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数字信号处理实验指导书思考题答案实验图

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目录实验一 Matlab与数字信号处理基础 (2)实验二离散傅里叶变换与快速傅里叶变换 (4)实验三数字滤波器结构 (6)注释 (9)主要参考文献 (9)实验一 Matlab与数字信号处理基础一、实验目的和任务1、熟悉Matlab的操作环境2、学习用Matlab建立基本序列的方法；3、学习用仿真界面进行信号抽样的方法。

二、实验内容1、基本序列的产生：单位抽样序列、单位阶跃序列、矩形序列、实指数序列和复指数序列的产生2、用仿真界面进行信号抽样练习：用simulink建模仿真信号的抽样三、实验仪器、设备及材料计算机、Matlab软件四、实验原理序列的运算、抽样定理五、主要技术重点、难点Matlab的各种命令与函数、建模仿真抽样定理六、实验步骤1、基本序列的产生：单位抽样序列δ(n): n=-2:2;x=[0 0 1 0 0];stem(n,x);单位阶跃序列u(n)：n=-10:10;x=[zeros(1,10) ones(1,11)];stem(n,x);矩形序列R N(n)：n=-2:10;x=[0 0 ones(1,5) zeros(1,6)];stem(n,x);实指数序列0.5n：n=0:30;x=0.5.^nstem(n,x);复指数序列e(-0.2+j0. 3)n：n=0:30;x=exp((-0.2+j*0.3)*n);模：stem(n,abs(x))；幅角：stem(n,angle(x))；2、用仿真界面进行信号抽样练习：（1）在Matlab命令窗口中输入simulink 并回车，以打开仿真模块库；（2）按CTRL+N，以新建一仿真窗口；在仿真模块库中用鼠标点击Sources（输入源模块库），从中选择sine wave（正弦波模块）并将其拖至仿真窗口；（3）在仿真模块库中用鼠标点击Discrete（离散模块库），从中选择Zero-Order Hold（零阶保持器模块）并将其拖至仿真窗口；（4）在仿真模块库中用鼠标点击Sinks（显示模块库），从中选择Scope（示波器模块）并将其拖至仿真窗口；（5）在仿真窗口中把上述模块依次连接起来；（6）用鼠标双击Scope模块，以打开示波器的显示界面；（7）用鼠标点击仿真窗口工具条中的►图标开始仿真，结果显示在示波器中；（8）用鼠标双击Zero-Order Hold模块，打开其参数设置窗口，改变sample time参数值，例如1、0.5、0.1、0.05…，用鼠标点击仿真窗口工具条中的►图标开始仿真，比较示波器显示结果（选三个参数值，得三个结果）；（9）在仿真模块库中用鼠标点击Sinks（显示模块库），从中选择To Workspace（输出到当前工作空间的变量模块）并将其拖至仿真窗口；（10）用鼠标双击To Workspace模块，打开其参数设置窗口，改变variable name参数值为x ；同时把save format参数值设置为Array ；（11）在仿真窗口中先用鼠标点击Zero-Order Hold模块与Scope模块的连线，然后按住CTRL 键，从选中连线的中部引出一条线到To Workspace模块；（12）用鼠标双击Zero-Order Hold模块，打开其参数设置窗口，改变sample time参数值，例如1、0.5、0.1、0.05…，用鼠标点击仿真窗口工具条中的►图标开始仿真，并返回命令窗口，用stem(x)作图，比较序列图显示结果（选三个参数值，得三个结果）；七、实验报告要求1、实验步骤按实验内容指导进行；2、对于实验内容1和2的数据必须给出的离散图，其相关参数应在图中注明；3、具有关联性和比较性的图形最好用subplot()函数，把它们画在一起；4、实验报告按规定格式填写，要求如下：（1）实验步骤根据自己实际操作填写；（2）各小组实验数据不能完全相同，否则以缺席论处；5、实验结束，实验数据交指导教师检查，得到允许后可以离开，否则以缺席论处；八、实验注意事项1、Matlab编程、文件名、存盘目录均不能使用中文。

