MATLAB教程-数字信号处理实验

实验题目：用Matlab语言编程实现学生成绩管理系统一、实验目的1.掌握建立和执行M文件的方法，学会M函数的编写及其调用，掌握多种函数类型；2.学习Matlab中的关系运算和逻辑运算，掌握它们的表达形式和用法；3.掌握Matlab中的选择结构和循环结构；4.学习使用帮助文档查找更多的Matlab功能；5.掌握Matlab的基本绘图命令，学习运用Matlab绘制一维、二维、三维图形的方法。

二、实验要求1.使用函数（多个函数M文件）进行分析和设计；2.要使用到以下函数类型：主函数、子函数、私有函数。

三、实验内容功能内容：1.学生信息为：学号、姓名、三门课成绩（英语、数学、物理）；2.从键盘输入学生成绩，建立信息库；3.从文件读入学生信息；4.显示信息库中的所有学生的信息；5.将学生成绩信息库保存为文件；6.根据学号查询某一个学生的成绩统计信息：三门课成绩、总分、平均分；7.根据学号将某一个学生的信息从信息库删除；8.新增一个学生的信息；9.按总分成绩从高到低排序输出学生信息；10.图形输出所有学生成绩统计信息（饼图pie、柱状图bar）。

四、实验设计及分析1 主函数的设计及分析主函数主要用于显示学生管理系统的主界面，以及通过对其他几个私有函数的调用来实现相应的功能。

主函数名为zonghe()，首先利用disp()屏幕输出函数来提示用户如何使用该管理系统。

然后通过input()输入函数输入字符，通过判断输入的字符与哪个私有函数对应的字符匹配来调用相应的私有函数实现相应的功能。

其中将条件语句放入while循环中，使系统能循环运行直到用户输入‘H‘才跳出循环。

主函数zonghe()的源代码：function zonghe()disp('Welcome to the students'' information library!');disp('Input A to input students'' information');disp('Input B to display all students'' information');disp('Input C to search a stuedent''s information');disp('Input D to delete a stuedent''s information');disp('Input E to add a new stuedent''s information');disp('Input F to display stuedents'' information from high to low of total score');disp('Input G to graphical display all stuedents'' information'); disp('Input H to exit');x=input('Please input the FUNCTION NUMBER:','s');while x~='H'if x=='A'disp('Input students'' information.');ztest();elseif x=='B'disp('Display all students'' information.');displaytest();elseif x=='C'disp('Search a stuedent''s information.');search();elseif x=='D'disp('Delete a stuedent''s information.');shanchu();elseif x=='E'disp('Add a new stuedent''s information.');add();elseif x=='F'disp('Display stuedents'' information from high to low of total score.');paixu();elseif x=='G'disp('Graphical display all stuedents'' information.');tuxing();elseif x=='H'disp('Thank you for using the students'' information library!');break;elsedisp('Invalid function number. Program is terminated!');endx=input('\nPlease input the FUNCTION NUMBER:','s');endend2 七个私有函数的设计与分析2.1 function ztest()的设计与分析ztest()函数实现从键盘输入学生成绩建立信息库的功能。

１. 假定一因果系统为y(n)-0.4y(n-1)+0.75y(n-2)=2.2403x(n)+2.4908x(n-1)+2.2403x(n-2)用MA TLAB 程序仿真该系统，输入三个不同的输入序列：)1.02c o s()(1n n x ⋅=π，)4.02cos()(2n n x ⋅=π，)(3)(221n x n x x -= 计算并并显示相应的输出)(1n y ， )(2n y 和)(n y 。

clf;n=0:40;a=2;b=-3;x1=cos(2*pi*0.1*n);x2=cos(2*pi*0.4*n);x=a*x1+b*x2;num=[2.2403, 2.4908,2.2403];den=[1 -0.4 0.75];ic=[0 0]; %设置零初始条件y1=filter(num,den,x1,ic); %计算输入为x1(n)时的输出y1(n)y2=filter(num,den,x2,ic); %计算输入为x2(n)时的输出y2(n)y=filter(num,den,x,ic); %计算输入为x (n)时的输出y(n)yt= a*y1+b*y2;%画出输出信号subplot(2,1,1)stem(n,y);ylabel('振幅');title('加权输入a*x1+b*x2的输出');subplot(2,1,2)stem(n,yt);ylabel('振幅')'title('加权输出a*y1+b*y2');0510152025303540-40-2020振幅加权输入a*x1+b*x2的输出0510152025303540-40-2020振幅加权输出a*y1+b*y2２. 用MATLAB 程序仿真步骤1给出的系统，对两个不同的输入序列x(n)和x(n-10)，计算并显示相应的输出序列y3(n)和y4(n)。

