当前位置：文档之家 › 数字信号处理实验指导书2016

数字信号处理实验指导书2016

  • 格式：doc
  • 大小：387.00 KB
  • 文档页数：29

《数字信号处理》实验指导书王宏志吕洪武张李梅孙慧然计算机科学与工程学院2016年3月目录网络资源-基于WEB的数字信号处理实验教学系统 .... - 1 - 实验一熟悉MATLAB语言环境 .................................. - 2 - 实验二离散系统分析..................................................... - 7 - 实验三用FFT进行信号的频谱分析............................ - 9 - 实验四用窗函数设计FIR数字滤波器 ......................- 12 - 实验五设计IIR数字滤波器 .......................................- 13 - 实验六随机功率谱估计及MATLAB实现................- 18 - 附录：MATLAB简介 ...................................................- 19 -网络资源基于WEB的数字信号处理实验教学系统/单击”软件下载”即可下载实验系统,如下图所示:软件安装界面如下所示:软件运行界面如下所示:实验一熟悉MATLAB语言环境一、实验目的1．熟悉Matlab的基本使用方法，重点掌握常用于数字信号处理的相关指令。

2．利用Matlab实现序列的显示，运算等，加深对信号处理原理课程所学内容的理解。

二、实验内容及步骤1.双击Matlab 图标，进入主窗口，如图1所示。

其中右侧的是命令窗口(Command Window)。

Current Directory显示的是当前的目录，如果要在命令窗口中直接调用一个M文件，则必须保证其在这个目录下。

不同的机器上，Current Directory可能不同。

图1 进入Matlab时的画面2.下面的操作都在命令窗口(Command Window)中进行。

1）键入help subplot 并回车，将会看到命令subplot的使用方法的帮助。

以后遇到不会的命令可以用键入“help <某命令>”的方式来查看其使用方法。

subplot的用法：subplot(m,n,p)是将一个窗口分成m*n个小窗口，p是小窗口的编号，方向是从左至右。

2）键入help stem 并回车，将会看到命令stem的使用方法的帮助。

stem 用来画离散序列的柄状图。

3. 下面我们新建立一个M文件。

首先点击图1所示的主菜单File下的“新建”图标，将弹出图2 所示的窗口。

接着在这个弹出的窗口点击“保存”图标，建立一个文件impseq.m，将其保存在Current Directory下（当前的目录，见图1）。

图2 新建一个文件impseq.m4.我们在这个impseq.m文件中输入如下语句并保存，注意以%开头来写注释。

function[x,n]=impseq(np,ns,nf)% 生成x(n)=delta(n-np);ns≤n≤nf，即单位冲激序列δ(n)% np代表脉冲的位置, ns为序列起始位置，nf为序列终止位置。

% 调用方式[x,n]=impseq(np,ns,nf)if ns>np|ns>nf|np>nferror('输入位置参数不满足ns=<n<=nf')else n=[ns:nf];x=[(n-np)==0];%if判断语句到这里结束%上面的这条语句是关键语句，作用是如果满足条件(n-np)==0，则x=1。

%在n=ns:nf的一串值中，只有一个值会满足这个逻辑式，因而只在这个n=np%处,x为1，其余的n值处，x均为0.这样就构成了延迟np的单位冲激序列end5.下面我们再回到图1所示的窗口1)打算显示一个序列x(n)=1.5*δ(n+1)－δ(n－3),下面的操作都在命令窗口(Command Window)中进行。

注意：如果一个语句后面有分号，就不显示中间结果。

n1=[-4:5]; x1=1.5*impseq(-1,-4,5)-impseq(3,-4,5);% 列出x1序列subplot(2,2,1); stem(n1,x1,'.'); stem(n1,x1,'.');title('x(n) 的序列图')ylabel('x1(n)'); axis([-5,5,-2,3]);text(5.5,-2,'n');显示的结果如图3所示。

图3 序列x(n)=1.5*δ(n+1)－δ(n－3)2)打算显示另外一个序列x(n)=n[u(n)－u(n－8)]－10exp(－0.3(n－10))*[u (n－10)—u(n－16)]，0≤n≤20新建一个文件stepseq.m,用于生成延迟的单位阶跃序列，其输入参数为序列起始位置ns,序列终止位置nf，及阶跃位置np.将刚才编辑的impseq.m另存为stepseq.m，并改动两条语句：function[x,n]=stepseq(np,ns,nf)x=[(n-np)>=0];存盘。