Matlab要区分英文大小写。

2、实验结果要保存，打印后贴在实验报告上。

3、拷图技巧stem(n,x)得到的Figure（1）在Figure界面下，先把整个窗口缩小；（2）在Figure界面下，点击菜单Edit / Copy Figure；（3）在Word界面下，用粘贴命令…Scope显示的图（1）键盘上按Prt Screen键（2）打开Windows附件->画图->编辑->粘贴（3）选画图板左边工具栏虚线方框按钮，用鼠标在图中选定所需区域,按CTRL+c(4) 在Word文档中按CTRL+v九、思考题1、已知离散系统的输入x(n)和冲激响应h(n)如下，求相应的响应y(n)，在计算前估算y(n)的长度。

x(n)=[1,4,3,5,1,2,3,5] h(n)=[4,2,4,0,4,2] 提示：卷积命令c=conv(f,h);2、实验步骤2中的奈奎斯特频率是多少？1/3Hz实验二离散傅里叶变换与快速傅里叶变换一、实验目的和任务1、练习M文件（函数）的编写；2、学习DFT、FFT的初步应用；二、实验内容1、编写离散傅里叶变换式的M文件：2、自编函数dft、idft与工具函数fft、ifft的比较：用simulink建模仿真信号的抽样三、实验仪器、设备及材料计算机、Matlab软件四、实验原理DFT、IDFT、FFT、IFFT五、主要技术重点、难点Matlab的各种命令与函数、分别绘出DFT、IDFT的实部和虚部六、实验步骤1、编写自己的离散傅里叶变换式： 说明：离散傅里叶变对表达式如下∑∑-=-=-==1212)(1)()()(N k Nkn j N n Nkn j ek X Nn x en x k X ππIDFT DFT编写M 文件（函数）的具体步骤（1） 用鼠标点击Matlab 主界面工具条上的New M-File 图标，打开M 文件编辑窗口； （2） 在编辑框中输入以下程序后以文件名“dft.m ”存盘（请不要改变路径设置）; DFT.m 程序 程序说明 function [Xk]=dft(xn) 定义函数dft ，xn 为参数 xn 为需要进行DFT 的序列 if nargin<1 error('need x(n)!'); end dft 需要参数N=length(xn); 取序列的点数n=0:N-1;k=0:N-1;WN=exp(-j*2*pi/N); 计算N je π2- nk=n'*k; WNnk=WN.^nk; Xk=xn*WNnk;（3） 重复步骤（1），在编辑框中输入以下程序后以文件名“idft.m ”存盘; IDFT.m 程序代码 程序说明 function [xn]=idft(Xk) 定义函数dft ，xn 为参数 xn 为需要进行DFT 的序列 if nargin<1 error('need X(k)!'); end dft 需要参数N=length(Xk); 取序列的点数n=0:N-1;k=0:N-1;WN=exp(-j*2*pi/N); 计算N je π2- nk=n'*k;WNnk=WN.^(-nk);xn=Xk*WNnk/N;2、自编函数dft 、idft 与工具函数fft 、ifft 的比较：（1） 在命令窗口中建立一序列x （6点）； x=[5 2 1 组号 *]（2） 分别用dft 和fft 对x 进行离散傅立叶变换（X1=dft(x); X2=fft(x);），比较结果； （3） 分别用idft 和ifft 进行逆离散傅立叶变换（x1=idft(X1); x2=ifft(X2);），比较结果（x1、x2与原序列x 进行比较，x1和x2相互比较）；3、DFT的应用：（1）在Matlab主界面中，用鼠标点击菜单File / Import Data…；（2）在文件对话框中选择数据文件dsp01.mat，导入信号x；（x为512点的序列）（3）对信号进行fft变换，作出幅度谱和相位谱。

程序代码程序说明N=length(x); 取得信号点数n=0:N-1;X=fft(x); 进行DFTmX=abs(X); 取模aX=angle(X); 取幅角w=2*pi*n/N; 计算各点频率subplot(2,1,1);plot (w(1:256),mX(1:256)); 作幅度谱（线图）subplot(2,1,2);plot (w(1:256),aX(1:256)); 作相位谱（线图）七、实验报告要求1、实验步骤按实验内容指导进行；2、对于实验内容1要给出程序；3、对于实验内容2要给出对比数据和相关结论；4、对于实验内容3要给出相关谱线；5、实验报告按规定格式填写，要求如下：（1）实验步骤根据自己实际操作填写；（2）各小组实验数据不能完全相同，否则以缺席论处；6、实验结束，实验数据交指导教师检查，得到允许后可以离开，否则以缺席论处。

