信号处理实验指导Word版

0,11)N -的输入序列，把它按⎩⎨⎧+=)12()2(r x r x 2N W ，title('傅立叶反变换');3.2.4 实验结果图（workspace里的各数据结果在此不一一列出）由图可知，离散时间信号经过傅里叶变换和傅里叶反变换后，没有发生改变，说明了程序的正确性。

3.2.5 频谱混叠%% 验证主程序clc;clear allTs=0.005; %采样时间间隔N=64; %采样点数T0=N*Ts; %采样时间长度M=N*Ts/T0; %M*T0为采样时间，M=1表示采样为整周期采样,M不等于1会发生频谱泄露M1=N1*Ts1/T1;for n=1:N1xx1(n)=10*sin(2*pi*50*n*Ts1+pi/3); %要进行傅立叶变换的连续时间函数endyy1=fft(xx1,N1); %对时域信号做傅立叶变换deltaf1=1/(T1*M1); %书上（6-78）for n=1:N1/2+1yy2(n)=yy1(n); %书上（6-76）endsubplot(2,1,2)f1=0:deltaf1:N1/2*deltaf1; %stem(f1,abs(yy2))xlabel('f/Hz');ylabel('|X(k)|/(A)');title('傅立叶变换');得到图像：四、实验分析1、比较快速傅里叶变换与离散傅里叶变换计算效率对于N 点DFT ，需进行2N 次复数乘法及(1)N N - 次复数加法，而对于同样点数的FFT ，则只需2log 2NN 次复数乘法和 2Nlog N 次复数加法，大大加快了运算速度。

2、离散傅里叶变换与z 变换的关系：有限长序列()x n 的离散傅里叶变换也可以定义为它的z 变换在z 平面单位圆上N 等分的均匀采样，即()[()]()k Nz W X k DFT x n X z -===同时，z 变换可由离散傅里叶变换通过内插函数构造。

医学信号处理实验1 离散时间信号的表示一、实验目的1．加深对离散时间信号特点的理解2．掌握MATLAB 中一些常用离散时间信号的表示方法 3．学习MATLAB 中M 文件的使用和调用函数方法二、实验方法与示例1．正弦信号离散正弦序列的MATLAB 表示与连续信号类似，只不过是用stem 函数而不是用plot 函数来画出序列的波形。

下面是正弦序列k ⎪⎭⎫⎝⎛6sin π的MATLAB 源程序。

%正弦序列实现程序 k=0:39;fk=sin(pi/6*k); stem(k,fk)title('正弦序列sin(pi/6*k)的波形') 程序运行结果如图1–1所示。

510152025303540-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81正弦序列sin(pi/6*k)的波形图1–1 正弦序列波形2．实指数序列离散实指数序列的一般形式为kca ，可用MA TLAB 中的数组幂运算（即点幂运算）c*k a .^来实现。

可直接实现 也可调用用MATLAB 编写绘制离散时间实指数序列波形的函数。

下面为实指数序列的波形函数。

function dszsu(c,a,k1,k2) %c ：指数序列的幅度 %a ：指数序列的底数%k1：绘制序列的起始序号 %k2：绘制序列的终止序号 k=k1:k2; x=c*(a.^k); stem(k,x,'filled')3．复指数序列对于复指数序列，其一般形式为[]kj kf k r eω=，可以通过调用下面绘制复指数序列时域波形的MATLAB 函数。

function dfzsu(n1,n2,r,w)%n1:绘制波形的虚指数序列的起始时间序号 %n2：绘制波形的虚指数序列的终止时间序号 %w ：虚指数序列的角频率 %r: 指数序列的底数 k=n1:n2;f=(r*exp(i*w)).^k; Xr=real(f); Xi=imag(f); Xa=abs(f); Xn=angle(f);subplot(2,2,1), stem(k,Xr,'filled'),title('实部'); subplot(2,2,3), stem(k,Xi,'filled'),title('虚部'); subplot(2,2,2), stem(k,Xa,'filled'),title('模'); subplot(2,2,4), stem(k,Xn,'filled'),title('相角');4．单位抽样序列可以通过借助MA TLAB 中的零矩阵函数zeros 表示。

通信工程学院12级1班罗恒2012101032实验一语音信号的低通滤波和短时分析综合实验一、实验要求1、根据已有语音信号,设计一个低通滤波器，带宽为采样频率的四分之一，求输出信号；2、辨别原始语音信号与滤波器输出信号有何区别，说明原因；3、改变滤波器带宽,重复滤波实验,辨别语音信号的变化，说明原因；4、利用矩形窗和汉明窗对语音信号进行短时傅立叶分析,绘制语谱图并估计基音周期，分析两种窗函数对基音估计的影响；5、改变窗口长度，重复上一步,说明窗口长度对基音估计的影响。

二、实验目的1.在理论学习的基础上，进一步地理解和掌握语音信号低通滤波的意义，低通滤波分析的基本方法。

2.进一步理解和掌握语音信号不同的窗函数傅里叶变化对基音估计的影响。

三、实验设备1.PC机；2。

MATLAB软件环境；四、实验内容1。

上机前用Matlab语言完成程序编写工作.2。

程序应具有加窗（分帧）、绘制曲线等功能。

3.上机实验时先调试程序,通过后进行信号处理。

4.对录入的语音数据进行处理,并显示运行结果。

5。

改变滤波带宽，辨别与原始信号的区别。

6。

依据曲线对该语音段进行所需要的分析,并且作出结论。

7.改变窗的宽度(帧长）,重复上面的分析内容。

五、实验原理及方法利用双线性变换设计IIR滤波器（巴特沃斯数字低通滤波器的设计），首先要设计出满足指标要求的模拟滤波器的传递函数Ha(s)，然后由Ha（s）通过双线性变换可得所要设计的IIR滤波器的系统函数H(z)。