下面的操作都在命令窗口(Command Window)中进行。

n2=[0:20];x21 = n2.*(stepseq(0,0,20)-stepseq(8,0,20));% 列出x21序列x22 = 10*exp(-0.3*(n2-10)).*(stepseq(10,0,20)-stepseq(16,0,20));% 列出x22序列x2 = x21-x22; % x2序列是x21和x22之和subplot(2,2,2);stem(n2,x2,'.'); title('x(n) 的序列图')ylabel('x2(n)');参见附录Matlab简介实验二 离散系统分析一、实验目的：1．熟悉和掌握差分方程的求解方法。

2．熟悉和掌握离散付立叶变换和快速付立叶的算法和实现。

3．熟悉和掌握卷积运算。

二、实验内容：在实验二中，主要有差分方程的求解，DFT 及FFT 的实现，信号卷积。

差分方程可表示为：∑∑==-+--=N k Mr r n x r b k n y k a n y 00)()()()()(在设计中用到的方程是：)3(6)2(5)1()()2(3)1(2)(---+-+=-+--n u n u n u n u n y n y n y初始条件是：1)2(,1)1(,0)2(,0)1(=--=-=-=-y y x x在实验过程中可以改变系数，在这里只是为了简单，同学们可以在程序中修改一些参数来观察输出的变化。

DFT 的实现更简单，在MATLAB 语言中有专门的函数，在这里我们选择的输入信号是最简单的余弦函数：)6cos()(πn n x =，至于序列的长度的选择，同学们可以在实验中自己选择，建议不要选择太长的序列长度，以免在'处理过程中影响速度。

建议选择12—64之间。

'FFT 是DFT 的快速算法，它的执行速度远远快于DFT ，所以可以选择较大的序列长度。

信号卷积为∑∞-∞=-=*=m m n h m x n h n x n y )()()()()(，在MATLAB 中，提供了卷积函数conv ，调用十分方便。

在实验中选定的两个信号为：系统单位冲击响应：)3()2(5.2)1(5.2)()(-+-+-+=n n n n n h b δδδδ输入信号：500)sin()(0≤≤Ω=-n nT Ae n x anT a系统的序列长度可以选择的范围是50到100，信号的序列长度选择范围是20到50，采样频率一般选择在1000到3000Hz ，至于参数选定，同学们可以自己来决定，实验中用到是π250,128.444==a A当然在以上设计中信号的选择可以是随意的，并不是固定的。

三、实验报告要求：1．选择适当数据完成上述实验。

2．给出实验结果并进行分析。

四、参考程序：参见Untitled.m 文件。

实验三 用FFT 进行信号的频谱分析一、实验目的：1．在理论学习的基础上，通过实验，加深对快速傅立叶变换的理解，熟悉FFT 算法；2．熟悉应用FFT 对典型信号进行频谱分析的方法；3．了解应用FFT 进行信号频谱分析过程中可能出现的问题，以便在实际中正确应用FFT 。

二、实验内容：在实验中，我们分析三个序列的频谱，分别是高斯序列，衰减正弦序列，还有一般序列。

高斯序列表达式如下：⎪⎩⎪⎨⎧≤≤=--n n en x q p n a 其它,0150,)(2)( 其中，p ,q 可以在实验中自己选定，一般选择规则如下，p 选择范围6-10，q 为2-8，序列长度选择为16-32，因为太长的话，处理速度会相对比较慢。

衰减正弦序列表示如下：⎩⎨⎧≤≤=-n n fn e n x an b 其它,0150,)2sin()(π 其中，a 可以选定的范围为0-1之间，序列长度选择范围为16-32，采样选择为1000-2000之间。

实验中一般序列采用的是：)20cos()16cos()8cos()(nt nt nt n x πππ++= 其中ft 1=，f 可选的范围为1000-2000,序列长度为16-32。

