性曲线、相位频率特性曲线；5）详述实验设计原理，分析相位校正前后两类滤波器对信号处理后的区别。
2、实验的分析1）、IIR滤波器的设计通过对实验内容的理解，我们首先需要设计一个IIR滤波器，对课本第六章的学习我们知道IIR数字滤波器有两种设计方法：间接设计法和直接设计法。
间接设计法中有巴特沃斯滤波器，切比雪夫I型、II型滤波器，椭圆滤波器和贝塞尔滤波器五种。
我们选择设计切比雪夫II型低通滤波器，其中的技术指标为：通带边界频率fp=1000Hz，阻带边界频率fs=2000 Hz，阻带最小衰减As=40 dB，通带最大衰减Ap=1 dB。
2）全通滤波器的设计全通滤波器的幅度特性是在整个频带上均等于常数，或者等于1.信号通过全通滤波器后，其输出的幅度特性保持不变，仅相位发生变化。
由于IIR滤波器后需要级联一个全通相位滤波器，使整个系统实现线性相位特性，为了求解全通滤波器的参数，我们先假设整个系统具有线性相位特性，再根据已经设计好了的切比雪夫II 型滤波器的系统参数，求解全通滤波器的参数。
二、实验的过程1、切比雪夫II型滤波器的设计过程在确定了滤波器的参数之后，我们运用cheb2ord函数计算模拟低通滤波器的最小阶数；然后用cheby2计算滤波器传输函数的系数。
然后运用脉冲响应不变法将模拟低通滤波器转换成数字滤波器。
这样我们就设计出了满足给定参数的切比雪夫II型滤波器。
数字信号处理教案
数字信号处理教案一、教学内容概述数字信号处理是一门研究信号的获取、变换和分析的学科，它涉及到对数字信号进行处理、传输、存储等方面的技术。
本教学内容主要介绍数字信号处理的基本概念、原理和常用算法，帮助学生全面理解和掌握数字信号处理的相关知识。
二、教学目标1. 理解数字信号处理的基本概念和原理；2. 掌握数字信号的采样和量化技术；3. 熟悉离散时间信号和系统的特性和性质；4. 能够设计和实现基本的数字滤波器；5. 掌握常用的信号处理算法和方法；6. 能够应用数字信号处理技术解决实际问题。
三、教学内容详述1. 数字信号处理基础知识1.1 数字信号与模拟信号的区别1.2 采样定理和采样频率选择1.3 数字信号的量化和编码1.4 数字信号处理系统的基本框架2. 离散时间信号与系统2.1 离散时间信号的定义和表示2.2 离散时间系统的响应和性质2.3 离散时间卷积和相关运算2.4 离散时间系统的稳定性与因果性3. 数字滤波器设计3.1 FIR滤波器的设计原理和方法3.2 IIR滤波器的设计原理和方法3.3 巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器的设计3.4 最小均方误差设计和自适应滤波器4. 常用信号处理算法与方法4.1 快速傅里叶变换及其应用4.2 离散余弦变换及其应用4.3 数字滤波器的设计和实现4.4 谱估计和频谱分析方法5. 数字信号处理应用实例5.1 语音信号处理与识别5.2 视频信号处理与压缩5.3 生物医学信号处理5.4 通信信号处理和调制技术四、教学方法1. 前导知识激发：通过提问、引发思考等方式调动学生的学习兴趣，激发他们的前导知识。
2. 理论授课与案例分析：讲解数字信号处理的基本概念、原理和常用算法，并通过一些实际案例进行解析和分析。
3. 实验与实践操作：安排一定数量的小组实验和实践操作，让学生亲自动手实践和体验数字信号处理的过程和效果。
4. 讨论与交流：安排学生进行小组讨论和交流，共同解决一些数字信号处理的问题和难题。
数字信号处理综合实验课案
数字信号处理综合实验一、实验目的1．掌握MATLAB的程序设计方法；2．掌握数字信号处理的基本理论和基本方法；3．掌握语音信号的采集与处理方法；4．掌握用MA TLAB设计FIR和IIR数字滤波器的方法；5．掌握用MA TLAB对信号进行分析和处理的方法．二、实验原理1.采样定理：在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的2倍时，即：fs.max>=2fmax,则采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的5～10倍；采样定理又称奈奎斯特定理。