clf;n=0:40;n1=0:50a=2;b=-3;x1= cos(2*pi*0.1*n);x2=cos(2*pi*0.4*n);x=2*x1-3*x2;x3=[zeros(1,10) x];num=[2.2403, 2.4908,2.2403];den=[1 -0.4 0.75];ic=[0 0]; %设置零初始条件y1=filter(num,den,x,ic); %计算输入为x1(n)时的输出y1(n)y2=filter(num,den,x3,ic); %计算输入为x2(n)时的输出y2(n)subplot(2,1,1)stem(n,y1);ylabel('振幅');title('时移前');subplot(2,1,2)stem(n1,y2);ylabel('振幅');title('时移后');0510152025303540-30-20-1001020振幅时移前05101520253035404550-40-20020振幅时移后3．用MA TLAB 程序仿真计算下列两个有限长序列的卷积和并显示图形。

目录实验一数字信号的产生和频谱分析实验 (2)一.实验目的 (2)二.实验要求 (2)三.实验原理 (2)四.实验步骤 (3)五.流程图 (3)七.实验结果分析 (6)实验二FIR数字滤波器设计 (7)一.试验目的 (7)二.实验要求 (7)三.实验原理和步骤 (7)四.实验流程图 (7)五.实验波形 (8)六.实验结果分析 (11)实验三IIR数字滤波器设计 (11)一.试验目的 (11)二.实验要求 (11)三.实验原理 (12)四.实验流程图 (12)五．实验波形 (13)六.实验结果分析 (14)实验四模拟调制解调 (14)一.试验目的 (14)二.实验要求 (14)三．实验原理 (15)四.实验流程图 (15)五.实验波形 (16)六.实验结果分析 (17)实验五数字调制解调 (17)一.试验目的 (17)二.实验要求 (17)三.实验原理 (18)四.实验流程图 (18)五.实验波形 (18)六.实验结果分析 (20)实验一数字信号的产生和频谱分析实验一.实验目的1.通过仿真掌握采样定理2.掌握利用FFT进行信号谱分析的原理二.实验要求1. 按照采样定理生成CW信号和LFM信号；2. 画出信号时域波形图和频谱图；3. 生成高斯分布的白噪声；4. 生成一定信噪比的带噪信号，并对其进行谱分析。

三.实验原理1.采样定理:在模拟信号数字化时,需要对模拟信号进行采样,当采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的2倍时(fs.max>=2fmax)，采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，否则会发生频谱混叠,造成最后解调出来的信号失真.一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的5～10倍；采样定理又称奈奎斯特定理。

2.快速傅立叶变换(FFT)算法长度为N的序列的离散傅立叶变换为：N点的DFT可以分解为两个N/2点的DFT，每个N/2点的DFT又可以分解为两个N/4点的DFT。

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。

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。

第一次实验MAT1AB的数字信号处理基础一、实验目的1.掌握在MAT1AB中创建和编写脚本程序的步骤，熟悉在MAT1AB中进行基本的矩阵运算2.了解数字信号在计算机系统中的表示和数字信号处理的基本过程3.掌握用MAT1AB产生数字信号的方法二、实验内容1.熟悉在MAT1AB下创建脚本文件编制程序的方法在MAT1AB中，脚本文件时由一系列的命令构成并储存为.m格式的文件。

通常使用m文件来编写一个完整的仿真程序。

脚本文件的创建，可采用以下两种方式：(1)在菜单栏中选择Fi1e下拉框中New选项，可以新建多种MAT1AB文件，我们编辑仿真程序，通常选择第一项BIankM-Fi1e,即新建一个空的MAT1AB文件。

具体参见下图。

图1(2)采用菜单栏中新建按钮即可新建一个空的MAT1AB文件。

Jk MAT1AB7.9.0(R2009b)Fi1eEditDebugParaJ一一J2.MAT1AB中的数据表示MAT1AB中的基本数据单元为数组矩阵，MAT1AB中的数学运算都是基于矩阵的。

掌握了矩阵运算，就掌握了MAT1AB编程的关键。

MAT1AB中使用到的变量无需事先声明其数据类型，大小等，MAT1AB会自动根据赋值情况进行解析。

比如，可用通过以下命令产生一个矩阵：3.常用序列的MAT1AB实现(1)单位抽样序列。

在MAT1AB中可以用以下函数来实现单位抽样序列function[x,n]=impseq(nθ,n1z n2)%产生x(n)=de1ta(n-n0);n1<=n0<=n2if((nθ<n1)∣(nθ>∩2)∣(n1>n2))error('参数必须满足n1<=nθ<=n2,)endn=[n1:n2];x=[zeros(1,(nO-n1))4∕Zθros(1z(n2-nO))];stem(x);图3(2)单位阶跃序列。

在MAT1AB中可用〃>=0来实现〃(〃一%)。

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+=。