第一次实验 MATLAB的数字信号处理基础

实验一熟悉MATLAB环境一、实验目的(1)熟悉MATLAB的主要操作命令。

(2)学会简单的矩阵输入和数据读写。

(3)掌握简单的绘图命令。

(4)用MATLAB编程并学会创建函数。

(5)观察离散系统的频率响应。

二、实验内容认真阅读本章附录，在MATLAB环境下重新做一遍附录中的例子，体会各条命令的含义。

在熟悉了MATLAB基本命令的基础上，完成以下实验。

上机实验内容：(1)数组的加、减、乘、除和乘方运算。

输入A=[1234]，B=[3456]，求C=A+B，D=A-B，E=A.*B，F=A./B，G=A.^B并用stem语句画出A、B、C、D、E、F、G。

(2)用MATLAB实现以下序列。

a）x(n)=0.8n0≤n≤15b）x(n)=e(0.2+3j)n0≤n≤15c）x(n)=3cos(0.125πn+0.2π)+2sin(0.25πn+0.1π)0≤n≤15(n)=x(n+16),绘出四个d）将c)中的x(n)扩展为以16为周期的函数x16周期。

(n)=x(n+10),绘出四个e）将c)中的x(n)扩展为以10为周期的函数x10周期。

(3)x(n)=[1,-1,3,5]，产生并绘出下列序列的样本。

a）x 1(n)=2x(n+2)-x(n-1)-2x(n)b）∑=-=51k 2)k n (nx (n) x (4)绘出下列时间函数的图形，对x轴、y轴以及图形上方均须加上适当的标注。

a)x(t)=sin(2πt)0≤t≤10sb)x(t)=cos(100πt)sin(πt)0≤t≤4s(5)编写函数stepshift(n0,n1,n2)实现u(n-n0),n1<n0<n2,绘出该函数的图形，起点为n1，终点为n2。

(6)给定一因果系统)0.9z 0.67z -1)/(1z 2(1H(z)-2-1-1+++=求出并绘制H(z)的幅频响应与相频响应。

(7)计算序列｛8-2-123｝和序列｛23-1-3｝的离散卷积，并作图表示卷积结果。

温州大学物理与电子信息工程学院Matlab 仿真及其应用 实验报告实验一Matlab 基本功能和基础知识操作 [实验目的和要求]1、 熟练掌握Matlab 的启动与退出2、 熟悉Matlab 的命令窗口、常用命令、帮助系统3、 熟悉Matlab 的数据类型、基本矩阵操作、运算符和字符串处理[实验内容]1、 用逻辑表达式球下列分段函数的值 22201112,=0:0.5:2.52123t t y t t t t t t ⎧≤<⎪=-≤<⎨⎪-+≤<⎩其中2、 求[100,999]之间能被32整除的数的个数3、 建立一个字符串向量，删除其中的小写字母。

4、 输入矩阵1234514789A ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦，求出此矩阵的行列式，逆和特征根，并找出A 中大于5和小于9的元素，用行列式表示。

5、 不采用循环的形式求出和式63230034ii i i S ===+∑∑6、 给定矩阵E=rand （4，4），计算C+E ，C*E ，C\E实验结果及分析：经过Matlab 软件的程序编辑和测试分析，得出以下实验结果： 详见程序代码、注释及屏幕截图：【题1】程序代码：t=0:0.5:2.5y=t.^2.*((t>=0)&(t<1))+(t.^2-1).*((t>=1)&(t<2))+(t.^2-2*t+1).*((t>=2)&(t<3)) 效果截图：【题2】程序代码：p=rem([100:999],32)==0;sum(p)效果截图：【题3】程序代码：ch='dfghjGUIJKVC',k=find(ch>'a'&ch<='z'),ch(k)=[]效果截图：【题4】程序代码：A=[1 2 3;4 5 14;7 8 9];[i,j]=find(A>5&A<9) %定位for n=1:length(i)m(n)=A(i(n),j(n))endDA=det(A) %行列式IA=inv(A) %逆矩阵EA=eig(A) %特征根效果截图：【题5】程序代码：E=rand(4,4); %产生随机数0~1 C=rand(4,4);B1=C+E;B2=C*E;B3=C/E;B1B2B3效果截图：【题6】程序代码：E=rand(4,4); %产生随机数0~1 C=rand(4,4);B1=C+E;B2=C*E;B3=C/E;B1B2B3效果截图：4、心得：通过本次Matlab课程实验，我已熟练Matlab的命令窗口、常用命令、帮助系统，并掌握Matlab的数据类型、基本矩阵操作、运算符和字符串处理。

