《数字信号处理》上机实验指导书
《数字信号处理》实验指导书(2015版)
数字信号处理实验指导书电子信息工程学院2015年4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 (14)实验五基于ICETEK-F2812-A 的FFT 算法分析 .................................. 错误!未定义书签。
实验六基于ICETEK-F2812-A 的数字滤波器设计 ................................. 错误!未定义书签。
实验七基于ICETEK-F2812-A的交通灯综合控制................................... 错误!未定义书签。
实验八基于BWDSP100的步进电机控制................................................. 错误!未定义书签。
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（1）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。
（2）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（1）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-9（2）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。
《数字信号处理》上机实验指导——修正版本1
《数字信号处理》上机实验指导书万国龙周秀芝编写北京航空航天大学电子工程系目录1.前言 (1)2.实验一：连续信号的采样 (3)3.实验二：IIR滤波器的设计 (5)4.实验三：FIR滤波器的设计 (7)5.实验四：用FFT对连续时间信号进行频谱分析 (9)6.实验五：卷积和滤波 (11)7.实验六：电话号码分析 (13)8.附录A：MA TLAB系统与语言简介 (14)9.附录B：信号处理工具箱函数 (21)10.参考书目 (22)前言自60年代以来，随着计算机和信息学科的飞速发展，数字信号处理（Digital Signal Processing，DSP）技术应用而生并迅速发展，现已形成一门独立的学科体系。
当前，我们正在全面地进入数字时代，随着微电子技术的迅速发展，通用的DSP芯片的性能不断提高，而价格持续地下降。
以DSP芯片及外围开发设备为主，正在形成一个具有较大潜力的产业与市场。
众所周知，几乎所有的工程技术领域都要涉及到信号问题。
这些信号包括电的、磁的、机械的、热的、声的、光的及生物体的等等各个方面。
如何在较强的背景噪声下提取出真正的信号或信号的特征并将其应用于工程实际是信号处理技术要完成的任务。
因此可以说，信号处理几乎涉及到所有的工程技术领域。
数字信号处理是一门以算法为核心的理论性很强的学科。
它是利用数字计算机或专用处理设备，以数值计算的方法对信号进行采集、变换、综合、估值与识别等加工处理，借以达到提取信息和便于应用的目的。
数字信号处理技术及设备具有灵活、精确、抗干扰强、设备尺寸小、造价低、速度快等突出优点，这些都是模拟信号处理技术与设备所无法比拟的。
近30来年，数字信号处理是紧紧围绕着理论、实现及应用三个方面迅速发展起来的，它以众多的学科为理论基础，其成果又渗透到众多的学科，成为理论与实践并重、在高新技术领域中占有重要地位的新兴学科。
数字信号处理的实现，大体上有如下几种方法：（1）在通用的微计算机上用软件来实现。
数字信号处理实验指导书
三. 实验主要仪器设备和材料 计算机，MATLAB6.5 或以上版本 四. 实验方法、步骤及结果测试 关于 MATLAB 它是由美国的 Math Works 公司推出的一个科技应用软件，它的名字 是由 MATRIX(矩阵）和 LABORATORY（实验室）的前三个字母组合而 成 MATLAB 是一种高性能的、用于工程计算的编程软件，它把科学计 算、结果的可视化和编程都集中在一个使用方便的环境中 优势在于能很容易求解复数 数值问题，速度快且容易扩展创建新的 命令和函数 主要组成部分： （1）编程语言：以矩阵和数组为基本单位的编程语言 （2）工作环境：包括一系列的应用工具，提供编程和调试程序的环 境
I
目录
目录
前言 ......................................................................................................................................I 目录 .................................................................................................................................... II 实验一 学习使用 MATLAB............................................................................................. 1 一. 实验目的 ................................................................................................. 1 二. 实验内容和要求 ..................................................................................... 1 三. 实验主要仪器设备和材料 ..................................................................... 