赵雪英10版《数字信号处理》实验讲义

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数字信号处理实验讲义

数字信号处理实验讲义

数字信号处理实验指导书淮北煤炭师范学院物理与电子信息学院电子技术实验室目录实验一数字信号处理系统结构和编程 (1)实验二用FFT作谱分析 (4)实验三IIR滤波器的设计 (10)实验四FIR滤波器的设计 (17)附录一 (24)附录二 (26)附录三 (31)实验一数字信号处理系统结构和编程一、实验目的1.学习C语言的编程;2.掌握在CCS环境下的C程序设计方法;3.学会使用C和汇编语言混合编程;4.熟悉用C语言开发DSP程序的流程。

二、实验设备计算机,仿真器,THRS-1实验箱三、实验步骤与内容1.连接好DSP开发系统,实验箱上电,运行CCS;2.按流程图编写C程序,实现所要求的功能;3.例程序操作说明。

启动CCS 2.0,用Project/Open打开“DSP54X-01”目录下的“DSP54X01.pjt”工程文件,双击“DSP54X01.pjt”及“Source”可查看各源程序;并加载“DSP54X01.out”;单击“Run”运行程序;可以观察到D8指示灯闪烁;用View/Graph/Time/Frequency打开一个图形观察窗口;设置该观察图形窗口变量及参数;观察变量为x,长度为500,数值类型为16位有符号整型变量;如下图所示,图中下半部分为观察图形窗口的设置,上半部分为观察的图形。

四、程序框图五、实验说明CCS包含C编译器,支持标准C以及C和汇编混合编程。

C编译器包括三个功能模块:语法分析、代码优化和代码产生,如下图所示。

其中,语法分析(Parser)完成C语法检查和分析;代码优化(Optimizer)对程序进行优化,以便提高效率;代码产生(Code Generator)将C程序转换成C54x的汇编源程序。

本实验通过一些对数组及数据指针的基本操作,让实验者能够对使用C语言在CCS环境下编程有一个一目了然的认识。

并使用汇编语句,以体会两者综合运用时的优越性。

实验源程序如下:#include <math.h>#define pi 3.1415926#define N 500void main(){ int i,j;int *p;int x[500];for(i=0;i<N;i++)x[i]=0; for(i=0;i<N;i++){ x[i]=(int)100*sin(2*pi*i/250);}p=(int *)0x100;for(i=0;i<N;i++){ *p=x[i];p++ ;}for(;;){ asm(" rsbx xf");for(i=0;i<30000;i++)for(j=0;j<10;j++){ asm(" nop");asm(" nop");}asm(" ssbx xf");for(i=0;i<30000;i++)for(j=0;j<10;j++){asm(" nop");asm(" nop");}}}实验二用FFT作谱分析一、实验目的1.加深对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,以便在实际中正确应用FFT。

《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

《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。

实验一熟悉matlab环境及简单序列运算

实验一熟悉matlab环境及简单序列运算

《数字信号处理》实验讲义曾毓敏南京师范大学物理科学与技术学院2011-09目录目录.................................................................. 错误!未定义书签。

MATLAB简介.................................................... 错误!未定义书签。

实验一熟悉MATLAB环境及简单序列运算错误!未定义书签。

实验二信号、系统及系统响应...................... 错误!未定义书签。

实验三离散傅立叶变换及其应用(一)...... 错误!未定义书签。

实验四离散傅立叶变换及其应用(二)...... 错误!未定义书签。

实验五IIR数字滤波器的设计........................ 错误!未定义书签。

实验六FIR数字滤波器的设计....................... 错误!未定义书签。

实验七数字滤波器结构及Simulink仿真实现错误!未定义书签。

MATLAB简介MATLAB是由美国Math Works公司推出的软件产品。

“MATLAB”是Matrix Laboratory的缩写,意即“矩阵实验室”。

MATLAB是一完整的并可扩展的计算机环境,是一种进行科学和工程计算的交互式程序语言。

它的基本数据单元是不需要指定维数的矩阵,它可直接用于表达数学的算式和技术概念,而普通的高级语言只能对一个个具体的数据单元进行操作。

因此解决同样的数值计算问题,使用MATLAB要比使用BASIC、FORTRAN和C等语言提高效率许多倍。

许多人赞誉它为万能的数学“演算纸”。

MATLAB采用开放式的环境,你可以读到它的源码,了解它的算法,并能改变当前的函数或增添你自己编写的函数。

MATLAB是一种非常流行的计算机语言,许多重要学术刊物上发表的论文均是用MATLAB来分析计算以及绘制出各种图形。

数字信号处理实验讲义(电子10)