武昌理工学院信息工程学院《数字信号处理》实验指导书————MATLAB实验二零一六年九月二十八日目录目录 ............................................................................................................................................. - 2 - MATLAB简介................................................................................................................................. - 3 -一、MATLAB初步 ........................................................................................................... - 3 -1. MATLAB的主要功能 ........................................................................................... - 3 -2．启动MATLAB及界面简介 ................................................................................ - 3 -3. MATLAB的常用命令 ........................................................................................... - 4 -4．基本运算................................................................................................................ - 5 -5．退出........................................................................................................................ - 6 -二、变量与函数、语句、矩阵及其运算.......................................................................... - 6 -1．变量与函数............................................................................................................ - 6 -2．语句与M文件...................................................................................................... - 6 -3．矩阵及其运算........................................................................................................ - 7 -三、MATLAB 支持的数据结构 ...................................................................................... - 8 -四、MATLAB绘图 ........................................................................................................... - 9 -1、绘制二维图形........................................................................................................ - 9 -2、绘制三维图形...................................................................................................... - 10 -五、MATLAB编程 ......................................................................................................... - 11 -1、关系运算和逻辑运算.......................................................................................... - 11 -2、控制语句.............................................................................................................. - 11 -3、函数编写方法与应用.......................................................................................... - 13 - 《数字信号处理》的MATLAB实验.......................................................................................... - 14 - 实验一MATLAB基础入门练习 ................................................................................. - 14 - 实验二离散时间信号分析............................................................................................ - 16 - 实验三离散时间系统及响应........................................................................................ - 18 - 实验四离散傅立叶变换及性质.................................................................................... - 20 - 实验五用FFT和CZT对信号进行频谱分析............................................................ - 21 - 实验六IIR数字滤波器设计与信号滤波..................................................................... - 24 - 实验七用窗函数法设计FIR滤波器........................................................................... - 27 - 实验报告格式............................................................................................................................ - 30 -MATLAB简介MATLAB是MATrix LABoratory的缩写。

Matlab数字信号处理实验报告本次实验使用MATLAB进行数字信号处理操作，目的是熟悉MATLAB中数字信号处理的相关工具箱，并进一步理解数字信号处理的基本概念和算法。

一、实验内容1.信号的生成与显示2.时域分析和频域分析3.滤波器设计4.数字滤波器性能分析二、实验步骤在MATLAB中，使用sawtooth函数生成一个锯齿波信号，并使用plot函数进行时域波形的显示。

代码如下：f = 1000;fs = 40000;t = 0:1/fs:0.01;y = sawtooth(2*pi*f*t);plot(t,y);xlabel('Time (s)');ylabel('Amplitude');title('Sawtooth Wave');时域分析包括波形的观察和参数分析，如幅值、均值、方差等。

频域分析则是对信号进行傅里叶变换，得到其频谱图，包括频率分布和强度分布。

%时域分析amp = max(y)-min(y);mean_y = mean(y);var_y = var(y);设计一个低通滤波器，将高于1kHz的频率成分滤掉。

对滤波后的信号进行时域分析和频域分析，比较滤波前后信号的特征参数和频谱特征，并绘制原始信号、滤波后信号及其频谱图。

subplot(2,2,1);plot(t,y);xlabel('Time (s)');ylabel('Amplitude');title('Sawtooth Wave');subplot(2,2,2);plot(t,y_filt);xlabel('Time (s)');ylabel('Amplitude');title('Sawtooth Wave After Filter');subplot(2,2,3:4);plot(f2,fft_y_filt,'r',f,fft_y,'g');xlabel('Frequency (Hz)');ylabel('Amplitude');title('Sawtooth Wave Spectrum Comparison');legend('After Filter','Before Filter');三、实验结果与分析通过生成并显示一段锯齿波信号，并对其进行时域和频域分析，可以得到该信号的关键信息，如幅值、均值、方差和频率分布特性。

使用Matlab进行数字信号处理的技巧与注意事项1. 引言数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）是指通过对离散时间信号进行算法处理以达到某种目的的一种技术。