1 四. 实验方法、步骤及结果测试 ................................................................. 1 五. 实验报告要求 ....................................................................................... 23 六. 思考题 ................................................................................................... 23 实验二 用 FFT 做谱分析 ............................................................................................... 24 一. 实验目的 ............................................................................................... 24 二. 实验内容和要求 ................................................................................... 24 三. 实验主要仪器设备和材料 ................................................................... 25 四. 实验方法、步骤及结果测试 ............................................................... 25 五. 实验报告要求 ....................................................................................... 37 六. 思考题 ................................................................................................... 37 实验三 用双线性变换法设计 IIR 数字滤波器 ............................................................. 38 一. 实验目的 ............................................................................................... 38 二. 实验内容和要求 ................................................................................... 38 三. 实验主要仪器设备和材料 ................................................................... 38 四. 实验方法、步骤及结果测试 ............................................................... 38 五. 实验报告要求 ....................................................................................... 43 六. 思考题 ................................................................................................... 43 实验四 用窗函数法设计 FIR 数字滤波器 .................................................................... 44 一. 实验目的 ............................................................................................... 44 二. 实验内容和要求 ................................................................................... 44 三. 实验主要仪器设备和材料 ................................................................... 45 四. 实验方法、步骤及结果测试 ............................................................... 45 五. 实验报告要求 ....................................................................................... 51 六. 思考题 ................................................................................................... 51
《数字信号处理》上机实验指导书
《数字信号处理》上机实验指导书一、引言“数字信号处理”是一门理论和实验密切结合的课程，为了深入地掌握课程内容，应当在学习理论的同时，做习题和上机实验。
上机实验不仅可以帮助学生深入地理解和消化基本理论，而且能锻炼初学者的独立解决问题的能力。
所以，根据本课程的重点要求编写了四个实验。