数字信号处理实验讲义(电子10)

实验一 离散时间信号与系统一、 实验目的1. 加深对常用离散信号的理解;2. 熟悉连续信号经理想采样前后的频谱变化关系,理解时域采样定理。

3. 掌握序列傅里叶变换的计算机实现方法,熟悉时域离散系统的时域特性。

二、 实验原理1 单位抽样序列1 0()0 0n n n δ==≠⎧⎨⎩2 单位阶跃序列1 0()0 0n u n n ≥⎧=⎨<⎩3 正弦序列()sin(2/)s x n A fn f πϕ=+4 复正弦序列()j n x n Ae ϖ=5 实指数序列 ()n x n Aa =6.采样是连续信号数字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特性和频域特性发生的变化以及信号信息不丢失的条件,而且可以加深对傅立业变换、Z 变换和序列傅立业变换之间关系式的理解。

采样原理详见课本。

三、 实验内容1、 产生10点的单位抽样序列δ(n);2、 以上序列右移3位的单位抽样序列δ(n-3); 3、 产生10点的任意序列:f(n)=8δ(n)+7δ(n-1)+6δ(n-2) +5δ(n-3)+ 4δ(n-4)+7δ(n-5);4、产生N =32点的单位阶跃序列;5、产生斜率为3,n0=4,点数为20点的斜坡序列g(n)=B(n-n0);6、产生幅度A=3,频率f =100,初始相位ϕ=1.2,点数为32的正弦序列; 7、产生幅度A=3,角频率ω=314,点数为32点的复正弦序列; 8、产生幅度A=3,a =0.7,点数为32点的实指数序列;9、分析采用不同频率时,对函数50()218.2sin(50)()t a x t e t u t ππ-=的频谱影响。

观测时间Tp=50微秒。

(a ):以1000s f Hz =,对其进行采样得到x1(n)。

(b ):以300s f Hz =,对其进行采样得到x2(n) (c ):以200s f Hz =,对其进行采样得到x3(n)四、 实验报告要求(1)独立完成以上实验内容;(2)采用标准实验报告纸书写实验报告;(3)实验报告内容包括:实验名称、实验目的、实验原理、所采用函数的基本说明、实验内容、程序清单(附主要语句说明或注释)、实验图表(打印或手绘)、结果分析(实验中的主要结论及个人实验心得)。

《数字信号处理实验》课件第9章

《数字信号处理实验》课件第9章
r=roots(a);由多项式的分子或分母系数向量求根向量。 其中,多项式的分子或分母系数按降幂排列,得到的根向 量为列向量。
三、实验原理 1.离散系统的因果性和稳定性
1)因果系统 由理论分析可知,一个离散系统的因果性在时域中必 须满足的充分必要条件是:
h(n)=0 n<0
即系统的冲激响应必须是右序列。 在变换域,极点只能在z平面上一个有界的以原点为中 心的圆内。如果系统函数是一个多项式,则分母上z的最高 次数应大于分子上z的最高次数。
H3 (z)
(z 0.3) (z1 j)(z1
j)
求这些系统的零极点分布图以及系统的冲激响应,并 判断系统的因果稳定性。
(3)已知离散时间系统函数分别为
H1(z)
5
(z1)(z (z 2)(z
3) 4)
4 1.6 z11.6 z2 4 z3 H2 (z) 1 0.4 z1 0.35 z2 0.4 z3
例9-3 研究z右半平面的复数极点对系统响应的影响。
已知系统的零-极点增益模型分别为
H1 (z)
(z
0.5
z(z 0.3) 0.7 j)(z 0.5
0.7
j)
H2 (z)
(z
0.6

z(z 0.3) 0.8 j)(z 0.6
0.8
j)
z(z 0.3) H3(z) (z1 j)(z1 j)
2.系统极点的位置对系统响应的影响
系统极点的位置对系统响应有着非常明显的影响。下面举例说明 系统的极点分别是实数和复数时的情况,使用MATLAB提供的zplane子 函数制作零极点分布图进行分析。
例9-1 研究z右半平面的实数极点对系统响应的影响。
已知系统的零-极点增益模型分别为:

数字信号处理实验指导书V2010

数字信号处理实验指导书V2010

习题: Q1.4 运行程序 P1.2,以产生复指数序列并记录它。 Q1.5 哪个参数控制该序列的增长或衰减率?哪个参数控制该序列的振幅? Q1.6 若参数 c 改为 1/12+(pi/6)*i,将会发生什么情况?
第 3 页 共 18 页
Q1.7 Q1.8 Q1.9 Q1.10 Q1.11 例1.3
散时间系统的冲激响应的前 N 个样本。
% 程序 P2.1 % 计算冲激响应 y clf; N = 40; num = [1 -1]; den = [1 0.75 0.125]; y = impz(num,den,N); % 画出冲激响应 stem(y); xlabel('时间序号 n'); ylabel('振幅'); title('冲激响应'); grid;
第 4 页 共 18 页
实验 2 离散时间系统的时域分析
一、实验目的:加深对线性时不变离散时间系统的冲激响应、阶跃响应和卷积的理解。 二、实验原理:
1、基础知识
R2.1 数字滤波器对单位样本序列 [n] 的响应称为单位样本响应,简称冲激响应,用
h [n] 表示。相应的,离散时间系统对单位阶跃序列 [n] 的响应用 [n] 表示,
zeros
title
xlabel
ylabel
stairs
三、实验内容及要求:
编制程序产生信号,并绘出其图形。 例1.1 单位样本和单位阶跃序列
% 程序 P1.1 第 2 页 共 18 页
% 一个单位样本序列的产生 clf; % 产生一个从-10到20的向量 n = -10:20; % 产生单位样本序列 u = [zeros(1,10) 1 zeros(1,20)]; % 绘制单位样本序列 stem(n,u); xlabel('时间序号 n');ylabel('振幅'); title('单位样本序列'); axis([-10 20 0 1.2]);

数字信号处理实验课件4

数字信号处理实验课件4
b [b0 , b1 , , bM 1 , bM ]
[h,k] = impz(b, a, n):计算n点单位脉冲响应h[k]; 也可简写为:h = impz(b, a, n)。 impz(b, a):绘制单位脉冲响应h[k]的图形。
实验四
离散系统分析
1. 离散系统的时域响应
离散系统响应y[k]的计算
h[k] 2
(1) 计算前40个点的单位脉冲响应N=40; a=[1,0.4,-0.12]; b=[1,2]; y=impz(b,a,N); stem(y) xlabel('k');title('h[k]')
1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
0
5
10
15
20 k
25
30
35
40
实验四
离散系统分析
(2) 计算前100个点的零状态响应N=100; b=[1,2]; a=[1,0.4,-0.12]; x=ones(1,N); y=filter(b,a,x)
3.离散系统的频率响应
当离散因果LTI系统的系统函数H(z)的极点全部位于z平 面单位圆内时,系统的频率响应可由H(z)求出,即
H ( e ) H ( z ) z e j H ( e ) e
j
j
j ( )
[H, w]=freqz(b, a, n): 计算系统的n点频率响应H,w为频率点向量。 H=freqz(b, a, w) :计算系统在指定频率点向量w上的频响; freqz(b,a): 绘制频率响应曲线。 其中:b和a分别为系统函数H(z)的分子分母系数矩阵;
(3) 计算前100个时刻的完全响应 filter(b,a,x,zi)中的初始值zi不是y[-1]= 1, y[-2]= 2, 它可以由filtic函数计算。 N=100; b=[1,2]; a=[1,0.4,-0.12]; x=ones(1,N); zi=filtic(b,a,[1,2]); y=filter(b,a,x,zi);