如果给定的指标为数字滤波器的指标，则首先要转换成模拟滤波器的技术指标,这里主要是边界频率Wp和Ws的转换，对ap和as指标不作变化。

边界频率的转换关系为∩=2/T tan（w/2).接着,按照模拟低通滤波器的技术指标根据相应设计公式求出滤波器的阶数N和3dB截止频率∩c ；根据阶数N查巴特沃斯归一化低通滤波器参数表,得到归一化传输函数Ha(p）；最后，将p=s/ ∩c 代入Ha（p）去归一，得到实际的模拟滤波器传输函数Ha（s）。

实验一 信号频谱的测量一、实验目的1、掌握信号频谱的测量方法，加深对周期信号频谱特点的了解。

2、研究矩形脉冲时域周期和脉宽的变化对频谱结构的影响，了解时域和频域间的关系。

3、学习TH-SG01P 型功率函数信号发生器各旋钮、开关的作用及其使用方法。

4、学习虚拟示波器的使用方法。

二、原理及说明1、周期信号的频谱分为幅度谱、相位谱和功率谱三种，分别是信号各频率分量的振幅，初相和功率按频率由低到高依次排列构成的图形。

通常讲的频谱指幅度谱，它可选频表或波形分析仪逐个频率测试而得，也可用频率谱仪直接显示，现在更多的是应用虚拟示波器的FFT 变换来实现。

2、连续周期信号频谱的特点是离散性、谐波性和幅度总趋势的收敛性，可以通过对正弦波、三角波、方波（或矩形脉冲）频谱的具体测试而得到验证。

（1）、正弦波的频谱特别简单，即本身频率的振幅，如图1-1所示。

图1-1 正弦波及其频谱（2）、宽度为2τ，高度为A 的三角波的频谱，当2T τ=时，2()2k k A A Sa π=，如图1-2所示。

图1-2 三角波及其频谱ω12ω1k ω13ω ω1ωAk A13ω15ωω12ω 24/(5)A π24/(3)A π /2A1k ωω1ω24/A πkA（3）、矩形脉冲的频谱，122k k A A Sa Tωττ⎛⎫=⎪⎝⎭。

当为方波2T τ=时，12k k A A Sa ωτ⎛=⎝图1-3 （4）、周期型矩形脉冲的频谱按122k A Sa Tωττ⎛⎫⎪⎝⎭规律变化，它的第一个零点频率2πτ取决于脉宽τ，谱线的疏密取决于周期T 。

当脉宽τ不变时，在20πτ内谱线会增多而变密；当周期T 不变而脉宽τ减小时，其第一零点频率会增高，从而使20πτ内的谱线增多；谱线高度都会因T 增大或τ减小而降低。

因此，信号的波形和其频谱间是一一对应的，它们不过是对同一信号的两种不同描述方式罢了。

在频域中，常把20πτ的一段频率范围定义为信号的有效频带宽度，对于5T τ≥的矩形脉冲，这种定义就比较精确了。

实验一时域分析实验一.实验目的(1)熟悉MATLAB开发环境。

(2)掌握MATLAB各种表达式的书写规则以及常用函数的使用。

(3)熟悉MATLAB的基本操作(4)熟悉MATLAB中产生信号和绘制信号的基本命令。

(5)熟悉序列的简单运算，如：加法、标量乘法、时间反转、延时、乘法等。

二.实验原理MATLAB (矩阵实验室的简称)是一种专业的计算机程序，用于工程科学的矩阵数学运算。

但在以后的几年内，它逐渐发展为一种极其灵活的计算体系，用于解决各种重要的技术问题。

MA TLAB程序执行MATLAB语言，并提供了一个极其广泛的预定义函数库，这样就使得技术工作变得简单高效。

三.实验任务及步骤1、学习了解MATLAB的实验环境：在Windows桌面上，双击MA TLAB图标，即可进入MA TLAB系统命令窗口。

图1-1 MATLAB系统命令窗口当MA TLAB运行时，有多种类型的窗口，有的用于接收命令，有的用于显示信息。

三个重要的窗口有命令窗口；图像窗口；编辑/调试窗口；它们的作用分别为输入命令；显示图形；充许使用者创建和修改MATLAB程序。

在本节课中我们将会看到这三个窗口的例子。

当MA TLAB程序启动时，一个叫做MATLAB桌面的窗口出现了。

默认的MATLAB桌面结构如图1-1所示。

在MA TLAB集成开发环境下，它集成了管理文件、变量和应用程序的许多编程工具。

在MA TLAB桌面上可以得到和访问的窗口主要有：■命令窗口（The Command Window）■命令历史窗口（The Command History Window）■启动平台（Launch Pad）■编辑调试窗口（The Edit/Debug Window）■工作台窗口和数组编辑器（Workspace Browser and Array Editor）■帮助空间窗口（Help Browser）■当前路径窗口（Current Directory Browser）1.1 命令窗口MA TLAB桌面的右边是命令窗口。