八、实验注意事项1、Matlab编程、文件名、存盘目录均不能使用中文。

2、实验结果要保存，打印后贴在实验报告上。

3、拷图技巧（1）在Figure界面下，先把整个窗口缩小；（2）在Figure界面下，点击菜单Edit / Copy Figure；（3）在Word界面下，用粘贴命令…九、思考题1、在离散幅度谱中本已分开的谱线，用线图表示时却没有分开，为什么？提示：stem与plot命令的区别实验三数字滤波器结构一、实验目的和任务1、学习Matlab 的离散仿真环境；2、学习用Matlab 建立离散系统的方法；3、通过实验操作熟悉滤波器结构；二、实验内容1、用Matlab 仿真离散系统：2、用直接Ⅰ型结构实现滤波器：3、用直接Ⅱ型结构实现滤波器：4、用级联型结构实现滤波器（选作）：三、实验仪器、设备及材料计算机、Matlab 软件四、实验原理FIR 滤波器、IIR 滤波器的各种结构五、主要技术重点、难点用Matlab 提供的模块组建各种滤波器。

六、实验步骤1、用Matlab 仿真离散系统：已知某系统的差分方程为 y(n)=x(n)+2.5y(n -1)-y(n -2)，其冲激响应为u(n) ](0.5)312)34[h(n)n n ⨯-⨯=(，试用Matlab 仿真差分方程，求其冲激响应，并把结果与h(n)比较。

具体操作步骤：（1） 在Matlab 命令窗口中输入 simulink 并回车，以打开仿真模块库； （2） 在该窗口中选择File / Open… 菜单，打开IIR01.mdl 文件； （3） 打开的窗口中已有所需模块，请按下图连接各模块；（4） 用鼠标点击仿真窗口工具条中的►图标开始仿真； （5） 回到Matlab 命令窗口中，输入以下程序，比较结果：程序代码程序说明n=0:10;h=(4/3)*2.^n-(1/3)*(0.5).^n; 求理论上的冲激序列subplot(2,1,1);stem(n,h); 作出理论上的冲激序列subplot(2,1,2);stem(n,y); 作出实验上的冲激序列2、用直接Ⅰ型结构实现滤波器：已知某滤波器的差分方程（见下），试用直接Ⅰ型结构实现该滤波器，求冲激响应。