第一章、二章是全书的基础内容，抽样定理、时域离散系统的时域和频域分析以及系统对输入信号的响应是重要的基本内容。
由于第一、二章大部分内容已经在前期《信号与系统》课程中学习完，所以可通过实验一帮助学生温习以上重要内容，加深学生对“数字信号处理是通过对输入信号的一种运算达到处理目的”这一重要概念的理解。
这样便可以使学生从《信号与系统》课程顺利的过渡到本课程的学习上来。
第三章、四章DFT、FFT是数字信号处理的重要数学工具，它有广泛的使用内容。
限于实验课时，仅采用实验二“用FFT对信号进行谱分析”这一实验。
通过该实验加深理解DFT的基本概念、基本性质。
FFT是它的快速算法，必须学会使用。
所以，学习完第三、四章后，可安排进行实验二。
数字滤波器的基本理论和设计方法是数字信号处理技术的重要内容。
学习这一部分时，应重点掌握IIR和FIR两种不同的数字滤波器的基本设计方法。
IIR滤波器的单位冲激响应是无限长的，设计方法是先设计模拟滤波器，然后再通过S~Z平面转换，求出相应的数字滤波器的系统函数。
这里的平面转换有两种方法，即冲激响应不变法和双线性变换法，后者没有频率混叠的缺点，且转换简单，是一种普遍应用的方法。
学习完第六章以后可以进行实验三。
FIR滤波器的单位冲激响应是有限长的，设计滤波器的目的即是求出符合要求的单位冲激响应。
窗函数法是一种基本的，也是一种重要的设计方法。
学习完第七章后可以进行实验四。
以上所提到的四个实验，可根据实验课时的多少恰当安排。
例如：实验一可根据学生在学习《信号与系统》课程后，掌握的程度来确定是否做此实验。
若时间紧，可以在实验三、四之中任做一个实验。
《数字信号处理》上机实验指导书
《数字信号处理》上机实验指导书实验1 离散时间信号的产生1．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，所以对离散时间信号的研究是数字信号处理的基本所在。
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。
MATLAB 是一套功能强大的工程计算及数据处理软件，广泛应用于工业，电子，医疗和建筑等众多领域。
使用MATLAB软件可以很方便地产生各种常见的离散时间信号，而且它还具有强大的绘图功能，便于用户直观地输出处理结果。
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，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的理解。
2．实验要求本实验要求学生运用MATLAB编程产生一些基本的离散时间信号，并通过MATLAB的几种绘图指令画出这些图形，以加深对相关教学内容的理解，同时也通过这些简单的函数练习了MATLAB的使用。
3．实验原理（1）常见的离散时间信号1）单位抽样序列，或称为离散时间冲激，单位冲激：?(n)???1?0n?0 n?0如果?(n)在时间轴上延迟了k个单位，得到?(n?k)即：?1n?k ?(n?k)??0n?0?2）单位阶跃序列n?0?1 u(n)?n?0?0在MATLAB中可以利用ones( )函数实现。
x?ones(1,N);3）正弦序列x(n)?Acos(?0n??)这里，A,?0,和?都是实数，它们分别称为本正弦信号x(n)的振幅，角频率和初始相位。
f0??02?为频率。
x(n)?ej?n4）复正弦序列5）实指数序列x(n)?A?n（2）MATLAB编程介绍MATLAB是一套功能强大，但使用方便的工程计算及数据处理软件。
其编程风格很简洁，没有太多的语法限制，所以使用起来非常方便，尤其对初学者来说，可以避免去阅读大量的指令系统，以便很快上手编程。
值得注意得就是，MATLAB中把所有参与处理的数据都视为矩阵，并且其函数众多，希望同学注意查看帮助，经过一段时间的训练就会慢慢熟练使用本软件了。
数字信号处理实验指导书
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。
《数字信号处理》实验指导书(完整)
《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)1(2)()2(2)1(4)(3-+=-+--n x n x n y n y n y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。
数字信号处理实验指导书(定稿新)
数字信号处理实验指导书前言数字信号处理是是电子信息工程专业的一门专业基础课。
本课程主要研究如何对信号进行分析、变换、综合、估计与识别等加工处理的基本理论和方法，数字信号处理实验是验证、巩固和补充课堂讲授的理论知识的必要环节。
通过实验，使学生巩固所学基本理论，掌握最基本的数字信号处理的理论和方法，提高综合运用所学知识，提高计算机编程的能力。
进一步加强学生独立分析问题、解决问题的能力、综合设计及创新能力的培养，同时注意培养学生实事求是、严肃认真的科学作风和良好的实验习惯，为今后的工作打下良好的基础。
数字信号处理实验指导书针对每个实验介绍了MATLAB语言数字信号处理工具箱中的相应函数，举例并附有相应的程序。
为配合课堂理论教学，实验内容安排仍从认识性和验证性入手，逐步增加设计性和工程应用性内容，达到训练实验技能和积累工程实际应用经验之目的。
数字信号处理实验成绩按百分制核定。
预习占20%，实验过程占40%，实验报告占40%。
电气电子信息工程系电工电子基础教研室2007.03实验要求在实验过程中，要求学生做到：（1）预习实验指导书有关部分，认真做好实验内容的准备工作，就实验可能出现的情况提前作出思考和分析，需要计算的参数提前完成计算工作，并认真写出预习报告。
（2）仔细观察实验过程中图形随参数的变化，记录图形变化的主要情况，作出必要说明和分析。
（3）认真书写实验报告并在规定的时间内把实验报告交给辅导教师。
实验报告包括实验目的和要求，实验情况及其分析。