实验一元件参数及性能的测定一、实验目的1.学会识别常用电路元件的方法。

2.掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的逐点测试法。

3.掌握实验台上直流电工仪表和设备的使用方法。

4.用实验证明电路中电位的相对性、电压的绝对性。

5.掌握电路电位图的绘制方法。

二、实验原理任何一个二端元件的特性都可以用电压和电流的方程式V=IR来表示，利用这一公式的前提是电压V和电流I的参考方向相关联，即参考方向一致。

如果参考方向相反，则方程式为V=-IR。

除了上述的表述方法以外，二端元件的特性还可以用该元件的端电压U与通过该元件的电流I之间的函数关系I=f(U)来描述，即在U-I平面上采用逐点测试的方法，测试一条电流和电压对应关系曲线，这条曲线称为该元件的伏安特性曲线。

电阻元件是一种对电流呈现阻力的元件，有阻碍电流流动的性能。

当电流通过电阻元件时，必然要消耗能量，沿着电流流动的方向将产生电压降。

其值的大小等于该电流与电阻的乘积，这一关系称为欧姆定律。

1、线性电阻元件当电阻元件R的阻值不随电压或电流的Array大小变化而变化时，则电阻R两端的电压与流过的电流成正比，符合这种条件的电阻元件称为线性电阻元件。

线性电阻的伏安特性曲线如图1-1（A）所示，它是一条通过坐标原点的直线,其斜率等于该电阻阻值的倒数。

2、非线性电阻元件电路中大部分元件是不具备上述线性电阻元件的，这类元件叫非线性电阻元件。

半导体二极管就是典型的非线性电阻元件，其伏安特性如图1-1（C）所示。

它的阻值随着流过的电流大小而变化。

当外加电压的极性和二极管的极性相同时，称为正向连接。

正向连接时二极管的阻值很小（十几欧至几十欧），正向压降很小（锗管为0.2―0.3V，硅管约为0.5―0.7V）,正向电流随正向压降的升高而呈指数规律变化。

当外加电压极性与二极管极性不相同时，称为反向连接。

反向电压从零伏一直增加到十几伏，反向电流值很小且其变化也很小（约为微安级）。

半导体二极管的这一特性称为单向导电性。

实验一 周期信号波形的叠加本实验是用计算机仿真的方法来观察周期信号叠加的原理及过程。

一、实验目的通过运行、观察各次谐波合成三种非正弦周期信号（方波、锯齿波、三角波）的过程，以及改变某次谐波的幅值或相位角值对合成波所产生的影响，以加深对周期信号频谱结构和叠加原理的认识。

二、实验前预习内容（P6-P8页预习报告） 三、实验原理根据傅里叶级数的理论，凡满足狄里赫利条件的周期信号x （t ）都可以展开为0001()(cos sin )n n n x t a a n t b n t ωω∞==++∑∑∞=++=100)sin(n n n t n A a ϕω这说明周期信号是由一个或几个，乃至无穷多个不同频率、不同幅值和不同相位的谐波叠加而成的，因此可以用谐波信号叠加合成出复杂的周期信号。

四、实验设备计算机及本实验仿真软件。

五、软件启动及说明：1． 启动计算机并找到本实验仿真软件的子目录，点击执行文件“测试技术实验.exe ”则出现一个封面，点击“进入”后，进入本实验界面。

2． 进入界面后，点击工具栏上的“实验一”，即可进入实验，接着请在出现的对话框上选择波形和填写“改阶次”、“振幅比”、“相位差”、“直接显阶”参数，输入数据的时候请从主键盘输入，小键盘已经被锁定；本软件预设置的是方波、改阶＝0、振幅比＝1、相位差＝0、直接显阶＝1。

参数说明：TYPE —— 波形代号（1—方波；2—锯齿波；3—三角波） 改阶—— 要改变某谐波的幅值或初相角的阶次，不改则输入零。

振幅比—— 由改阶次所确定的那阶谐波改变后的振幅与其原理论振幅之比。

本实验的理论方波、锯齿波、三角波的幅值均设计为1。

相位差——由改阶次确定的那阶谐波改变后的相位角与其原来相位角之差。

直接显阶 ——不依次运行，而直接显示合成至某阶的合成波形图。

n —— 当前谐波的阶次（运行某波形所达到的阶次） A —— 振幅 ϕ —— 相位角3． 点击“继续”键后则自动显示出相关图形，屏幕上方显示当前波的参数，下方显示输入的各参数。

信号处理实验指导书北京科技大学信息工程学院测控技术与仪器系2006年10月目录实验一典型连续时间信号及其频谱分析 (2)实验二方波信号中时域参数的改变对频谱的影响 (4)实验三周期非正弦信号的分解与合成 (5)实验四信号的抽样及恢复 (7)实验五一阶电路的暂态响应 (9)实验六二阶电路的暂态响应 (11)实验七滤波器特性分析 (12)实验八滤波器设计及性能分析 (15)附录信号与系统模块组成介绍 (18)实验一典型连续时间信号及其频谱分析一．实验目的1．掌握利用傅立叶级数进行频谱分析的方法；2．熟悉典型连续时间信号的时域波形和频域频谱；3．建立信号在时域与频域之间的联系。

二．实验仪器双踪示波器，信号与系统实验平台，计算机（虚拟仪表）三．实验要求1．复习周期信号的三角型傅立叶级数和指数型傅立叶级数的概念及变换公式2．正弦函数的傅立叶变换，复习出8n的各阶级数表达式<3．周期方波函数的傅立叶变换，复习出8n的各阶级数表达式<4．周期三角波函数的傅立叶变换，复习出8n的各阶级数表达式<5．周期半波函数的傅立叶变换，复习出8<n的各阶级数表达式6．周期全波函数的傅立叶变换，复习出8n的各阶级数表达式<四．实验内容1．将信号发生器设置为正弦函数波形，设定适当的幅值，频率从1KHz到50KHz变化，步距5KHz。

