《数字信号处理》实验指导书(2015版)
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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:n
B=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+B
A-B
对于矩阵和标量（一个数）的加减运算，指令为：
A+3
A-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。
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。
4. 二维曲线的绘制plot()函数
plot()函数是将各个数据点通过连折线的方式来绘制二维图形的，其命令格式有以下几种：
（1） plot(y)当y为向量时，以y的序号作为X轴，按向量y的值绘制曲线。
（2） plot(x,y)x,y均为向量时，以x向量作为X轴，向量y作为Y轴绘制曲线。
（3） plot(x,y1,’option1’,x,y2,’option2’,……)以公共的x向量作为X轴，分别以向量y1，y2……的数据绘制多条曲线，每条曲线的属性由相应的‘option’来确定。Option选项可以是表示曲线颜色的字符、表示线型格式的符号和表示数据点的标记，各个选项有的可以连在一起使用。
（4）plot(x1,y1,’option1’,x2,y2,’option2’,……)分别以向量x1，x2，……作为X轴，以y1，y2，……的数据绘制多条曲线，每条曲线的属性由相应的选项‘option’来确定。
表1plot函数中option选项的取值和含义
符号 颜色 符号 线型 符号 标记 符号 标记
‘b’ 蓝色 ‘-’ 实线 ‘.’ 点 ‘d’ ◇
‘g’ 绿色 ‘:’ 虚线 ‘o’ 圆圈 ‘ˇ’ ▽
‘m’ 品红 -. 点画线 ‘x’ 叉号 ‘^’ △
‘c’ 青色 ‘--’ 双画线 ‘+’ 加号 ‘<’ 左三角
‘k’ 黑色 ‘none’ 无线 ‘*’ 星号 ‘>’ 右三角
‘r’ 红色 ‘s’ □ ‘p’ 五角星
‘y’ 黄色 ‘h’ 六角星
5.常用离散信号的MATLAB实现函数
（1）.单位抽样序列01)(n 00nn在MATLAB中利用zeros()函数实现;1)1();,1(xNzerosx
如果)(n在时间轴上延迟了k个单位，得到)(kn即：01)(kn 0nkn
（2）．单位阶跃序列01)(nu 00nn在MATLAB中可以利用ones()函数实现。);,1(Nonesx
（3）.正弦序列)/2sin()(FsfnAnx，在MATLAB)/***2sin(*1:0faiFsnfpiAxNn
（4）．复指数序列njernx)(，在MATLAB中，)**exp(1:0nwjrxNn
（5）．指数序列nanx)(，在MATLAB中，naxNn.^1:0
三、实验内容
（1）熟悉MATLAB的使用环境和方法；
（2）练习使用基本的向量生成、矩阵运算、绘图等语句；
A） 利用冒号（：）生成向量
X1=[1 2 3 4 5]
X2=[1.000 1.500 2.000 2.500]
X3=[5 4 3 2 1]
B） 分别生成3*3，3*4的全0矩阵，全1矩阵和随机矩阵
C） 分别输入矩阵
123456789A 1.01.11.22.02.12.23.03.13.2B
D） 分别计算A+B，A-B，A+3，A-4，A*B，A.*B，C=inv（A）,A/B,A./B
E） 分别计算sin(x1),cos(x1),exp(x1),log(x2),sqrt(x2)
（3）生成以上五种基本离散信号函数；
（4）绘出信号znenx)(，当6)12/1(jz、6)12/1(jz时、121z、 62jz、6jz时的信号实部和虚部图；
（5）绘出信号)1.0*2sin(5.1)(nnx的频率是多少？周期是多少？产生一个数字频率为0.9的正弦序列，并显示该信号，说明其周期?
四、实验预习要求
1. 预习实验原理。
2. 熟悉实验程序。
3. 思考课程设计实验部分程序的编写。
五、实验报告要求
1. 简述实验目的与步骤
2. 写出各步输入语句和输出结果
六、思考题
1. 矩阵的乘法和除法有几种，它们有什么区别？
2. 离散正弦序列的性质。 实验二 基于MATLAB的离散系统时域分析
一、实验目的
1. 学习MATLAB语言的编程和调试技巧；
2. 掌握离散卷积方法和MATLAB语言实现。
二、实验原理
时域中，离散时间系统对输入信号或延迟信号进行运算处理，生成具有所需特性的输出信号。本实验通过MATLAB仿真一些简单的离散时间信号和系统，并研究其时域特性。涉及到离散时间信号、离散时间系统、系统性质及线性卷积等知识点。
一个离散时间系统，输入信号为x(n)，输出信号为y(n)，运算关系用T[﹒]表示，则输入与输出的关系可表示为y(n)＝T[x(n)]。
（1）线性时不变系统的输入输出关系可通过单位脉冲响应h(n)表示：
()()()()()mynxnhnxmhnm
式中*表示卷积运算。
（2）线性时不变系统的实现：
可物理实现的线性时不变系统是稳定的、因果的。这种系统的单位脉冲响应是因果的（单边）且绝对可和的，即：0(n)h:，0n；-(n)nh。在MATLAB语言中采用conv实现卷积运算即：y=conv(x,h)，它默认从n=0开始。
三、实验内容
1. 编制程序求解下列两个系统的单位冲激响应和阶跃响应，并绘出其图形。要求分别用 filter、conv、impz三种函数完成。
]1[][]2[125.0]1[75.0][nxnxnynyny
]}4[]3[]2[]1[{25.0][nxnxnxnxny
给出理论计算结果和程序计算结果并讨论。
四、实验预习要求
1. 预习实验原理。
2. 熟悉实验程序。