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数字信号处理上机实验答案(全)1

数字信号处理上机实验答案(全)1

第十章上机实验数字信号处理是一门理论和实际密切结合的课程，为深入掌握课程内容，最好在学习理论的同时，做习题和上机实验。

上机实验不仅可以帮助读者深入的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。

本章在第二版的基础上编写了六个实验，前五个实验属基础理论实验，第六个属应用综合实验。

实验一 系统响应及系统稳定性。

实验二 时域采样与频域采样。

实验三 用FFT 对信号作频谱分析。

实验四 IIR 数字滤波器设计及软件实现。

实验五 FIR 数字滤波器设计与软件实现实验六 应用实验——数字信号处理在双音多频拨号系统中的应用任课教师根据教学进度，安排学生上机进行实验。

建议自学的读者在学习完第一章后作实验一；在学习完第三、四章后作实验二和实验三；实验四IIR 数字滤波器设计及软件实现在。

学习完第六章进行；实验五在学习完第七章后进行。

实验六综合实验在学习完第七章或者再后些进行；实验六为综合实验，在学习完本课程后再进行。

10.1 实验一: 系统响应及系统稳定性1.实验目的（1）掌握 求系统响应的方法。

（2）掌握时域离散系统的时域特性。

（3）分析、观察及检验系统的稳定性。

2.实验原理与方法在时域中，描写系统特性的方法是差分方程和单位脉冲响应，在频域可以用系统函数描述系统特性。

已知输入信号可以由差分方程、单位脉冲响应或系统函数求出系统对于该输入信号的响应，本实验仅在时域求解。

在计算机上适合用递推法求差分方程的解，最简单的方法是采用MA TLAB 语言的工具箱函数filter 函数。

也可以用MATLAB 语言的工具箱函数conv 函数计算输入信号和系统的单位脉冲响应的线性卷积，求出系统的响应。

系统的时域特性指的是系统的线性时不变性质、因果性和稳定性。

重点分析实验系统的稳定性，包括观察系统的暂态响应和稳定响应。

系统的稳定性是指对任意有界的输入信号，系统都能得到有界的系统响应。

或者系统的单位脉冲响应满足绝对可和的条件。

数字信号处理上机实验答案(第三版)

数字信号处理上机实验答案(第三版)

实验1：系统响应及系统稳定性实验程序清单:close all;clear all%======内容1：调用filter解差分方程，由系统对u(n)的响应判断稳定性====== A=[1,-0.9];B=[0.05,0.05]; %系统差分方程系数向量B和Ax1n=[1 1 1 1 1 1 1 1 zeros(1,50)]; %产生信号x1(n)=R8(n)x2n=ones(1,128); %产生信号x2(n)=u(n)hn=impz(B,A,58); %求系统单位脉冲响应h(n)subplot(2,2,1);y='h(n)';stem(hn, 'y'); %调用函数tstem绘图title('(a) 系统单位脉冲响应h(n)');y1n=filter(B,A,x1n); %求系统对x1(n)的响应y1(n)subplot(2,2,2);y='y1(n)';stem(y1n,'y');title('(b) 系统对R8(n)的响应y1(n)');y2n=filter(B,A,x2n); %求系统对x2(n)的响应y2(n)subplot(2,2,4);y='y2(n)';stem(y2n,'y');title('(c) 系统对u(n)的响应y2(n)');%===内容2：调用conv函数计算卷积============================ x1n=[1 1 1 1 1 1 1 1 ]; %产生信号x1(n)=R8(n)h1n=[ones(1,10) zeros(1,10)];h2n=[1 2.5 2.5 1 zeros(1,10)];y21n=conv(h1n,x1n);y22n=conv(h2n,x1n);figure(2)subplot(2,2,1);y='h1(n)';stem(h1n,'y'); %调用函数tstem绘图title('(d) 系统单位脉冲响应h1(n)');subplot(2,2,2);y='y21(n)'; stem(y21n,'y');title('(e) h1(n)与R8(n)的卷积y21(n)');subplot(2,2,3);y='h2(n)'; stem(h2n, 'y'); %调用函数tstem绘图title('(f) 系统单位脉冲响应h2(n)');subplot(2,2,4);y='y22(n)';stem(y22n,'y');title('(g) h2(n)与R8(n)的卷积y22(n)');%=========内容3：谐振器分析========================un=ones(1,256); %产生信号u(n)n=0:255;xsin=sin(0.014*n)+sin(0.4*n); %产生正弦信号A=[1,-1.8237,0.9801];B=[1/100.49,0,-1/100.49]; %系统差分方程系数向量B和Ay31n=filter(B,A,un); %谐振器对u(n)的响应y31(n)y32n=filter(B,A,xsin); %谐振器对u(n)的响应y31(n)figure(3)subplot(2,1,1);y='y31(n)';stem(y31n,'y');title('(h) 谐振器对u(n)的响应y31(n)');subplot(2,1,2);y='y32(n)';stem(y32n,'y');title('(i) 谐振器对正弦信号的响应y32(n)');实验程序运行结果及分析讨论程序运行结果如图10.1.1所示。

数字信号处理实验报告6 加思考题

数字信号处理实验报告6 加思考题

实验报告实验名称______________________课程名称院系部: 专业班级：学生姓名：学号:同组人:实验台号:指导教师：成绩：实验日期:华北电力大学（北京）一：实验目的及要求应用离散傅里叶变换DFT 分析模拟信号x(t)的频谱，深刻理解利用DFT 分析模拟信号频谱的原理、分析过程中出现的现象及解决方法。