利用示波器观察时域波形并记录，在计算机上观察频谱并记录；连接方法：连接P702与P101（P101为毫伏表和DSP输入），并将示波器探头连接TP702。

2．将信号发生器设置为方波函数波形，设定适当的幅值，频率从1KHz到50KHz变化，步距5KHz。

利用示波器观察时域波形并记录，在计算机上观察频谱并记录；3．将信号发生器设置为三角函数波形，设定适当的幅值，频率从1KHz到50KHz变化，步距5KHz。

利用示波器观察时域波形并记录，在计算机上观察频谱并记录；4．将信号发生器设置为半波函数波形，设定适当的幅值，频率从1KHz到50KHz变化，步距5KHz。

数字信号处理MATLAB上机实验第三章3-23已知序列x（n）=｛1，2，3, 3，2，1｝1）求出x(n)的傅里叶变换X（ejω），画出幅频特性和相频特性曲线(提示：用1024点FFT近似X（ejω）)；2）计算x（n)的N(N≥6）点离散傅里叶变换X（k)，画出幅频特性和相频特性曲线；3) 将X（ejω）和X(k)的幅频特性和相频特性曲线分别画在同一幅图中, 验证X（k）是X(ej ω）的等间隔采样, 采样间隔为2π/N;4）计算X(k）的N点IDFT，验证DFT和IDFT的惟一性。

实验分析（1）题用1024点DFT近似x(n）的傅里叶变换.(2）题用36点DFT。

(4）题求傅里叶反变换验证IDFT的惟一性.实验代码及截图1到3问xn=[1 2 3 3 2 1］；Xen=fft(xn,1024);n1=0:length（Xen)—1;amp = abs(Xen)；phi = angle（Xen);Xkn=fft（xn，36);n2=0：length(Xkn)-1;amp2 = abs（Xkn）；phi2 = angle(Xkn）;subplot（221);plot（n1,amp)title（’Xejw幅频特性');xlabel('n')；ylabel（'Amp') subplot（222)；plot（n1，phi）title('Xejw相频特性')；xlabel（’n’)；ylabel('Phi'）subplot（223）；stem（n2，amp2，'。

’）title（'Xk幅频特性’）;xlabel('n')；ylabel('Amp'）subplot(224)；stem（n2,phi2，’.’)title(’Xk相频特性');xlabel('n’）;ylabel（’Phi'）截图如下第4问xn=[1 2 3 3 2 1］；Xkn2=fft(xn,6）；x6n=ifft(Xkn2）；n2=0:length（x6n）-1;subplot（2，1，2）；stem(n2，x6n,'。

实验五2019年12月5日一、实验目的1。

加深对数字滤波器分类与结构的了解。

2.掌握数字滤波器各种结构相互间的转换方法与MATLAB子函数.3。

加深对模拟滤波器基本类型、特点和主要设计指标的了解。

4.掌握模拟低通滤波器原型的设计方法与相关MATLAB子函数。

5。

理解模拟频域变换法，掌握使用模拟低通滤波器原型进行频率变换及设计低通、高通、带通、带阻滤波器的方法。

6。

了解模拟频率变换的MATLAB子函数及其使用方法.7。

理解脉冲响应不变法设计IIR数字滤波器的基本方法，掌握使用模拟滤波器原型进行脉冲响应变换的方法。

8.了解脉冲响应变换的MATLAB子函数及其使用方法.二、实验用到的MATLAB函数1。

tf2latc 将数字滤波器由直接型转换为格型结构2。

latc2tf 将数字滤波器由格型结构转换为直接型3.buttord 确定巴特沃兹滤波器的阶数和3dB截止频率4.cheb1ord 确定切比雪夫I型滤波器的阶数和3dB截止频率5。

cheb2ord 确定切比雪夫II型滤波器的阶数和3dB截止频率6。

ellipord 确定椭圆滤波器的阶数和3dB截止频率7。

buttap 巴特沃兹模拟低通滤波器原型8。

cheb1ap 切比雪夫I型模拟低通滤波器原型9.cheb2ap 切比雪夫II模拟低通滤波器原型10.ellipap 椭圆模拟低通滤波器原型11。

poly 求某向量制定根所对应的特征多项式12。

poly2str 以习惯方式显示多项式13.pzmap 显示连续系统的零极点分布图14.lp2lp 低通到低通模拟滤波器转换15.lp2hp 低通到高通模拟滤波器转换16.lp2bp 低通到待遇模拟滤波器转换17。

lp2bs 低通到带阻模拟滤波器转换18.set 设置图形对象属性19。

impinvar 用脉冲响应不变法实现模拟到数字的滤波器转换三、实验原理1。

数字滤波器的分类离散LSI系统对信号的响应过程实际上就是对信号进行滤波的过程.因此，离散LSI系统又称为数字滤波器。

信号处理实验指导书（信号与系统部分）电子科技大学通信学院崔琳莉何春潘晔杨鍊朱学勇目录目录 (I)第一部分信号与系统实验总体介绍 (2)第二部分信号与系统软件实验 (3)实验项目一：信号的基本表示及时域分析 (3)实验项目二：频域及变换域分析 (8)实验项目三：基于S IMULINK的LTI因果系统的建模 (13)第三部分信号与系统硬件实验 (22)实验项目四-1：连续系统的幅频特性 (22)实验项目四-2：连续信号的采样和恢复 (26)附录一MATLAB基础 (32)附录二信号处理TOOLBOX介绍 (37)附录三信号与系统硬件实验设备介绍 (42)第一部分信号与系统实验总体介绍一、信号与系统实验的任务通过本实验课程，要求学生深入掌握对信号与系统的基本分析方法；加深学生对信号与系统时域、频域和变换域的理解，切实增强学生理论联系实际的能力。