数字信号处理实验指导书(2010)v1.001

数字信号处理实验指导书(2010)v1.001

数字信号处理 实验指导书(V1.001版)成都理工大学信息工程学院2010年9月目录第一部分实验基础 (3)第一章序列的产生 (3)1.1 单位采样序列 (3)1.2 单位阶跃序列 (4)1.3 指数序列 (5)1.4 实正弦序列 (6)1.5 斜坡序列 (7)1.6 复正弦序列 (8)1.7 随机序列 (9)第二章序列的基本运算 (10)2.1 信号的延迟 (10)2.2 信号相加 (11)2.3 信号相乘 (12)2.4 信号乘以标量值 (14)2.5 信号翻转 (14)2.6 信号和 (15)2.7 信号积 (16)2.8 信号能量 (16)第三章序列的变换 (18)3.1 Z变换 (18)3.2 Chirp Z变换 (19)3.3 DFT (21)3.4 FFT (22)3.5 DCT (23)3.6 Hilbert变换 (25)第四章 IIR数字滤波器设计 (28)4.1 Butterworth低通滤波器 (29)4.2 Chebyshev I型低通滤波器 (31)4.3 Chebyshev I型高通滤波器 (32)4.4 Chebyshev I型带通滤波器 (33)4.5 Chebyshev I型带阻滤波器 (34)4.6 基于冲激响应不变法的IIR数字滤波器 (35)第五章 FIR数字滤波器设计 (38)5.1 基于频率抽样法的FIR数字滤波器设计 (38)5.2 基于Chebyshev逼近法的FIR数字滤波器设计 (40)第二部分实验内容 (42)实验一信号、系统及系统响应 (42)实验二使用FFT作谱分析 (42)实验三使用双线性Z变换法设计IIR滤波器 (42)实验四使用窗函数法设计FIR滤波器 (43)第一部分实验基础第一章序列的产生1.1 单位采样序列(1)例程% 程序1.1-1% 一个单位采样序列的产生clf; % 清屏n = 0:20; % 产生从0到20的一个向量u = [1, zeros(1,20)]; % 产生单位采样序列stem(n,u); % 绘制单位采样序列xlabel(‘时间序号(n)’);ylabel(‘振幅’);title(‘单位采样序列’);axis([0 20 0 1.2]);% 程序1.1-2% 一个移位单位采样序列的产生clf; % 清屏n = -10:20; % 产生从-10到20的一个向量u = [zeros(1,10), 1, zeros(1,20)]; % 产生单位采样序列stem(n,u); % 绘制单位采样序列xlabel(‘时间序号(n)’);ylabel(‘振幅’);title(‘单位采样序列’);axis([-10 20 0 1.2]);(2)程序运行结果时间序号(n)振幅单位采样序列时间序号(n)振幅单位采样序列图1.1-1 例程1.1-1运行结果 图1.1-2 例程1.1-2运行结果1.2 单位阶跃序列(1)例程% 程序1.2-1% 一个单位阶跃序列的产生clf; % 清屏n = 0:20; % 产生从0到20的一个向量 s = [ones(1,20)]; % 产生单位阶跃序列stem(n,u);% 绘制单位采样序列 xlabel(‘时间序号(n)’); ylabel(‘振幅’);title(‘单位采样序列’); axis([0 20 0 1.2]);(2)程序运行结果时间序号(n)振幅单位阶跃序列图1.2-1 例程1.2-1的运行结果1.3 指数序列(1)例程% 程序1.3-1% 一个复指数序列的产生clf; % 清屏c = -(1/12) + (pi/6)*I;K = 2;n = 0:40;x = K*exp(c*n);subplot(2,1,1);stem(n, real(x)); % 绘制复指数序列实部xlabel(‘时间序号(n)’);ylabel(‘振幅’);title(‘实部’);subplot(2,1,2);stem(n, imag(x)); % 绘制复指数序列虚部xlabel(‘时间序号(n)’);ylabel(‘振幅’);title(‘虚部’);% 程序1.3-2% 一个实指数序列的产生clf; % 清屏n = 0:35;a = 1.2;K = 0.2;x = K*a.^n;stem(n,x); % 绘制实指数序列xlabel(‘时间序号(n)’);ylabel(‘振幅’);(2)程序运行结果时间序号(n)振幅时间序号(n)振幅虚部时间序号(n)振幅图1.3-1 例程1.3-1的运行结果 图1.3-2 例程1.3-2的运行结果1.4 实正弦序列(1)例程% 程序1.4-1% 一个实正弦序列的产生clf; % 清屏 n = 0:40; f = 0.1; phase = 0; A = 1.5;arg = 2*pi*f*n – phase; x = A * cos(arg);stem(n, x); % 绘制正弦序列 xlabel(‘时间序号(n)’); ylabel(‘振幅’); title(‘正弦序列’); grid;axis([0 40 -2 2]);(2)程序运行结果时间序号(n)振幅正弦序列图1.4-1 例程1.4-1的运行结果1.5 斜坡序列(1)例程% 程序1.5-1% 一个斜坡序列的产生clear all ; N = 32; k = 4; B = 3;x = [zeros(1,k),ones(1,N-k)]; for i=1:N x(i) = B*x(i)*(i-k); endxn = 0:N-1; stem(xn,x);axis([-1 32 0 90]);(2)程序运行结果图1.5-1 例程1.5-1的运行结果1.6 复正弦序列(1)例程% 程序1.6-1% 一个复正弦序列的产生clear all;N = 32;A = 3;w = 314;xn = 0:N-1;x = A*exp(j*w*xn);stem(xn,x);axis([-1 32 -3.2 3.2]);(2)程序运行结果图1.6-1 例程1.6-1的运行结果1.7 随机序列(1)例程% 程序1.7-1% 一个随机序列的产生lear all;N = 8;x = zeros(1,N);x(1) = 8.0;x(2) = 3.4;x(3) = 1.8;x(4) = 5.6;x(5) = 2.9;x(6) = 0.7;xn = 0:N-1;stem(xn,x);axis([-1 8 0 8.2]);(2)程序运行结果图1.7-1 例程1.7-1的运行结果第二章 序列的基本运算在数字信号处理中,信号的基本运算包括移位、相加、相乘和翻转等。