对需要编程的实验，写出程序设计说明，给出源程序框图和清单。
（4）遵守机房纪律，服从辅导教师指挥，爱护实验设备。
（5）实验课程不迟到。
如有事不能出席，所缺实验一般不补。
实验验收分为两个部分。
第一部分是上机操作，包括检查程序运行和即时提问。
第二部分是提交书面的实验报告。
每个实验都应当在规定的时间内完成并检查通过，过期视为未完成该实验，扣该实验操作成绩。
为避免期末集中检查方式产生的诸多不良问题，希望同学们抓紧时间，合理安排，认真完成。
数字信号处理实验指导书
《数字信号处理》实验指导书适用专业:电气、信息、测控课程代码: 8401980总学时: 48 总学分: 3编写单位:电气学院信息工程系编写人:阳小明审核人:审批人:批准时间:年月日目录实验一 Matlab与数字信号处理基础 (2)实验二离散傅里叶变换与快速傅里叶变换 (4)实验三数字滤波器结构 (6)注释 (9)主要参考文献 (9)实验一 Matlab与数字信号处理基础一、实验目的和任务1、熟悉Matlab的操作环境2、学习用Matlab建立基本序列的方法；3、学习用仿真界面进行信号抽样的方法。
二、实验内容1、基本序列的产生：单位抽样序列、单位阶跃序列、矩形序列、实指数序列和复指数序列的产生2、用仿真界面进行信号抽样练习：用simulink建模仿真信号的抽样三、实验仪器、设备及材料计算机、Matlab软件四、实验原理序列的运算、抽样定理五、主要技术重点、难点Matlab的各种命令与函数、建模仿真抽样定理六、实验步骤1、基本序列的产生：单位抽样序列δ(n): n=-2:2;x=[0 0 1 0 0];stem(n,x);单位阶跃序列u(n)：n=-10:10;x=[zeros(1,10) ones(1,11)];stem(n,x);矩形序列R N(n)：n=-2:10;x=[0 0 ones(1,5) zeros(1,6)];stem(n,x);实指数序列0.5n：n=0:30;x=0.5.^nstem(n,x);复指数序列e(-0.2+j0. 3)n：n=0:30;x=exp((-0.2+j*0.3)*n);模：stem(n,abs(x))；幅角：stem(n,angle(x))；2、用仿真界面进行信号抽样练习：（1）在Matlab命令窗口中输入simulink 并回车，以打开仿真模块库；（2）按CTRL+N，以新建一仿真窗口；在仿真模块库中用鼠标点击Sources（输入源模块库），从中选择sine wave（正弦波模块）并将其拖至仿真窗口；（3）在仿真模块库中用鼠标点击Discrete（离散模块库），从中选择Zero-Order Hold（零阶保持器模块）并将其拖至仿真窗口；（4）在仿真模块库中用鼠标点击Sinks（显示模块库），从中选择Scope（示波器模块）并将其拖至仿真窗口；（5）在仿真窗口中把上述模块依次连接起来；（6）用鼠标双击Scope模块，以打开示波器的显示界面；（7）用鼠标点击仿真窗口工具条中的►图标开始仿真，结果显示在示波器中；（8）用鼠标双击Zero-Order Hold模块，打开其参数设置窗口，改变sample time参数值，例如1、0.5、0.1、0.05…，用鼠标点击仿真窗口工具条中的►图标开始仿真，比较示波器显示结果（选三个参数值，得三个结果）；（9）在仿真模块库中用鼠标点击Sinks（显示模块库），从中选择To Workspace（输出到当前工作空间的变量模块）并将其拖至仿真窗口；（10）用鼠标双击To Workspace模块，打开其参数设置窗口，改变variable name参数值为x ；同时把save format参数值设置为Array ；（11）在仿真窗口中先用鼠标点击Zero-Order Hold模块与Scope模块的连线，然后按住CTRL 键，从选中连线的中部引出一条线到To Workspace模块；（12）用鼠标双击Zero-Order Hold模块，打开其参数设置窗口，改变sample time参数值，例如1、0.5、0.1、0.05…，用鼠标点击仿真窗口工具条中的►图标开始仿真，并返回命令窗口，用stem(x)作图，比较序列图显示结果（选三个参数值，得三个结果）；七、实验报告要求1、实验步骤按实验内容指导进行；2、对于实验内容1和2的数据必须给出的离散图，其相关参数应在图中注明；3、具有关联性和比较性的图形最好用subplot()函数，把它们画在一起；4、实验报告按规定格式填写，要求如下：（1）实验步骤根据自己实际操作填写；（2）各小组实验数据不能完全相同，否则以缺席论处；5、实验结束，实验数据交指导教师检查，得到允许后可以离开，否则以缺席论处；八、实验注意事项1、Matlab编程、文件名、存盘目录均不能使用中文。
《数字信号处理》实验指导书(正文)
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 。
《数字信号处理》实验指导书v0.3
i
实验一 时域采样与频域采样
1. 实验目的
(1) 进一步加深 DFT 算法原理和基本性质的理解。 (2) 熟悉 FFT 算法原理和 FFT 子程序的应用。 (3) 学习用 FFT 对连续信号和时域离散信号进行谱分析的方法，了解可能出现的分析误 差及其原因。
2.实验原理
(1) 复习 DFT 的定义、性质和用 DFT 作谱分析的有关内容。 (2) 复习 FFT 算法原理与编程思想。 (3) 查询 Matlab 中 fft 函数的用法，学会通过改变 fft 的参数计算不同 DFT。 (4) 编制信号产生子程序，产生以下典型信号供谱分析用：
画图时，用 20 lg | H (k ) | 打印幅度特性。第 k 点对应的频率
ωk =
2π k N 。为使曲线包络
jω DFT 变换区间要选大些。 例如窗口长度 N = 33 时， 线更接近 H (e ) 的幅度特性曲线，
可通过在 h(n) 末尾补零的方法，使长度变为 64，再进行 64 点 DFT，则可得到更精 确的幅度衰减特性曲线。