二、信号与系统实验简介本实验课程包含12学时的软件实验和4学时的硬件实验。

软件实验是基于MATLAB 实现信号的表示、时域分析、频域分析、变换域分析，能够设计给定指标的滤波器，运用SIMULINK平台对系统建模。

硬件实验是基于信号系统硬件实验箱，测试系统的幅频特性以及采样定理的验证。

三、信号与系统课程适用的专业通信、电子信息类等专业。

四、信号与系统实验涉及的核心知识点线性时不变系统的冲激响应、卷积和、信号的频谱、系统的频率响应特性、采样及恢复、调制与解调、系统的转移函数，零、极点分布，滤波器设计、SIMULINK使用等。

五、信号与系统实验的重点与难点运用MATLAB对信号与系统的时域、频域分析，设计滤波器，熟练运用SIMULINK仿真平台。

六、考核方式总成绩= （实验现场考核10分+实验报告15分）*4七、总学时本实验课程共计16学时八、教材名称及教材性质V.Oppenheim,A.S.Willsky,S.H.Nawab, Signals&Systems,Prentice-Hall,1999John R.Buck,Michael M.Daniel, Exploration in Signals and Systems Using MATLAB九、参考资料1.蒋绍敏，信号与系统实验，电子科技大学通信学院，2000年7月2.梁虹等，信号与系统分析及MA TLAB实现，电子工业出版社，2002年2月3.S.K.Mitra著，孙洪，于翔宇等译，数字信号处理试验指导书（MA TLAB版），电子工业出版社，2005年1月第二部分 信号与系统软件实验实验项目一信号的基本表示及时域分析一、实验项目名称：信号的基本表示及时域分析二、实验目的与任务：目的：1、掌握几种基本的离散时间信号（包括单位采样序列，单位阶跃序列，单频正弦序列，单频复指数序列，实指数序列等），并能够熟练利用MA TLAB 产生这些信号。

目录绪论 (1)1离散时间信号和系统分析1.1 离散时间信号产生与运算 (2)1.2 离散时间系统的时域分析 (9)1.3 离散时间系统的频域分析 (13)1.4 离散时间系统频响的零极点确定 (14)2快速傅立叶变换的应用2.1 FFT的计算 (17)2.2 利用FFT进行谱分析 (18)2.3利用FFT实现快速卷积 (19)3数字滤波器的设计3.1数字滤波器的结构 (23)3.2无限冲激响应(IIR)数字滤波器的设计 (25)3.3有限冲激响应(FIR)数字滤波器的设计 (27)4综合应用举例4.1 语音信号处理 (32)4.2 电话拨号音的合成与识别 (32)绪论数字信号处理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。

随着计算机技术和大规模集成电路技术的发展,数字信号处理以其方便、灵活等特点引起人们越来越多的重视。

在40多年的发展过程中,这门学科基本形成了一套完整的理论体系，其中也包括各种快速、优良的算法,而且数字信号处理的理论和技术也在不断、快速地丰富和完善，新理论和新技术也层出不穷。

学习这门课程的过程中，容易使人感到数字信号处理的概念抽象难懂，其中的分析方法与基本理论不容易很好地理解与掌握。

因此，如何理解与掌握课程中的基本概念、基本原理、基本分析方法以及综合应用所学知识解决实际问题的能力，是本课程学习中所要解决的关键问题。

Matlab是一种面向科学和工程的高级语言，现已成为国际上公认的优秀的科技界应用软件，在世界范围内广为流行和使用。

在欧美高等院校里,Matlab已成为大专院校学生、教师的必要基本技能，广泛应用于科学研究、工程计算、教学等。

上世纪90年代末和本世纪初Matlab在我国也被越来越多地应用于科研和教学工作中。

Matlab是一套功能强大的工程计算及数据处理软件，在工业，电子，医疗和建筑等众多领域均被广泛运用。

它是一种面向对象的，交互式程序设计语言，其结构完整又具有优良的可移植性。

信号分析与处理实验指导书信息学院电子信息教研室2009-2010学年第2学期前言“信号分析与处理”是电气工程及其自动化、无线电技术、自动控制、通信工程、生物医学电子工程、信号图像处理、空间技术等专业的一门重要的专业基础课，也是国内各院校相应专业的主干课程。

当前，科学技术的发展趋势既高度综合又高度分化，这要求高等院校培养的大学生，既要有坚实的理论基础，又要有严格的工程技术训练，不断提高实验研究能力、分析计算能力、总结归纳能力和解决各种实际问题的能力。

21 世纪要求培养“创造型、开发型、应用型”人才，即要求培养智力高、能力强、素质好的人才。

由于该课程核心的基本概念、基本理论和分析方法都非常重要，而且系统性、理论性很强，为此在学习本课程时，开设必要的实验，对学生加深理解深入掌握基本理论和分析方法，培养学生分析问题和解决问题的能力，以及使抽象的概念和理论形象化、具体化，对增强学习的兴趣有极大的好处，做好本课程的实验，是学好本课程的重要教学辅助环节。

在做完每个实验后，请务必写出详细的实验报告，包括实验方法、实验过程与结果、心得和体会等。

目录实验一、基本运算单元 (4)实验二、周期信号的分解与合成 (8)实验三、无源和有源滤波器（LPF、HPF、BPF、BEF） (11)实验四、信号的采样与恢复 (14)实验五、二阶系统的轨迹 (16)附录1：TKSS-B 型信号与系统实验箱使用说明书 (19)实验一 基本运算单元一、实验目的1、熟悉由运算放大器为核心元件组成的基本运算单元2、掌握加法器、积分器和微分器的电路连接 二、实验设备与仪器1、信号与系统实验箱TKSS-B 型；2、双踪示波器。