赵雪英10版《数字信号处理》实验讲义

赵雪英10版《数字信号处理》实验讲义

《数字信号处理》实验讲义信息学院赵雪英2013.1前言数字信号处理是利用计算机或专用数字处理设备,采用数值计算的方法对信号进行处理的一门学科,它包括数据采集,变换、分析、综合、滤波、估值与识别等加工处理,以便于提取信息和应用。

数字信号处理的主要优点有:(1)灵活性好。

适合用计算机、可编程器件(如通用单片机、DSP、可编程逻辑器件等)实现,通过编程很容易改变数字信号处理系统得参数,从而使系统实现各种不同的处理功能。

如数字电话系统中采用的时分复用技术。

(2)稳定可靠。

(3)处理精度高。

(4)便于加解密。

(5)便于大规模集成化、小型化。

(6)便于自动化、多功能化。

(7)可实现模拟系统无法实现的复杂处理功能。

数字信号处理原理、实现和应用是本学科研究和发展的三个主要方面。

数字信号处理应用非常广泛,涉及语音、雷达、声呐、地震、图像处理、通信系统、系统控制、生物医学工程、机械振动、遥感遥测、航空航天、电力系统、故障检测和自动化仪表等领域。

MATLAB是美国MathWorks公司开发的一种功能极其强大的高技术计算语言和内容极其丰富的软件库。

其中的信号处理工具箱是一个内容丰富的信号处理软件库,是学习、应用数字信号处理的一个极好工具。

在学习数字信号处理理论的同时,熟练掌握MATLAB的使用,对理工科的学生是非常必要的。

目录实验一时域离散信号和系统 (4)实验二时域离散信号和系统的频域分析 (6)实验三离散傅里叶变换及其快速算法 (8)实验四特殊滤波器 (9)实验五IIR数字滤波器设计 (10)实验六FIR数字滤波器设计 (12)实验七综合实验-数字滤波器设计 (14)实验八时域离散系统的实现 (15)实验一 时域离散信号和系统一、实验目的(一)常用时域离散信号的MATLAB 表示 (二)应用MATLAB 求线性卷积 (三)应用MATLAB 求解差分方程 二、实验内容(一)常用时域离散信号的MATLAB 表示用两个参数向量x 和n 表示有限长序列x(n),x 是x(n)的样值向量,n 是位置向量; n 与x 长度相等。

《数字信号处理实验》指导书

《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(全)

《数字信号处理》实验指导书(全)

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》课件第1章

《数字信号处理实验》课件第1章

⑥初步了解MATLAB的基本流程控制语句及其使用方 法。
⑦通过例题,初步了解用MATLAB进行二维图形绘制 的方法和常用图形函数。
(2)阅读例1-1、例1-2程序,预先编写“实验内容与方 法”3、4中练习题的程序。
六、实验报告
(1)列写“实验内容与方法”1、2项中各条命令的意义。 (2)列写“实验内容与方法”3、4项中各练习题的程序, 并打印运行结果。
(2)在MATLAB命令窗口输入: B=[1+2i,3+4i;5+6i,7+8i] C=[1,3;5,7]+[2,4;6,8]*i 观察输出结果。试一试,如果C式中i前的*号省略, 结果如何? 输入: D=sqrt(2+3i)
D*D E=C F=conj(C) G=conj(C) 观察以上各输出结果,并在每式的后面标注其含义。
二、实验涉及的MATLAB子函数
1.abs 功能:求绝对值(幅值)。 调用格式:
y=abs(x);用于计算x的绝对值。 当x为复数时,得到的是复数模(幅值),即
abs(x) (Re(x))2 (Im(x))2
当x为字符串时,abs(x)得到字符串的各个字符的
ASCII码,例如x=123
abs(x)=49 50 51;输入
6.title 功能:在图形的上方标注图名。 调用格式:
title(string);在图形的上方标注由字符串表示的图名, 其中string的内容可以是中文或英文。
7.xlabel 功能:在横坐标的下方标注说明。 调用格式:
xlabel(string);在横坐标的下方标注说明,其中string 的内容可以是中文或英文。
abs(abc),则ans=97 98 99。
2.plot 功能:按线性比例关系,在x和y两个方向上绘制二