《数字信号处理》实验指导
浙江工业大学信息工程学院通信工程系 2010.4
目录
目录 ........................................................................................................................ i 实验一 时域采样与频域采样 ............................................................................. 1 实验二 用双线性变换法设计IIR数字滤波器 ................................................... 4 实验三 用窗函数法设计FIR数字滤波器........................................................... 6 附录：部分Matlab函数........................................................................................ 9
数字信号处理上机指导
数字信号处理上机指导《数字信号处理》上机实验指导书光电信息与通信工程学院电子信息工程专业北京信息科技大学 2011年11月1目录实验一离散傅里叶变换的性质及应用............................................................. 3 实验二 IIR数字滤波器设计................................................................... .. (5)2实验一离散傅里叶变换的性质及应用一、实验目的1．了解DFT的性质及其应用 2．熟悉MATLAB编程特点二、实验仪器及材料计算机，MATLAB软件三、实验内容及要求1．验证 DFT性质。
（1）已知序列x(n)＝4?(n)?3?(n?1)?2?(n?2)??(n?3)，计算序列的6点DFT 的幅度、相位、实部及虚部，并用图形表示相应的x(n),X(k),angle[X(k)], Re?X(k)?,Im?X(k)?。
（2）编程求解xep(n)和xop(n) ，验证DFTxep(n)?Re[X(k)] DFTxop(n)?jIm[X(k)]????*（3）对序列x(n)＝4?(n)?3?(n?1)?2?(n?2)??(n?3)，自行设计程序验证DFT时移及频移性质。
2．利用DFT实现两序列的卷积运算，并研究DFT点数与混叠的关系。
（1）已知两序列?3 n?0nx(n)?? h(n)?2,n?0,1,2,3?1 1?n?4（2）用直接法（即用线性卷积的定义计算，见下式）计算线性卷积y(n)=x(n)*h(n)的结果，并以图形方式表示结果；N?1 y(n)?0?n?N?x(m)?h(n?m), m?01?N2?2（3）利用DFT计算圆周卷积；分别令圆周卷积的点数为L=8，10，12，以图形方式表示结果。
（4）对比直接法和圆周卷积法所得的结果。
3．利用DFT进行谱分析。
《数字信号处理》实验指导书
R6(n)
0.5
0 0.2
0
5
10
15
20
25 n
30
35
40
45
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
50
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
-0.5
0
5
10
15
20
sum of the first K+1 harmonics
1
sum of the first K+1 harmonics
25 n
30
35
0
-0.5
-0.5
0
5
10
15
20
sum of the first K+1 harmonics
1
sum of the first K+1 harmonics
25 n
30
35
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45
50
1
0.5
0.5
0 0 5 10 15 20 25 n 30 35 40 45 50
0 0 5 10 15 20 25 n 30 35 40 45 50
《数字信号处理实验》指导书
《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
% Program P1_2
% Generation of a sinusoidal sequence
n = 0:40;
பைடு நூலகம்f = 0.1;
phase = 0;
A = 1.5;
arg = 2*pi*f*n - phase;
x = A*cos(arg);
clf;
% Clear old graph
附录A MATLAB系统的常用概念 .........................................................................28
附录B
信号处理工具箱函数...........................................................................33
分析，从而进一步研究它们的性质。 2．熟悉离散时间序列的 3 种表示方法：离散时间傅立叶变换（DTFT）,离
散傅立叶变换（DFT）和 Z 变换。
二．实验相关知识准备 1．用到的 MATLAB 命令 运算符和特殊字符： < > .* ^ .^ 语言构造与调试： error function pause 基本函数： angle conj rem 数据分析和傅立叶变换函数： fft ifft max min 工具箱： freqz impz residuez zplane
数字信号处理 实验指导书
长沙理工大学电气与信息工程学院