三、实验原理1、运算放大器运算放大器实际就是高增益直流放大器，当它与反馈网络连接后，就可实 现对输入信号的加法、积分、微分等多种数学运算，运算放大器因此而得名。

运算放大器的引脚如图1-1 所示。

图1-1 运算放大器由图可见，它具有两个输入端和一个输出端：当信号从“－”端（即引脚2）输入时，输出信号与输入信号反相，故“－”端称为反相输入端；而从“＋”端（即引脚3）输入时，输出信号与输入信号同相，故称“＋”端为同相输入端。

工程测试与信号处理实验报告姓名班级学号指导教师2012年下学期实验目录实验一金属箔式应变片――单臂电桥性能实验实验二金属箔式应变片――半桥性能实验实验三金属箔式应变片――全桥性能实验实验四金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验实验五电容式传感器地位移特性实验实验六光电转速传感器地转速测量实验实验七霍尔测速实验实验八磁电式转速传感器地测速实验实验九电涡流传感器地位移特性实验实验十被测体材质对电涡流传感器地特性影响实验实验一金属箔式应变片――单臂电桥性能实验一、实验目地：了解金属箔式应变片地应变效应,单臂电桥工作原理和性能.二、基本原理：电阻丝在外力作用下发生机械变形时,其电阻值发生变化,这就是电阻应变效应,描述电阻应变效应地关系式为：ΔR／R＝Kε式中ΔR／R为电阻丝电阻相对变化,K为应变灵敏系数,ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化,金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成地应变敏感元件,通过它转换被测部位受力状态变化、电桥地作用完成电阻到电压地比例变化,电桥地输出电压反映了相应地受力状态.,对单臂电桥输出电压U o1= EKε/4.三、需用器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器－电子秤、砝码、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表（自备）.四、实验步骤：1、根据图（1－1）应变式传感器（电子秤）已装于应变传感器模板上.传感器中各应变片已接入模板地左上方地R1、R2、R3、R4.加热丝也接于模板上,可用万用表进行测量判别,R1＝R2＝R3＝R4＝350Ω,加热丝阻值为50Ω左右图1－1 应变式传感器安装示意图2、接入模板电源±15V（从主控台引入）,检查无误后,合上主控台电源开关,将实验模板调节增益电位器R W3顺时针调节大致到中间位置,再进行差动放大器调零,方法为将差放地正负输入端与地短接,输出端与主控台面板上数显表输入端V i相连,调节实验模板上调零电位器R W4,使数显表显示为零（数显表地切换开关打到2V档）.关闭主控箱电源（注意：当R w3、R w4地位置一旦确定,就不能改变.一直到做完实验三为止）.3、将应变式传感器地其中一个电阻应变片R1（即模板左上方地R1）接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥（R5、R6、R7模块内已接好）,接好电桥调零电位器R W1,接上桥路电源±4V （从主控台引入）如图1－2所示.检查接线无误后,合上主控台电源开关.调节R W1,使数显表显示为零.图1－2应变式传感器单臂电桥实验接线图4、在电子称上放置一只砝码,读取数显表数值,依次增加砝码和读取相应地数显表值,直到200g（或500g）砝码加完.记下实验结果填入表1－1,关闭电源.5、根据表1－1计算系统灵敏度S＝ΔU/ΔW（ΔU输出电压变化量,ΔW重量变化量）和非线性误差δf1=Δm/y F..S ×100％式中Δm为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线地最大偏差：y F·S 满量程输出平均值,此处为200g（或500g）.五、思考题：单臂电桥时,作为桥臂电阻应变片应选用：（1）正（受拉）应变片（2）负（受压）应变片（3）正、负应变片均可以.实验二金属箔式应变片――半桥性能实验一、实验目地：比较半桥与单臂电桥地不同性能、了解其特点.二、基本原理：不同受力方向地两只应变片接入电桥作为邻边,电桥输出灵敏度提高,非线性得到改善.当应变片阻值和应变量相同时,其桥路输出电压U O2＝EKε／2.三、需用器件与单元：同实验一.四、实验步骤：1、传感器安装同实验一.做实验（一）地步骤2,实验模板差动放大器调零.2、根据图1－3接线.R1、R2为实验模板左上方地应变片,注意R2应和R1受力状态相反,即将传感器中两片受力相反（一片受拉、一片受压）地电阻应变片作为电桥地相邻边.接入桥路电源±4V,调节电桥调零电位器R W1进行桥路调零,实验步骤3、4同实验一中4、5地步骤,将实验数据记入表1－2,计算灵敏度S2＝U／W,非线性误差δf2.若实验时无数值显示说明R2与R1为相同受力状态应变片,应更换另一个应变片.图1－3应变式传感器半桥实验接线图表1－2半桥测量时,输出电压与加负载重量值五、思考题：1、半桥测量时两片不同受力状态地电阻应变片接入电桥时,应放在：（1）对边（2）邻边.2、桥路（差动电桥）测量时存在非线性误差,是因为：（1）电桥测量原理上存在非线性（2）应变片应变效应是非线性地（3）调零值不是真正为零.实验三金属箔式应变片――全桥性能实验一、实验目地：了解全桥测量电路地优点.二、基本原理：全桥测量电路中,将受力性质相同地两应变片接入电桥对边,当应变片初始阻值：R1＝R2＝R3＝R4,其变化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时,其桥路输出电压U03＝KEε.其输出灵敏度比半桥又提高了一倍,非线性误差和温度误差均得到改善.三、需用器件和单元：同实验一四、实验步骤：1、传感器安装同实验一.2、根据图1－4接线,实验方法与实验二相同.将实验结果填入表1－3；进行灵敏度和非线性误差计算.1－4全桥性能实验接线图表1－3全桥输出电压与加负载重量值五、思考题：1、全桥测量中,当两组对边（R1、R3为对边）电阻值R相同时,即R1＝R3,R2＝R4,而R1≠R2时,是否可以组成全桥：（1）可以（2）不可以.2、某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片,如何利用这四片电阻应变片组成电桥,是否需要外加电阻.图1－5应变式传感器受拉时传感器圆周面展开图实验四 金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较一、实验目地：比较单臂、半桥、全桥输出时地灵敏度和非线性度,得出相应地结论.二、实验步骤：根据实验一、二、三所得地单臂、半桥和全桥输出时地灵敏度和非线性度,从理论上进行分析比较.