(印刷)数字信号处理实验讲义

(印刷)数字信号处理实验讲义

实验一线性卷积与圆周卷积一.实验目的理解离散序列的线性卷积与圆周卷积的原理,比较其相同和不同点,掌握线性卷积与圆周卷积的计算步骤和计算方法,能熟练使用Matlab的相关命令。

二.相关知识1.线形卷积:设两序列为x(n)和h(n),则x(n)和h(n)的线形卷积和定义为∑∞∞-= -=mnhnxmnhmxny)(*)()()()((1)卷积和的运算在图形表示上可分为四步:翻褶,移位,相乘,相加(1)翻褶:先在哑变量坐标m上作出x(m)和h(m),将h(m)以m=0的垂直轴为对称轴翻褶成h(-m)。

(2)移位:将h(-m)移位,即得h(n-m)。

当n为正整数时,右移n位。

当为负整数时,左移n位。

(3)相乘:再将h(n-m)和x(m)的相同m值的对应点值相乘。

(4)相加:把以上所有对应点的乘积叠加起来,即得y(n)值。

注意:对于得到结果的仍然是一个序列,若x(n)的长度是N,h(n)的长度是M,则y(n)的长度是N+M-1。

2.圆周卷积:设两序列为x(n)和h(n),则x(n)和h(n)的圆周卷积和定义为1010()()()[()(())]()[()(())]()N N N m N N N m y n x n h n x m h n m R n h m x n m R n -=-==⊗=-=-∑∑ (2)圆周卷积过程:1)补零:若x(n)的长度是N ,h(n)的长度是M ,取max(,)H N M ≥,对序列补零至H 点。

2)周期延拓:先在哑变量坐标m 上作出x(m)和h(m),将h(m)周期延拓。

3)翻褶,取主值序列:对h(m)以 m=0的垂直轴为对称轴翻褶成h (-m),然后取主值序列。

4)圆周移位:对得到的序列进行圆周移位。

5)相乘相加:与x(m)对应项相乘,并累加,得到y(n)1()x n 2()x n2((0))(N N x m R m -1112((1))(N N x mR m -1N -11()(y n x n -1N -22(n3.线形卷积与圆周卷积的关系:为何要探讨线形卷积与圆周卷积的关系?时域圆周卷积在频域上相当于两序列的DFT 的相乘,因而可以采用DFT 的快速算法——快速傅立叶变换(FFT )算法,它于线性卷积相比,计算速度可以大大加快。

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《数字信号处理》实验讲义信息学院赵雪英2013.1前言数字信号处理是利用计算机或专用数字处理设备,采用数值计算的方法对信号进行处理的一门学科,它包括数据采集,变换、分析、综合、滤波、估值与识别等加工处理,以便于提取信息和应用。

数字信号处理的主要优点有:(1)灵活性好。

适合用计算机、可编程器件(如通用单片机、DSP、可编程逻辑器件等)实现,通过编程很容易改变数字信号处理系统得参数,从而使系统实现各种不同的处理功能。

如数字电话系统中采用的时分复用技术。

(2)稳定可靠。

(3)处理精度高。

(4)便于加解密。

(5)便于大规模集成化、小型化。

(6)便于自动化、多功能化。

(7)可实现模拟系统无法实现的复杂处理功能。

数字信号处理原理、实现和应用是本学科研究和发展的三个主要方面。

数字信号处理应用非常广泛,涉及语音、雷达、声呐、地震、图像处理、通信系统、系统控制、生物医学工程、机械振动、遥感遥测、航空航天、电力系统、故障检测和自动化仪表等领域。