在现代科技和工程领域中，DSP被广泛应用于通信、图像处理、音频处理、医学诊断、雷达和控制系统等众多领域。

而Matlab作为一种强大的数学计算工具，具备优秀的信号处理和算法库，成为众多工程师和研究人员进行数字信号处理的首选之一。

本文将介绍一些使用Matlab 进行数字信号处理时的技巧与注意事项。

2. 信号处理基础知识在使用Matlab进行数字信号处理之前，有一些基础知识是必备的。

首先是对信号的了解，信号可以分为连续时间信号和离散时间信号。

连续时间信号指的是信号在所有时间上都有定义，而离散时间信号则只在某些时间点上有定义。

数字信号处理主要针对离散时间信号进行。

此外，还需要了解采样定理、变换、滤波器以及噪声等基本概念。

3. 信号与信号处理在进行数字信号处理时，首先需要得到待处理的信号。

Matlab提供了多种方法来生成信号，比如使用波形发生器函数、加载文件以及使用模型等。

根据具体情况选择合适的方法生成待处理信号。

4. 信号的可视化与分析在开始处理信号之前，可以使用Matlab中的图形工具对信号进行可视化和分析。

例如，使用plot函数可以绘制信号的时域波形图，使用spectrogram函数可以绘制信号的频谱图，利用histogram函数可以绘制信号的直方图等。

这些图像可以帮助我们更好地理解信号的特征和性质。

5. 信号的滤波处理滤波是数字信号处理中常用的操作之一，用于去除信号中的噪声、增强信号的频率特征等。

Matlab提供了丰富的滤波器设计函数，包括有限冲激响应（FIR）滤波器和无限冲击响应（IIR）滤波器等。

通过选择合适的滤波器类型、阶数和截止频率等参数，可以实现对信号的滤波处理。

6. 时频分析时频分析用于分析信号在时间和频率上的变化情况，帮助我们更全面地认识信号的特性。

MATLAB基础一、MATLAB的工作环境1．命令窗口：是用户和MATLAB系统交互的主要窗口。

在该窗口中，用户可以运行函数，执行MATLAB 的基本操作命令以及对MATLAB系统的参数设置等操作。

在命令提示符>>后输入命令如：t=[1,2,3;4,5,6;7,8,9];完成对t的赋值2．帮助的使用：直接在命令行输入help在菜单栏选择help—matlab help直接按F13．图形窗（Figure）：用于显示绘出的图形。

通常只要执行了任意一种绘图命令，图形窗都会自动产生。

绘图都是在这个图形窗中进行。

如果要在建一个图形窗，则可在命令窗中输入figure命令，MATALB 就回新建一个图形窗口，并自动给它排出序号。

4．文本编辑窗：其作用是用来创建、编辑和调试MATLAB的相关文件（或称程序，即.M文件），它与一般的编辑调试器有相似的功能。

通常，MA TLAB命令编辑有行命令方式和文件两种。

行命令方式，即在命令窗口中一行一行的输入命令，计算机对每一行命令做出反应。

这种方式，只能用于编辑简单的程序，当程序比较复杂的时候，把程序写成一个由多行语句组成的文件（.M文件），让MATLAB来执行这个程序中的全部语句，MA TLAB文本编辑器的功能就是完成编写，修改和调试这种程序。

其进入方式：1）file—new/open—M-file2）直接在命令窗口输入：edit/edit 文件名二、MATLAB的基本语法1．变量及其赋值1）赋值要求在MATLAB中，变量和常量的标识符最长允许19个字符。

MA TLAB内部只有一种数据格式，就是双精度类型，对应于64位二进制。

赋值就是把数赋予代表常量或变量的标识符。

基本格式为：变量=表达式（或数）在MA TLAB中，变量都代表矩阵。

列矢量可被当做只有一行的矩阵，行矢量也可被当做只有一个行的矩阵，标量（或常数）应该做是1×1的矩阵。

输入矩阵时，应遵循一下规则：整个矩阵的值都应放在方括号中；同一行的个元素以逗号或空格分开；不同行的元素以分号隔开。

实验1 离散时间信号的时域分析一、实验目的（1）了解MATLAB 语言的主要特点及作用；（2）熟悉MATLAB 主界面，初步掌握MATLAB 命令窗和编辑窗的操作方法；（3）学习简单的数组赋值、数组运算、绘图的程序编写；（4）了解常用时域离散信号及其特点；（5）掌握MATLAB 产生常用时域离散信号的方法。

二、知识点提示本章节的主要知识点是利用MATLAB 产生数字信号处理的几种常用典型序列、数字序列的基本运算；重点是单位脉冲、单位阶跃、正（余）弦信号的产生；难点是MATLAB 关系运算符“==、>=”的使用。

三、实验内容1. 在MATLAB 中利用逻辑关系式0==n 来实现()0n n -δ序列，显示范围21n n n ≤≤。

（函数命名为impseq(n0,n1,n2)）并利用该函数实现序列：()()()632-+-=n n n y δδ；103≤≤-nn 0212. 在MATLAB 中利用逻辑关系式0>=n 来实现()0n n u -序列，显示范围21n n n ≤≤。

（函数命名为stepseq(n0,n1,n2)）并利用该函数实现序列：()()()20522≤≤--++=n n u n u n y3. 在MATLAB 中利用数组运算符“.^”来实现一个实指数序列。

如： ()()5003.0≤≤=n n x n4. 在MATLAB 中用函数sin 或cos 产生正余弦序列，如：()()2003.0cos 553.0sin 11≤≤+⎪⎭⎫ ⎝⎛+=n n n n x πππ5. 已知()n n x 102cos 3π=，试显示()()()3,3,+-n x n x n x 在200≤≤n 区间的波形。