阐述理由（注意：实验一、二、三中地放大器增益必须相同）.FF实验五电容式传感器地位移实验一、实验目地：了解电容式传感器结构及其特点.二、基本原理：利用平板电容C＝εA／d和其它结构地关系式通过相应地结构和测量电路可以选择ε、A、d中三个参数中,保持二个参数不变,而只改变其中一个参数,则可以有测谷物干燥度（ε变）测微小位移（变d）和测量液位（变A）等多种电容传感器.三、需用器件与单元：电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、相敏检波、滤波模板、数显单元、直流稳压源.四、实验步骤：1、按图3－1安装示意图将电容传感器装于电容传感器实验模板上,判别C X1和C X2时,注意动极板接地,接法正确则动极板左右移动时,有正、负输出.不然得调换接头.一般接线：二个静片分别是1号和2号引线,动极板为3号引线.2、将电容传感器电容C1和C2地静片接线分别插入电容传感器实验模板C x1、C x2插孔上,动极板连接地插孔（见图4－1）.图4－1电容传感器位移实验接线图3、将电容传感器实验模板地输出端V o1与数显表单元V i相接（插入主控箱V i孔）,Rw调节到中间位置.4、接入±15V电源,旋动测微头推进电容器传感器动极板位置,每间隔0.2mm记下位移X与输出电压值,填入表4－1.表4－1 电容传感器位移与输出电压值5、根据表4－1数据计算电容传感器地系统灵敏度S和非线性误差δf.五、思考题：试设计利用ε地变化测谷物湿度地传感器原理及结构？能否叙述一下在设计中应考虑哪些因素？实验六磁电式转速传感器测速实验一、实验目地：了解磁电式测量转速地原理.二、基本原理：基于电磁感应原理,N匝线圈所在磁场地磁通变化时,线圈中感应电势：发生变化,因此当转盘上嵌入N个磁棒时,每转一周线圈感应电势产生N次地变化,通过放大、整形和计数等电路即可以测量转速.三、需用器件与单元：磁电式传感器、数显单元测转速档、直流源2－24V.四、实验步骤：1、磁电式转速传感器按图5－4安装传感器端面离转动盘面2mm左右.将磁电式传感器输出端插入数显单元Fin孔.（磁电式传感器两输出插头插入台面板上二个插孔）2、将显示开关选择转速测量档.3、将转速电源2－24V用引线引入到台面板上24V插孔,合上主控箱电开关.使转速电机带动转盘旋转,逐步增加电源电压观察转速变化情况.五、思考题：为什么说磁电式转速传感器不能测很低速地转动,能说明理由吗？实验七霍尔测速实验一、实验目地：了解霍尔转速传感器地应用.二、基本原理：利用霍尔效应表达式：U H＝K H IB,当被测圆盘上装上N只磁性体时,圆盘每转一周磁场就变化N次.每转一周霍尔电势就同频率相应变化,输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转物地转速.三、需用器件与单元：霍尔转速传感器、直流源＋5V、转动源2－24V、转动源单元、数显单元地转速显示部分.四、实验步骤：1、根据图5－4,将霍尔转速传感器装于传感器支架上,探头对准反射面内地磁钢.图7－1霍尔、光电、磁电转速传感顺安装示意图2、将5V直流源加于霍尔转速传感器地电源端（1号接线端）.3、将霍尔转速传感器输出端（2号接线端）插入数显单元Fin端,3号接线端接地.4、将转速调节中地＋2V－24V转速电源接入三源板地转动电源插孔中.5、将数显单元上地开关拨到转速档.6、调节转速调节电压使转动速度变化.观察数显表转速显示地变化.五、思考题：1、利用霍尔元件测转速,在测量上有否限制？2、本实验装置上用了十二只磁钢,能否用一只磁钢？实验八光电转速传感器地转速测量实验一、实验目地：了解光电转速传感器测量转速地原理及方法.二、基本原理：光电式转速传感器有反射型和透射型二种,本实验装置是透射型地,传感器端部有发光管和光电池,发光管发出地光源在转盘上反射后由光电池接受转换成电信号,由于转盘上有相间地16个间隔,转动时将获得与转速及黑白间隔数有关地脉冲,将电脉计数处理即可得到转速值.三、需用器件与单元：光电转速传感器、直流电源＋5V、转动源及2－24V直流源、数显单元.四、实验步骤：1、光电转速传感器已安装在三源板上,把三源板上地＋5V、接地V0与主控箱上地＋5V、地、数显表地Vin相连.数显表转换开关打到转速档.2、将转速源2－24V输出旋到最小,接到转动源24V插孔上.3、合上主控箱电源开关,使电机转动并从数显表上观察电机转速.思考题：已进行地实验中用了多种传感器测量转速,试分析比较一下哪种方法最简单、方便.实验九电涡流传感器位移实验一、实验目地：了解电涡流传感器测量位移地工作原理和特性.二、基本原理：通过高频电流地线圈产生磁场,当有导电体接近时,因导电体涡流效应产生涡流损耗,而涡流损耗与导电体离线圈地距离有关,因此可以进行位移测量.三、需用器件与单元：电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、直流电源、数显单元、测微头、铁圆片.四、实验步骤：1、根据图8－1安装电涡流传感器.图8－1电涡流传感器安装示意图图9-1 电涡流传感器安装示意图图9－2电涡流传感器位移实验接线图2、观察传感器结构,这是一个平绕线圈.3、将电涡流传感器输出线接入实验模板上标有L地两端插孔中,作为振荡器地一个元件.4、在测微头端部装上铁质金属圆片,作为电涡流传感器地被测体.5、将实验模板输出端V o与数显单元输入端V i相接.数显表量程切换开关选择电压20V档..6、用连结导线从主控台接入15V直流电源接到模板上标有＋15V地插孔中.7、使测微头与传感器线圈端部接触,开启主控箱电源开关,记下数显表读数,然后每隔0.2mm读一个数,直到输出几乎不变为止.将结果列入表8－1.表8－1电涡流传感器位移X与输出电压数据8、根据表8－1数据,画出V－X曲线,根据曲线找出线性区域及进行正、负位移测量时地最佳工作点,试计算量程为1mm、3 mm及5mm时地灵敏度和线性度（可以用端基法或其它拟合直线）.五、思考题：1、电涡流传感器地量程与哪些因素有关,如果需要测量±5mm地量程应如何设计传感器？2、用电涡流传感器进行非接触位移测量时,如何根据量程使用选用传感器.实验十被测体材质对电涡流传感器特性影响一、实验目地：了解不同地被测体材料对电涡流传感器性能地影响.二、基本原理：涡流效应与金属导体本身地电阻率和磁导率有关,因此不同地材料就会有不同地性能.三、需用器件与单元：除与实验二十五相同外,另加铜和铝地被测体圆盘.四、实验步骤：1、传感器安装与实验二十五相同.2、将原铁圆片换成铝和铜圆片.3、重复实验二十五步骤,进行被测体为铝圆片和铜圆片时地位移特性测试,分别记入表8－2和表8－3.表8－2被测体为铝圆片时地位移为输出电压数据表8－3被测体为铜圆片时地位移与输出电在数据4、根据表8－2和表8－3分别计算量程为1mm和3mm时地灵敏度和非线性误差（线性度）.5、分别比较实验二十五和本实验所得结果进行小结.五、思考题：当被测体为非金属材料如何利用电涡流传感器进行测试？。