MATLAB是美国MathWorks公司开发的一种功能极其强大的高技术计算语言和内容极其丰富的软件库。

其中的信号处理工具箱是一个内容丰富的信号处理软件库,是学习、应用数字信号处理的一个极好工具。

在学习数字信号处理理论的同时,熟练掌握MATLAB的使用,对理工科的学生是非常必要的。

目录实验一时域离散信号和系统 (4)实验二时域离散信号和系统的频域分析 (6)实验三离散傅里叶变换及其快速算法 (8)实验四特殊滤波器 (9)实验五IIR数字滤波器设计 (10)实验六FIR数字滤波器设计 (12)实验七综合实验-数字滤波器设计 (14)实验八时域离散系统的实现 (15)实验一 时域离散信号和系统一、实验目的(一)常用时域离散信号的MATLAB 表示(二)应用MATLAB 求线性卷积(三)应用MATLAB 求解差分方程二、实验内容(一)常用时域离散信号的MATLAB 表示用两个参数向量x 和n 表示有限长序列x(n),x 是x(n)的样值向量,n 是位置向量; n 与x 长度相等。

例:应用MATLAB 表示正弦序列:()sin(/5),1010x n n n π=-≤≤(二)应用MATLAB 计算有限长序列的线性卷积(1)(,)y conv x h =例1.3.2 ()2()(1)2(2),()()2(1)(2),x n n n n h n n n n δδδδδδ=+---=+---设求()()*()y n x n h n =(2)[,](,,,)y ny convu h nh x nx =例:5()()(2),:()()*()h n x n R n y n x n h n ==+=求(三)应用MATLAB 求解差分方程已知差分方程:01()()()M Ni i i i y n b x n i a y n i ===---∑∑,求:(1)零状态解:yn=filter(b,a,x),其中,0101[,,...,],[,,...,]M N b b b b a a a a ==(2)全解:xi=filtic(b,a,ys,xs) 其中,0101[,,...,],[,,...,]M N b b b b a a a a ==,[(1),(2),(3),...,()],[(1),(2),(3),...()]ys y y y y N xs x x x x M =----=----yn=filter(b,a,x,xi)(3)单位脉冲响应()h n[h,t]=impz(b,a)[h,t]=impz(b,a,N)impz(b,a)(4)单位阶跃响应()s n[s,t]=stepz(b,a)[s,t]=stepz(b,a,N)stepz(b,a)(5)判断系统的稳定性。

|()|(())||1,1,2,...()n k h n M sum abs h z k N z roots a ∞=-∞=<∞→<=→=∑ 例1.4.1:已知差分方程()0.8(1)()y n y n x n =-+,()()x n n δ=,初始条件(1)1y -=,求:(1)差分方程的全解;(2)单位脉冲响应()h n ;(3)单位阶跃响应()s n ;(4)判断系统的稳定性实验二 时域离散信号和系统的频域分析一、实验目的1.掌握时域离散信号的傅里叶变换()j X e ω;2.掌握residuez 函数的应用;3.掌握求解系统的传输函数()j H e ω;二、实验内容1. 时域离散信号的傅里叶变换()j X e ωMATLAB 实现:X=dtft(x,nx,w)X=x*exp(-j*n’*w);例2.2.1:应用DTFT 函数求矩形序列()N R n 的傅里叶变换。

2.residuez 函数的应用[r,p,c]=residuez(b,a)[b,a]=residuez(r,p,c)r :X(z)的留数;p :X(z)的极点;c :直接项101111001...()()...()1M N M N k M k k N k k N k M Nb b z b z r B z X zc z a a z a z A z p z -------==≥+++===++++-∑∑14243注意:分子分母多项式均以1z -的升幂排列例1:2()341z X z z z =-+,求()x n 例2:1211(),||0.9(10.9)(10.9)X z z z z --=>-+,求()x n 3. 求解系统的传输函数()j H e ω(1)已知()h n ,求()j H e ω应用DTFT 函数→(,,)H dtft h nh w =(2)已知差分方程,求()j H e ω已知10()()()N Ml m l m y n a y n l b x n m ==+-=-∑∑[H,w]=freqz(b,a,N)[H,w] = fre qz(b,a,N,’whole’)H=freqz(b,a,w)例2.4.9:已知系统函数()1N H z z -=-,应用MATLAB 绘出8阶梳状滤波器的零极点图、幅频响应和相频响应曲线。

实验三 离散傅里叶变换及其快速算法一、实验目的1.掌握应用MATLAB 计算序列的DFT ;2.掌握应用MATLAB 计算序列的循环卷积;3.掌握快速卷积算法4.掌握重叠相加法计算线性卷积;二、基本内容1.应用MATLAB 计算序列的DFT :Xk=fft(xn,N),其中,xn 为时域序列;N 是DFT 变换区间的长度;当N 大于xn 的长度时,fft 函数自动在xn 后面补零;当N 小于xn 的长度时,fft 函数计算xn 的前面N 个元素构成的序列的N 点DFT ,忽略后面元素;函数返回xn 的N 点DFT 变换结果向量Xk 。