2.数字滤波器设计的基本原理：数字滤波器是由常数乘法器、加法器和延迟单元组成的一种算法或装置，是应用最广泛的线性时不变系统。
它对输入序列进行处理，去除其频谱中不需要的成分，保留有效成分。
（1）对于IIR滤波器，其逼近问题就是寻找滤波器的各项系数，使其系统函数逼近一个所要求的特性。
先设计一个合适的模拟滤波器，然后变换成满足约定指标的数字滤波器。
用双线形变换法设计IIR数字滤波器的过程：a.将设计性能指标中的关键频率点进行“预畸”b.利用“预畸”得到的频率点设计一个模拟滤波器。
c.双线形变换，确定系统函数（2）FIR滤波器的优点是有N个零点和N个极点，但其全部极点都在z平面的原点，FIR系统总是稳定的；在满足一定的对称条件下，可以实现严格的线性相位。
缺点是由于没有非零极点，要获得较好的过渡带特性，必须以较高的滤波器阶数作为代价。
（3）IIR滤波器设计可以通过模拟滤波器设计和各种变换法实现，而FIR滤波器不能z 的多项式，并非有理分式，利用模拟滤波器的设计理论，因为FIR滤波器的系统函数是1无法找到与其对应的原型模拟滤波器。
3.频谱现象分析：（1）混叠：采样序列的频谱是被采样信号频谱的周期延拓，当采样频率不满足奈奎斯特采样定理的时候，就会发生混叠，使得刺痒后的序列信号的频谱不能真实的反映原采样信号的频谱。
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数字信号处理实验教案信息工程学院-通信工程教研室数字信号处理是一门理论和实际密切结合的课程，为深入掌握课程内容，最好在学习理论的同时，做习题和上机实验。
上机实验不仅可以帮助读者深入的理解和消化基本理论，而且能锻炼同学们的独立解决问题的能力。
本讲义在第三版的基础上编写了五个实验，前2个实验属基础性的验证性实验，第3、4、5个实验属基本应用综合性实验。
实验一离散时间信号的MA TLAB实现实验二线性卷积与循环卷积的原理及应用实验三频率采样定理实验四离散系统的因果性和稳定性及频率响应特性实验五基于MATLAB的快速傅里叶变换根据教学进度，理论课结束后进行相关实验。
实验一时域离散信号的产生一实验目的(1)了解常用的时域离散信号及其特点。
(2)掌握MATLAB产生常用时域离散信号的方法。
二实验内容(1) 编写程序，产生下列离散序列：A.f(n)=δ(n) (-3<n<4)B．f(n)=e(0.1+j1.6π)n (0<n<16)（2）一个连续的周期性三角波信号频率为50Hz,信号幅度在0~+2V之间，在窗口上显示2个周期信号波形，对信号的一个周期进行16点采样来获取离散信号。
试显示原连续信号和采样获得的离散信号波形。
(3)一个连续的周期性方波信号频率为200Hz,信号幅度在-1~+1V之间，在窗口上显示2个周期信号波形，用Fs=4kHz的频率对连续信号进行采样，试显示原连续信号和采样获得的离散信号波形。
三实验步骤(1) 在matlab命令窗口中逐行输入下列语句>> n1=-3;n2=4;n0=0; %在起点n1、终点n2的范围内，于n0处产生冲激>> n=n1:n2; %生成离散信号的时间序列>> x=[n==n0]; %生成离散信号x(n)>> stem(n,x,'filled'); %绘制杆状图，且圆心处用实心圆表示>> title('单位脉冲序列');>> xlabel('时间（n）');ylabel('幅度x（n）');在上述语句输入完成之后，敲击回车键，弹出图形窗口，显示出如下图形，即已经满足题干所述条件，产生了f(n)=δ(n)，(-3<n<4) 的离散序列(2) 