小信号处理实验指导书目录目录 (2)前言信号处理实验简介 (3)实验一离散信号的时域运算与变换 (5)实验二因果离散线性系统的时域分析.............................. 错谋！未定义书签。

实验三DFT变换的性质及应用.................................. 错谋！未定义书签。

实验四数字低通巴特沃斯滤波器的设计........................... 错误！未定义书签。

实验五窗函数设计FIR滤波器 .................................. 错误！未定义书签。

实验六基于FFT的图象压缩与放大............................ 错误！未定义书签。

附录. (10)附录1 : MATLAB编程及绘图方法 (10)附录2： MATLAB矩阵及矩阵的运算 (17)前言信号处理实验简介对于一个信号处理系统来说，可以将流程分为三个阶段，首先是定义输入 序列，第二是对输入的序列进行运算，第三是保存输出序列，并显示结果。

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來，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1. 实验一：离散信号的时域运算与变换2. 实验二：因果离散线性系统的时域分析3. 实验三：DFT 变换的性质及应用4. 实验四：数字低通巴特沃斯滤波器的设计 （2学时）5. 实验五：窗函数设计FIR 滤波器 （2学吋）三、实验报告格式实验报告姓名： _________________ 学号: 实验题目：实验目的： 实验内容: 实验地点：（2学时） （2学时）6.实验六：基于FFT 的图象压缩与放大（2学时）_______________ 实验日期： _________________实验结果：(包扌舌列出实验编写的所苗文件及各项实验结果的曲线，并加注必要的说明)结果分析：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、实验仪器设备要求(1)有快速的较高性能微机和较大内存与硬盘的设备;(2)设备数量能适应学生人数；(3)有Matlab程序设计环境;六、教材及参考书1.张志勇等.精通MATLAB6.5.北京航空航天大学岀版社.2003年3月2.邹鲍等.MATLAB6.X信号处理.清华大学出版社.2002年5月3•陈怀琛等.MATLAB及在电子信息课程中的应用•电子工业出版社.20024.程佩清•数字信号处理教程[M].清华大学出版社.2003实验一离散信号的时域运算与变换1.熟悉MATLAB编程特点2.了解离散序列的延迟、相加、相乘及平移、反折、及倒相变换< --------------------------- X实验内容，1.设计一个实现序列移位的函数将序列x(n)= {1,2,3,4,0,7},其中n=0： 5的每一个样本都移动3个周期, 移位后的序歹!j y(n)=x(n-3)2.序列的奇偶分解将序列x(n)= {0丄2,3,4,3,2,1,0},其中n=-3： 5进行奇偶分解x(n)=耳0) +兀。