例3.1.22.应用MATLAB 计算序列的循环卷积:c=cconv(a,b,n) 或y=circonvt(x1,x2,N) 例3.2.13.快速卷积算法例3.5.1 设106()(),()()x n R n h n R n ==,验证用DFT 计算线性卷积的条件是1L N M ≥+-4. 重叠相加法计算线性卷积y = fftfilt(b,x)y = fftfilt(b,x,n)例3.5.2 设5()(),()[cos(/10)cos(2/5)]()h n R n x n n n u n ππ==+,用重叠相加法实现()()*()y n h n x n =,并画出h(n),x(n)和y(n)的波形。

实验四特殊滤波器一、实验目的1 简单FIR滤波器设计2 数字谐振器的设计3 数字陷波器的设计4 梳状滤波器的设计二、基本内容1简单FIR滤波器设计课后题5.72数字谐振器的设计例题5.4.13 数字陷波器的设计例题5.5.14 梳状滤波器的设计例题5.8.1实验五 IIR 数字滤波器设计一、实验目的1.了解脉冲响应不变法设计IIRDF ;2.了解双线性变换法设计IIRDF ;3.掌握应用MATLAB 函数设计IIR 数字滤波器二、基本内容:1脉冲响应不变法设计IIRDF脉冲响应不变法实用公式:11()(),()12()k a N k s T k j a k h n Th nT T A H z e z k H e H j T ωωπ-=∞=-∞==--⎛⎫= ⎪⎝⎭∑∑ MATLAB 函数:[bz,az] = impinvar(b,a,fs) 2双线性变换法设计IIRDF11211()()|a z s T z H z H s ---=+=,一般取T=2MATLAB 函数:[numd,dend]=bilinear(num,den,fs) 3 应用MATLAB 函数设计IIR 数字滤波器设计如下IIR 数字滤波器:1 设计巴特沃思、切比雪夫I 型、切比雪夫II 型、椭圆低通数字滤波器,满足以下性能指标: 0.4586,0.6,1,15p s Rp dB As dB ωπωπ====2设计巴特沃思、切比雪夫I 型、切比雪夫II 型、椭圆高通数字滤波器,满足以下性能指标: 0.4586,0.6,1,15s p Rp dB As dB ωπωπ====3设计巴特沃思、切比雪夫I 型、切比雪夫II 型、椭圆带通数字滤波器,满足以下性能指标: 12120.4,0.6,10.3,0.75,40p p s s Rp dBAs dB ωπωπωπωπ======4设计巴特沃思、切比雪夫I 型、切比雪夫II 型、椭圆带阻数字滤波器,满足以下性能指标: 12120.25,0.8,10.4,0.7,40p p s s Rp dBAs dBωπωπωπωπ======实验六FIR数字滤波器设计一、实验目的1.应用MATLAB进行窗函数法设计FIRDF2.应用MATLAB进行频率采样法设计FIRDF二、基本内容:1 MATLAB窗函数法设计FIRDF的相关函数(1)MATLAB窗函数的产生函数(2)窗函数法的MATLAB函数fir1语法格式:注意:设计高通和带阻FIR滤波器时,阶数n只能取偶数以保证h(n)长度为n+1为奇数。

但当用户将n设置为奇数时,fir1函数会自动对n加1。

例7.2.1例7.2.2例7.2.3凯塞窗例1凯塞窗例32应用MATLAB进行频率采样法设计FIRDF例7.3.1例7.3.2实验七综合实验-数字滤波器设计一、实验目的1.掌握FIR数字滤波器的综合设计2.掌握IIR数字滤波器的综合设计要求:分别设计FIR数字滤波器和IIR数字滤波器。

一个含有5Hz、20Hz和30Hz的混和正弦波信号,设采样频率为fs=150Hz,阻带衰减至少为50dB,绘制滤波前和滤波后的频谱图进行比较,要求如下:(1)只保留5Hz的正弦信号,即滤除20Hz和30Hz正弦信号;(2)只保留30Hz的正弦信号,即滤除5Hz和20Hz正弦信号;(3)只保留20Hz的正弦信号,即滤除5Hz和30Hz正弦信号;(4)保留5Hz和30Hz的正弦信号,即滤除20Hz正弦信号。

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