6. 参加运算的两个序列维数不同，已知()()6421≤≤-+=n n u n x ，()()8542≤≤--=n n u n x ，求()()()n x n x n x 21+=。

如何使用MATLAB进行数字信号处理MATLAB是一种常用的数学软件工具，广泛应用于数字信号处理领域。

本文将介绍如何使用MATLAB进行数字信号处理，并按照以下章节进行详细讨论：第一章: MATLAB中数字信号处理的基础在数字信号处理中，我们首先需要了解信号的基本概念和数学表示。

在MATLAB中，可以使用向量或矩阵来表示信号，其中每个元素对应着一个离散时间点的信号值。

我们可以使用MATLAB 中的向量运算和函数来处理这些信号。

此外，MATLAB还提供了一组强大的工具箱，包括DSP系统工具箱和信号处理工具箱，以便更方便地进行数字信号处理。

第二章: 数字信号的采样和重构在数字信号处理中，采样和重构是两个核心概念。

采样是将连续信号转换为离散信号的过程，而重构则是将离散信号重新转换为连续信号的过程。

在MATLAB中，可以使用"sample"函数对信号进行采样，使用"interp"函数进行信号的重构。

此外，还可以使用FFT（快速傅里叶变换）函数对离散信号进行频率分析和频谱表示。

第三章: 傅里叶变换与频域分析傅里叶变换是一种常用的信号分析工具，可将信号从时域转换到频域。

MATLAB中提供了强大的FFT函数，可以帮助我们进行傅里叶变换和频谱分析。

通过傅里叶变换，可以将信号分解为不同频率的分量，并且可以通过滤波器和滤波器设计来处理这些分量。

MATLAB还提供了许多用于频域分析的函数，如功率谱密度函数、频谱估计函数等。

第四章: 滤波与降噪滤波是数字信号处理中的重要任务之一，旨在去除信号中的噪声或不需要的频率成分。

在MATLAB中，可以使用FIR和IIR滤波器设计工具箱来设计和实现滤波器。

此外，MATLAB还提供了各种滤波器的函数和滤波器分析工具，如lowpass滤波器、highpass滤波器、带通滤波器等。

这些工具和函数可以帮助我们对信号进行滤波，实现信号降噪和频率调整。

第五章: 时域信号分析与特征提取除了频域分析外，时域分析也是数字信号处理的重要内容之一。

Matlab实验报告实验一：1.实验Matlab代码：N=25;Q=0.9+0.3*j;WN=exp(-2*j*pi/N);x=zeros(25,1);format long; %长整型科学计数for k0=1:25x(k0,1)=Q^(k0-1);end;for k1=1:25;X1(k1,1)=(1-Q^N)/(1-Q*WN^(k1-1));end;X1;X2=fft(x,32);subplot(3,1,1);stem(abs(X1),'b.');axis([0,35,0,15]);title('N=25,formular');xlabel('n'); subplot(3,1,2);stem(abs(X2),'g.');axis([0,35,0,15]);title('N=32, FFT');xlabel('n');for(a=1:25)X3(a)=X1(a)-X2(a)end;subplot(3,1,3);stem(abs(X3),'r.');title('difference');xlabel('n');实验结果如图：实验结论：可以看出基2时间抽选的FFT算法与利用公式法所得到的DFT结果稍有偏差，但不大，在工程上可以使用计算机利用FFT处理数据。

2.实验Matlab代码：N = 1000; % Length of DFTn = [0:1:N-1];xn = 0.001*cos(0.45*n*pi)+sin(0.3*n*pi)-cos(0.302*n*pi-pi/4);Xk = fft(xn,N);k=[0:1:N-1];subplot(5,1,1);stem(k,abs(Xk(1:1:N)));title('DFT x(n)');xlabel('k');axis([140,240,0,6])subplot(5,1,2);stem(k, abs(Xk(1:1:N)),'r');%画出sin(0.3npi)-cos(0.302npi-pi/4) axis([140,160,0,6]);title('sin(0.3*pi*n)-cos(0.302*pi*n) ');xlabel('k');subplot(5,1,3);stem(k, 1000*abs(Xk(1:1:N)),'g');%画出0.001*cos(0.45npi)axis([220,230,0,6]);title('cos(0.45*pi*n) ');xlabel('k');subplot(5,1,4);stem(k,0.01*abs(Xk(1:1:N)),'k');%画%sin(0.3npi)-cos(0.302npi-pi/4)axis([140,160,0,6]);title('sin(0.3*pi*n)-cos(0.302*pi*n) ');xlabel('k');subplot(5,1,5);stem(k, 10*abs(Xk(1:1:N)),'m');%画出0.001*cos(0.45npi)axis([220,230,0,6]);title('cos(0.45*pi*n) ');xlabel('k');实验结果如图：实验结论：由上图及过程可知，当DFT变换长度为1000时所得到的谱线非常理想。