在matlab命令窗口中逐行输入下列语句>> n1=16;a=0.1;w=1.6*pi;>> n=0:n1;>> x=exp((a+j*w)*n);>>subplot(2,1,1),stem(n,real(x)); %在指定位置描绘图像>> title('复指数序列的实部');>> subplot(2,1,2),stem(n,imag(x));>> title('复指数序列的虚部');在上述语句输入完成之后，敲击回车键，弹出图形窗口，显示出如下图形，即已经满足题干所述条件，产生了f(n)=e(0.1+j1.6π)n，(0<n<16)的离散序列(3) 在matlab命令窗口中逐行输入下列语句>> f=50;Um=1;nt=2; %输入信号频率、振幅、显示周期>> N=16;T=1/f; %N为信号一个采样周期的采样点数，T为信号周期>> dt=T/N; %采样时间间隔>> n=0:nt*N-1; %建立离散时间的时间序列>> tn=n*dt; %确定时间序列样点在时间轴上的位置>> f=Um*sawtooth(2*f*pi*tn)+1;>> subplot(2,1,1),stem(tn,f); %显示经采样的信号>> title('离散信号');>> subplot(2,1,2),plot(tn,f); %显示原连续信号>> title('连续信号');在上述语句输入完成之后，敲击回车键，弹出图形窗口，显示出如下图形，即已经满足题干所述条件，显示了原连续信号和采样获得的离散信号波形(4) 在matlab命令窗口中逐行输入下列语句>> f=200;Um=1;nt=2; %输入信号频率、振幅、显示周期>> Fs=4000;N=Fs/f;T=1/f; %输入采样频率、求采样点数N、T为信号周期>> dt=T/N; %采样时间间隔>> n=0:nt*N-1; %建立离散时间的时间序列>> tn=n*dt; %确定时间序列样点在时间轴上的位置>> f=Um*sin(2*f*pi*tn);>> subplot(2,1,2),plot(tn,f); %显示原连续信号>> title('连续信号');>> subplot(2,1,1),stem(tn,f); %显示经采样的信号>> title('离散信号');在上述语句输入完成之后，敲击回车键，弹出图形窗口，显示出如下图形，即已经满足题干所述条件，显示了原连续信号和采样获得的离散信号波形四思考题(1) 如何在matlab下生产f(n)=3sin(nπ/4)(0<n<20)信号？（2）改变实验步骤中最后两个实验的频率参数，分别重新生成相关的信号？实验二 线性卷积与循环卷积的原理及应用一 、实验目的（1）掌握两种卷积的原理和两者的异同。
（2）掌握MA TLAB 实现两种卷积的计算和比较。
二、实验内容（1）用MATLAB 设计线性卷积； （2）调试写出线性卷积和源代码； （3）用MATLAB 设计循环卷积； 三 实验步骤 1 线性卷积定理1）线性卷积的引入在实际应用中，为了分析时域离散线性非移变系统或者对序列进行滤波处理等，需要计算两个序列的线性卷积。
线性卷积既可以在时域中直接计算，也可以通过变换在频域中计算得到。
2）线性卷积的时域计算方法计算卷积的基本运算是翻转、移位、相乘和相加，这类卷积称为序列的线性卷积。
如果两个序列的长度为N 和M ，那么卷积结果的长度为N+M-1。
线性卷积有四步运算：①卷积运算时，y(n)要先反折得到y(-n);②m>0表示y(-n)序列右移，m<0表示左移，不同的m 表示不同的值。
假设()h n 和()x n 都是有限长序列，长度分别为N 和M ，它们的线性卷积可以表示如下：1()()()()N lm h n x n h m x n m y-==*=-∑MATLAB 信号处理工具箱提供了conv 函数，该函数用于计算两个有限序列的卷积。
2 循环卷积定理1）循环卷积的引入为了提高线性卷积的速度，希望用DFT(FFT)计算线性卷积。
从而引入循环卷积来运用DFT 快速计算线性卷积。