目
录
实验一：离散时间信号的时域分析........................................................................3 实验二：离散时间系统的时域分析........................................................................6 实验三：离散时间信号的频域分析........................................................................9 实验四：线性时不变离散时间系统的频域分析..................................................13 实验五： IIR数字滤波器的设计...........................................................................17 实验六： FIR数字滤波器的设计..........................................................................24
《数字信号处理》实验指导书
《数字信号处理》实验指导书实验序号：1 实验名称：利用FFT 进行谱分析和实现快速卷积 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．加深DFT 算法原理和基本性质的理解。
2．熟悉FFT 算法原理和FFT 子程序的应用。
3．学习用FFT 对连续信号和时域离散信号进行谱分析的方法，了解可能出现的分析 误差及其原因，以便正确应用FFT 。
4．加深理解FFT 在实现数字滤波（或快速卷积）中的重要作用，更好的利用FFT 进行数字信号处理。
5．掌握循环卷积和线性卷积两者之间的关系。
二、实验原理1．在工程技术的许多分支中，要掌握的基本内容之一就是正确理解时域和频域的关系。
对于数字系统来说，就是要精通离散傅立叶变换，因此离散傅立叶变换在数字信号处理中占有十分重要的地位。
在实际应用中，有限长序列有相当重要的地位，有限长序列的离散傅氏变换(DFT)的定义：[][]10)(1)()(10)()()(1010-≤≤==-≤≤==∑∑-=--=N n W k X N k X IDFT n x N k W n x n x DFT k X N k nk N N n nk N快速傅里叶变换（FFT ）并不是一种新的变换，而是离散傅里叶变换（DFT ）的一种快速算法。
用FFT 对信号作频谱分析是学习数字信号处理的重要内容。
经常需要进行谱分析的信号是模拟信号和时域离散信号。
对信号进行谱分析的重要问题是频谱分辨率D 和分析误差。
频谱分辨率直接和FFT 的变换区间N （即x(n)长度为N ）有关，因为FFT 能够实现的频率分辨率是N /2π，因此要求D N ≤/2π。
可以根据此式选择FFT 的变换区间N 。
误差主要来自于用FFT 作频谱分析时，得到的是离散谱，而信号（周期信号除外）是连续谱，只有当N 较大时离散谱的包络才能逼近于连续谱，因此N 要适当选择大一些。
周期信号的频谱是离散谱，只有用整数倍周期的长度作FFT ，得到的离散谱才能代表周期信号的频谱。
数字信号处理实验指导书
《数字信号处理》实验指导书王莉南京工业大学自动化与电气工程学院2008-04-17目录实验一信号、系统及系统响应 (3)实验二用双线性变换法设计IIR数字滤波器 (6)实验三用窗函数法设计FIR数字滤波器 (10)附录 MATLAB信号处理工具箱函数 (14)实验一 信号、系统及系统响应一．实验目的1． 熟悉时域离散系统的时域特性。
2． 验证时域的卷积定理。
3． 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．实验内容1． 观察信号()a x n 和系统()h n 的时域和频域特性，并绘出相应的曲线。
①单位脉冲序列：()(a x n n δ=；②系统单位脉冲响应序列：()() 2.5(1) 2.5(2)(3)h n n n n n δδδδ=+-+-+-。
2． 利用线性卷积求信号()a x n 通过系统()h n 的响应()a y n ，比较所求响应()a y n 和()h n 的时域及频域特性，注意它们之间有无差别，绘图说明，并用所学理论解释所得结果。
3． 卷积定理的验证。
将2中的信号换成0()()sin()()anT b b x n x nT Ae nT u n -==Ω，使a=0.4，0Ω=2.0734，A=1，T=1，重复实验2，求出()b y n ，绘出其频率特性()j b Y e ω曲线；利用公式()()()j j j b Y e X e H e ωωω=，并绘出()j Y e ω的幅频和相频特性曲线，与前面直接对()b y n 进行傅里叶变换所得频率特性曲线进行比较，验证时域卷积定理。
三．实验设备及仪器1． 计算机。
2． Matlab 软件。
四. 实验线路及原理离散信号和系统在时域均可用序列来表示。
序列图形给人以形象直观的印象，它可加深我们对信号和系统的时域特征的理解。
本实验将观察分析几种信号及系统的时域特性。
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。
《数字信号处理》实验指导书
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
Байду номын сангаас
数字信号处理试验手册
数字信号处理—实验指导书洛阳理工学院计算机与信息工程系通信工程教研室王新新2012年2月试验一 MATLAB环境入门一、实验目的1. 熟悉Matlab语言基本操作界面及其功能；2. 熟悉Matlab语言的基本语法和程序文件的编写；3. 了解Matlab的矩阵操作命令和基本绘图命令。