三、实验报告要求：1．选择适当数据完成上述实验。

2．给出实验结果并进行分析。

四、参考程序：参见Untitled.m 文件。

1)编写程序，实现基二DIT(时域抽取) FFT 。

新建一个文件myditfft.m,输入如下语句：function y=myditfft(x)%% 用MATLAB语言编写的基2 DIT FFT子程序%% y=myditfft(x)%------------------------------------------------------------% 本程序对输入序列 x 实现DIT-FFT基2算法，% 点数取大于等于x长度的2的幂次% x为给定时间序列% y为x的离散傅立叶变换%m=nextpow2(x);N=2^m; % 求x的长度对应的2的最低幂次m if length(x)<Nx=[x,zeros(1,N-length(x))];% 若x的长度不是2的幂，补零到2的整数幂endnxd=bin2dec(fliplr(dec2bin([1:N]-1,m)))+1;% 求1:2^m数列的倒序y=x(nxd); % 将x倒序排列作为y的初始值for mm=1:m% 将DFT作m次基2分解,从左到右，对每次分解作DFT运算Nmr=2^mm;u=1; % 旋转因子u初始化为WN^0=1WN=exp(-i*2*pi/Nmr); % 本次分解的基本DFT因子WN=exp(-i*2*pi/Nmr)for j=1:Nmr/2 % 本次跨越间隔内的各次蝶形运算 for k=j:Nmr:N % 本次蝶形运算的跨越间隔为Nmr=2^mmkp=k+Nmr/2; % 确定蝶形运算的对应单元下标t=y(kp)*u; % 蝶形运算的乘积项y(kp)=y(k)-t; % 蝶形运算y(k)=y(k)+t; % 蝶形运算endu=u*WN; % 修改旋转因子,多乘一个基本DFT 因子WNendend[对这个程序的说明]（1）y=nextpow2(x):如果x是一个数，用来求最靠近x并大于x 的二的幂次。

合集下载

数字信号处理实验(设计性实验修改)

数字信号处理实验(设计性实验修改)

《数字信号处理》实验指导书（实验报告）Digital Signal Processing Laboratory湛柏明编蒋伟荣审班级:姓名:湖北汽车工业学院电子信息科学系二〇〇六年十二月修订前言《信号与系统》、《数字信号处理》是电子信息类专业的两门主要技术基础课程，是电子信息类专业本科生的必修课程，也是电子信息类专业硕士研究生入学必考课程。

该课程的任务在于研究信号与系统理论的基本概念和基本分析方法，使学生初步认识如何建立信号与系统的数学模型，如何经适当的数学分析求解，并对所得结果给予物理解释，赋予物理意义。

该课程的基本理论和方法大量用于计算机信息处理的各个领域，特别是通信、数字语音处理、数字图像处理、数字信号分析等领域应用更为广泛。

通过实验，配合《信号与系统》和《数字信号处理》课程的教学、加强学生对信号与系统理论的感性认识、提高学生的综合能力具有重要的意义。

长期以来，《信号与系统》和《数字信号处理》课程一直采用黑板式的单一教学方式，学生仅依靠做习题来巩固和理解教学内容，对课程中大量的应用性较强的内容不能实际动手设计、调试、分析，严重影响和制约了教学效果。

由于黑板式教学，课程中大量的信号分析结果缺乏可视化的直观表现，学生自己设计系统也不能直观地得到系统特性的可视化测试结果，学生将大量的时间和精力用于繁杂的手工数学运算，而未真正理解所得结果在信号处理中的实际意义。

近年来，计算机多媒体教序手段的运用逐步普及，大量优秀的科学计算和系统仿真软件不断涌现，为我们实现计算机辅助教学和学生上机实验提供了很好的平台。

通过对这些软件的分析和对比，我们选择MATLAB语言作为辅助教学工具，借助MATLAB强大的计算能力和图形表现能力，将《信号与系统》和《数字信号处理》中的概念、方法和相应的结果，以图形的形式直观地展现给学生，大大的方便学生迅速掌握和理解教学内容。

然而，我们意识到，按照之前的《信号与系统》和《数字信号处理》课程的各8个实验学时进行实验，实验效果比较不尽如人意，由于实验学时数太少，没有给学生更的时间先去了解MATLAB语言，以至于使实验课流于形式，由于实验学时太少，也导致我们无法安排更为细致的具有综合型和设计型的实验项目。