循环卷积运用到离散傅立叶变换的循环移位性质，即时域循环移位定理。
2）循环卷积的时域计算方法假设()h n 和()x n 都是有限长序列，长度分别为N 和M ，它们的L 点循环卷积可以表示如下：1()()()()(())L LcLm h n x n n y h m x n m R-==*=-∑ max[,]L N M ≥L 称为循环卷积区间长度。
n 和m 的变化区间均是[0,L-1]，直接计算该式比较麻烦。
计算机中采用矩阵相乘或快速傅里叶变换（FFT ）的方法计算循环卷积。
用矩阵相乘的方法计算两个序列的循环卷积，这里关键是先形成循环卷积矩阵。
如果h(n)的长度N<L,则需要在h(n)末尾补L-N 个零。
3）线性卷积与循环卷积的关系()()()Lclq n n qL n yy R∞=-∞=+∑上式说明，()cn y 等于()ln y 以L 为周期的周期延拓序列的主值序列。
()ln y 的长度为1N M +-，因此只有当循环卷积长度L ≥1N M +-时，()ln y 以L 为周期进行周期延拓才无混叠现象。
因此取其主值序列就满足()cn y =()ln y 。
即满足条件L ≥1N M +-。
四 思考题(1)比较线性卷积和循环卷积在序列长度不同时两者的联系？ (2)试着写出循环卷积的源代码？实验三 时域采样理论与频域采样定理验证一、实验目的1时域采样理论与频域采样理论是数字信号处理中的重要理论。
要求掌握模拟信号采样前后频谱的变化，以及如何选择采样频率才能使采样后的信号不丢失信息；要求掌握频率域采样会引起时域周期化的概念，以及频率域采样定理及其对频域采样点数选择的指导作用。
二、实验原理及方法 时域采样定理的要点是： (a)对模拟信号)(t x a 以间隔T 进行时域等间隔理想采样，形成的采样信号的频谱)(ˆΩj X 是原模拟信号频谱()a X j Ω以采样角频率s Ω（Ts/2π=Ω）为周期进行周期延拓。
公式为：)](ˆ[)(ˆt x FT j X a a =Ω )(1∑∞-∞=Ω-Ω=n s a jn j X T（b ）采样频率sΩ必须大于等于模拟信号最高频率的两倍以上，才能使采样信号的频谱不产生频谱混叠。
利用计算机计算上式并不方便，下面我们导出另外一个公式，以便用计算机上进行实验。
理想采样信号)(ˆt xa 和模拟信号)(t x a 之间的关系为：∑∞-∞=-=n a a nT t t x t x)()()(ˆδ对上式进行傅立叶变换，得到：dt e nT t t x j X t j n a a Ω-∞∞-∞-∞=⎰∑-=Ω])()([)(ˆδdte nT t t x t j n a Ω-∞-∞=∞∞-∑⎰-)()( δ＝在上式的积分号内只有当nT t =时，才有非零值，因此：∑∞-∞=Ω-=Ωn nTj aae nT xj X )()(ˆ上式中，在数值上)(nT x a ＝)(n x ，再将T Ω=ω代入，得到：∑∞-∞=-=Ωn nj aen x j X ω)()(ˆ上式的右边就是序列的傅立叶变换)(ωj e X ，即Tj a e X j X Ω==Ωωω)()(ˆ上式说明理想采样信号的傅立叶变换可用相应的采样序列的傅立叶变换得到，只要将自变量ω用T Ω代替即可。
频域采样定理的要点是：a) 对信号x(n)的频谱函数X(ejω)在[0，2π]上等间隔采样N 点，得到2()(), 0,1,2,,1j N k NX k X e k N ωπω===-则N 点IDFT[()N X k ]得到的序列就是原序列x(n)以N 为周期进行周期延拓后的主值区序列，公式为：()IDFT[()][()]()N N N N i x n X k x n iN R n ∞=-∞==+∑(b)由上式可知，频域采样点数N 必须大于等于时域离散信号的长度M(即N≥M)，才能使时域不产生混叠，则N 点IDFT[()N X k ]得到的序列()N x n 就是原序列x(n),即()N x n =x(n)。