二、试验内容1. 基本操作界面及其功能在Windows界面上双击MATLAB 图标，即可打开MATLAB命令平台，如图1所示。
图1 matlab操作界面2. Matlab语言的基本语法和程序文件的编写(1)常数矩阵输入a=[1 2 3]a=[1;2;3]记录结果，比较显示结果有何不同。
b=[1 2 5]b=[1 2 5]; 比较显示结果有何不同。
a=[1 2 3;4 5 6;7 8 0]a^2a^0.5 记录显示结果。
(2)循环命令程序makesum=0;for i=1:1:100makesum=makesum+i;end;键入makesum，按enter键，记录计算结果，说明程序功能。
(3)练习m文件的基本操作打开file 菜单，单击命令new或open，可以在m文件编辑器上新建或打开m 文件。
选中编辑器菜单选项下的run，可以运行该文件（也可以在命令平台上直接键入文件名来执行。
注意：大部分m文件需要输入变量才可以运行，此时命令平台上给出缺少输入变量的警告提示）。
问题1：请编程求取级数求和问题∑10000013121=+=iiiS)(，并记录程序及结果。
3. 基本绘图命令。
(1) 向量绘图x=0:0.1:2*pi; y1=sin(2*x);y2=cos(2*x); plot(x,y1) plot(x,y2) plot(x,y1,x,y2)(2) 保持作图 figureplot(x,y1);hold on plot(x,y2);hold off(3) 矩阵作图 figureplot(x,[y1',y2'])(4) 设定颜色和线形 figureplot(x,y1,'c:',x,y2,'ro')(4) 多窗口绘图 figuresubplot(221);plot(x,y1) subplot(222);plot(x,y2) subplot(223);plot(x,y1,x,y1+y2)subplot(224);plot(x,y2,x,y1-y2)(6) 三维绘图 t=0:0.1:2*pi; x=t.^3; y=cos(3*t); z=t.^2; figureplot3(x,y,z),grid(6)三维曲面绘制x=-10:0.1:10;y = x;[x,y]=meshgrid(x,y);z=f(x,y); % 这里的f自己定义mesh(x,y,z)可自定义三维曲面函数surf(x,y,z)问题2：请综合学过的Matlab语言编程画出一个频率为50Hz的正弦信号，并记录程序及结果。
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实验一 实验二 实Байду номын сангаас三 实验四 备
注 ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 4 信号处理工具箱函数 ---------------------------------------------------------------------- 5 MATLAB 的常用数学函数 ----------------------------------------------------------------- 6
《数字信号处理》上机实验指导书--------------------------------指导老师: 朱彦
(1)单位冲激序列 (n) (2)单位阶跃序列 u(n) (3)正弦序列： x(n) A sin( 2fn ), 其中, A 3, f 100, 1.2, 点数为32点的正弦信号 (4)指数序列： x(n) Aa n , A 3, a 0.7 ； x(n) Ae ( a jw) n , A 3, a 0.7, w 314 2.离散信号的基本运算 (1) 信号延迟 Y1(n)=sin(100n), y2(n)=sin(100(n-3)) (2) 信号相加 x1=[2 0.5 0.9 1]; x2=[0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7]; X=x1+x2; (3)信号翻转 y(n)=x(-n) X1=[2 0.5 0.9 1] (4)离散卷积
用 MATLAB 计算序列{-2 0 1 –1 3}和序列{1 2 0 -1}的离散卷积。
3.离散线性系统的 MATLAB 实现 (1) 时域表示 离散系统时域表示的 MATLAB 实现函数有 filter 函数和 impz 函数两种 (i) filter 函数 filter 函数是利用递归滤波器或非递归滤波器对数据进行滤波。因为一个离散系统可以看做是一个 滤波器，系统的输出就是输入经过滤波器滤波的结果。 Y=filter(b,a,x); [y,zf]=filter[b,a,x,zi]; b,a 表示向量 b 和 a 组成的系统对输入 x 进行滤波，系统的输出为 y.zi 表示输入信号的初始状态，zf 表 示该函数返回的系统最终状态向量。 (ii)impz 函数 Impz 函数直接给出系统的单位冲激响应，impz(b,a) 当系统的输入输出差分方程为： （/4 学时不同要求） Y(n)-0.8y(n-1)-0.5y(n-2)=0.7x(n)+0.3x(n-1) 系统的输入为单位冲激响应函数，分别利用 filter 和 impz 函数求取系统的单位冲激响应。n=[0:63] (2)传递函数响应 [h,f]=freqz(b,a,n,fs);向量 b 和 a 为离散系统的参数，fs 为采样频率，n 为在区间[0 fs/2]频率范 围内选取的频率点数，f 记录频率点数。由于 freqz 函数是采用基 2fft 算法，n 常取 2 的幂次方，以便提 高计算速度。 已知系统的输入输出传递函数为： 0.3 0.2 z 1 H ( z) ，求其频率响应 1 0.4 z 1 0.7 z 2 (3) 系统零极点表示法 Zplane(b,a) 系统如（2）中所示，求其零极点并给出系统的零极点图 三、实验中可能用到的 Matlab 函数： zeros(); ones(); exp(); abs(); angle(); plot(); subplot(); title(); xlabel(); ylabel(); figure(); stem(); eye(); filter(); zplane() ; freqz(); impz()