数字信号处理实验指导书(15-16-2)课案

数字信号处理实验指导书(15-16-2)课案

数字信号处理实验讲义二O一六年三月目录实验一离散时间信号的时域分析 (5)实验二离散时间系统的时域分析 (10)实验三离散时间信号的频域分析 (14)实验四线性时不变离散时间系统的频域分析 (20)实验五IIR数字滤波器的设计 (23)实验六FIR数字滤波器的设计 (33)附录A MATLAB系统的常用概念 (36)附录B 信号处理工具箱函数 (44)前言数字信号处理研究数字序列信号的表示方法，并对信号进行运算，以提取包含在其中的特殊信息。

近几十年来，由于在研究及应用两方面均取得了进展，数字信号处理领域已日趋成熟。

由于计算机的大量使用，从而很容易向学生提供实际环境，以验证所学的概念和算法。

本指导书编程语言是MATLAB，它广泛应用于高性能数值计算和可视化。

本书假定读者已具备MATLAB基础知识。

前面的一些实验帮助学生理解信号处理的重要概念，后面以设计性实验项目为主，有利于加强对原理的理解并且加强对技术的应用。

附录中给出了本书中用到的MATALB函数及简要解释。

实验一离散时间信号的时域分析一．实验目的熟悉MATLAB中产生信号和绘制信号的基本命令；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．实验相关知识准备1．用到的MATLAB命令运算符号：：. + - * / ; %基本矩阵：i ones pi rand randn zeros基本函数：cos exp imag real数据分析：sum二维图形：axis grid legend plot subplot stairs stem title xlableylable clf工具箱：sawtooth square离散时间信号用数字序列x[n]来表示，常用的信号有单位冲激信号，单位阶跃信号，正弦信号，指数信号等三．实验内容1．离散时间序列的产生(1) 单位抽样序列（单位冲激信号）的产生和绘制%program 1clf; % 清除图形窗口n=-10:20; % 产生向量n，取值-10 - 20，间隔为1u=[zeros(1,10) 1 zeros(1,20)]; % 生成单位冲激信号，前面10个0，后面20个0stem(n,u); % 以n为横坐标，u为纵坐标画杆状图xlabel('Time index n');ylabel('Amplitude');%定义横纵坐标轴名称title('Unit Sample Sequence'); %标注图形名称axis([-10 20 0 1.2]); %定义坐标轴范围(2) 单位阶跃信号的产生用S=ones(1, N)(表示产生长度为N的一维行向量), 请采用与程序1相似的过程产生单位阶跃信号并画图。

《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。

数字信号处理实验指导书2016-通信

数字信号处理实验指导书2016-通信

数字信号处理实验指导书2016-通信数字信号处理实验徐俊2016年8⽉⽬录实验⼀离散时间系统及系统响应 (2)实验⼆离散傅⽴叶变换及其特性验证 (8)实验三时域采样与频域采样 (17)实验四冲激响应不变法IIR数字滤波器设计 (24)实验⼀离散时间系统及系统响应⼀、实验⽬的1、掌握求解离散时间系统脉冲响应和阶跃响应的⽅法；2、掌握⽤线性卷积求解离散时间系统响应的基本⽅法。

⼆、实验原理与设计⽅法1、⽤impz和dstep函数求解离散系统的单位脉冲响应和阶跃响应【例1-1】已知某因果系统的差分⽅程为y n+0.5y n?1=x n+2x(n?2)系统为零状态，求系统的脉冲响应和阶跃响应。

解：该系统是⼀个2阶系统，列出b m和a k系数为a0=1，a1=0.5，a2=0，b0=1，b1=0，b2=2MALAB程序如下（取16点作图）：a=[1,0.5,0];b=[1,0,2];n=16;hn=impz(b,a,n); %脉冲响应gn=dstep(b,a,n); %阶跃响应subplot(1,2,1),stem(hn,'k');title('系统的单位脉冲响应');ylabel('h(n)');xlabel('n');axis([0,n,1.1*min(hn),1.1*max(hn)]);subplot(1,2,2),stem(gn,'k');title('系统的单位阶跃响应');ylabel('g(n)');xlabel('n');axis([0,n,1.1*min(gn),1.1*max(gn)]);结果如下图所⽰：2、⽤conv函数进⾏卷积计算求系统响应【例1-2】某离散时间系统的脉冲响应为h b(n)=δ(n)+2.5δ(n-1)+2.5δ(n-2)+δ(n-3)激励信号为x t=Ae?αnT sinΩ0nT 0≤n<50设A=444.128，α=502π，Ω0=502π。