刘永春 朱 彦
编 写
《数字信号处理》上机实验指导书--------------------------------指导老师: 朱彦
前
言
自 60 年 代 以 来 ， 随 着 计 算 机 和 信 息 学 科 的 飞 速 发 展 ， 数 字 信 号 处 理 （ Digital Signal Processing，DSP）技术应运而生并迅速发展，现已形成一门独立的学科体系。当前，我们正在全面地 进入数字时代，随着微电子技术的迅速发展，通用的 DSP 芯片的性能不断提高，而价格持续地下降。以 DSP 芯片及外围开发设备为主，正在形成一个具有较大潜力的产业与市场。 众所周知，几乎所有的工程技术领域都要涉及到信号问题。这些信号包括电的、磁的、机械的、热 的、声的、光的及生物体的等等各个方面。如何在较强的背景噪声下提取出真正的信号或信号的特征并 将其应用于工程实际是信号处理技术要完成的任务。因此可以说，信号处理几乎涉及到所有的工程技术 领域。 数字信号处理是一门以算法为核心的理论性很强的学科。它是利用数字计算机或专用处理设备，以 数值计算的方法对信号进行采集、变换、综合、估值与识别等加工处理，借以达到提取信息和便于应用 的目的。数字信号处理技术及设备具有灵活、精确、抗干扰强、设备尺寸小、造价低、速度快等突出优 点，这些都是模拟信号处理技术与设备所无法比拟的。 近 30 来年，数字信号处理是紧紧围绕着理论、实现及应用三个方面迅速发展起来的，它以众多的 学科为理论基础，其成果又渗透到众多的学科，成为理论与实践并重、在高新技术领域中占有重要地位 的新兴学科。 数字信号处理的实现，大体上有如下几种方法： （1） 在通用的微计算机上用软件来实现。软件可由使用者自己编写，也可使用现成的。这种实现方法 速度较慢，多用于教学与科研。 （2） 用单片机来实现。目前单片机的发展速度较快，其功能也很强。依靠单片机的硬件环境配以信号 处理软件可用于工程实际，如数字控制、医疗仪器等。 （3） 利用专门用于信号处理的 DSP 芯片来实现。DSP 芯片较之单片机有着更为突出的优点，如内部带 有乘法、累加器，采用流水线工作方式及并行结构，多总线，速度快，配有适于信号处理的指令等，DSP 芯片的问世及飞速发展，为信号处理技术应用于工程实际提供了可能。 （4） 利用特殊用途的 DSP 芯片来实现。现在国际上已推出专门用于 FFT、FIR 滤波、卷积、相关等专 用芯片， 其软件算法已在芯片内部用硬件电路实现， 使用者给出输入数据， 可以在输出端直接得到结果。 在实际应用中，数字信号处理的算法研究是关键。为了使同学们在学习《数字信号处理》这们课程 中，更好地理解和掌握课堂上所学的理论知识，加深对理论的理解，为将来在实际工作中，能够应用理 论知识解决实际问题，我们特别选择了如下一些基本的实验，使得同学门通过自己编程上机演练，加深 和巩固所学的理论知识。 考虑到学生们的上机的机时有限，我们选择了如下的一些基础实验： 1) 离散时间序列产生及频谱分析 2) 基 2FFT 算法编程 3) IIR 滤波器设计 4) FIR 滤波器设计 在本上机指导书中，指定的编程语言是 MathWorks 公司的 MATLAB 语言，这是目前国际上在理论 研究中普遍采用的一个软件。 同学们在作完上机实验后，必须提交实验报告。实验报告分为如下三个部分： 1. 实验要求和目的 2. 实验方案和程序清单 3. 实验结果和结果分析
《数字信号处理》上机实验指导书--------------------------------指导老师: 朱彦
《数字信号处理》上机实验 指导书
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前
录
言 ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 离散时间信号与系统的 MATLAB 实现（验证）-------------------------------------1 离散信号变换（验证）-------------------------------------------------------------------- 2 IIR 滤波器设计（设计）------------------------------------------------------------------ 3 FIR 滤波器设计（设计）------------------------------------------------------------------ 4
附录 A 附录 B
三角函数 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 6 初等函数 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 6 参考书目：-------------------------------------------------------------------------------------------------- 6
实验一
离散时间信号与系统的 MATLAB 实现（验证）
一、基本要求 1. 掌握典型离散时间信号的 MATLAB 实现； 2. 掌握离散信号的基本运算； 3. 掌握离散系统的模型及其 MATLAB 实现 二、实验内容 1. 用 MATLAB 产生及显示以下典型离散时间信号
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