二：实验仪器三：实验原理连续周期信号相对于离散周期信号，连续非周期信号相对于离散非周期信号，都可以通过时域抽样定理建立相互关系。

因此，在离散信号的DFT 分析方法基础上，增加时域抽样的步骤，就可以实现连续信号的DFT 分析。

利用DFT 计算连续周期信号的频谱分析步骤为：(1) 确定周期信号的基本周期T0；(2) 计算一个周期内的抽样点数N 。

若周期信号的最高次谐频为p 次谐波pw0 ，则频谱中有2p+1根谱线；若周期信号的频谱无限宽，则认为集中信号90%以上(或根据工程允许而定)能量的前(p+1)次谐波为近似的频谱范围，其余谐波忽略不计。

取N>=2p+1； (3) 对连续周期信号以抽样间隔T= T0 /N 进行抽样，得到x[k] ； (4) 利用FFT 函数对x[k]作N 点FFT 运算，得到X[m]； (5) 最后求得连续周期信号的频谱为X(nw0)=X[m]/N 。

利用DFT 计算连续非周期信号x(t) 的频谱分析步骤为：(1)根据时域抽样定理，确定时域抽样间隔T ，得到离散序列x[k]； (2) 确定信号截短的长度M 及窗函数的类型，得到有限长M 点 离散序列xM[k]=x[k]w[k]；(3) 确定频域抽样点数N ，要求N>=M ；(4) 利用FFT 函数进行N 点FFT 计算得到N 点的X[m]； (5由X[m]可得连续信号频谱X(jw)样点的近似值 。

)(~t x四：实验步骤第一：实验内容1. 利用FFT分析信号)t=的频谱。

ux t-e(2t()(1) 确定DFT计算的各参数（抽样间隔，截短长度，频谱分辨率等）；(2) 比较理论值与计算值，分析误差原因，提出改善误差的措施。

数字信号处理实验四

数字信号处理实验四

实验一：DFS 、DFT 与FFT一、实验内容2、已知某周期序列的主值序列为x(n)=[0,1,2,3,2,1,0]，编程显示2个周期的序列波形。

要求：① 用傅里叶级数求信号的幅度谱和相位谱，并画出图形 ② 求傅里叶级数逆变换的图形，并与原序列进行比较。

N=7;xn=[0,1,2,3,2,1,0]; xn=[xn,xn]; n=0:2*N-1; k=0:2*N-1;Xk=xn*exp(-j*2*pi/N).^(n'*k); x=(Xk*exp(j*2*pi/N).^(n'*k))/N; subplot(2,2,1);stem(n,xn);title('x(n)');axis([-1,2*N,1.1*min(xn),1.1*max(xn)]); subplot(2,2,2);stem(n,abs(x));title('IDFS|X(k)|');axis([-1,2*N,1.1*min(x),1.1*max(x)]); subplot(2,2,3),stem(k,abs(Xk));title('|X(k)|');axis([-1,2*N,1.1*min(abs(Xk)),1.1*max(abs(Xk))]); subplot(2,2,4),stem(k,angle(Xk));title('arg|X(k)|');axis([-1,2*N,1.1*min(angle(Xk)),1.1*max(angle(Xk))]);课程名称 数字信号 实验成绩 指导教师 王丽霞实 验 报 告院系 信息工程学院 班级 11专升本通信工程 学号 1103100068 姓名 周海霞日期 2011年10月17日12351051015|X (k)|510-2-1012arg|X (k)|3、已知有限长序列x(n)=[1,0.5,0,0.5,1,1,0.5,0]，要求： ① 求该序列的DFT 、IDFT 的图形；xn=[1,0.5,0,0.5,1,1,0.5,0]; N=length(xn); n=0:N-1; k=0:N-1;Xk=xn*exp(-1i*2*pi/N).^(n'*k); x=(Xk*exp(1i*2*pi/N).^(n'*k))/N; subplot(2,2,1);stem(n,xn);title('x(n)');axis([-1,N,1.1*min(xn),1.1*max(xn)]); subplot(2,2,2);stem(n,abs(x));title('IDFT|X(k)|');axis([-1,N,1.1*min(x),1.1*max(x)]); subplot(2,2,3),stem(k,abs(Xk));title('|X(k)|');axis([-1,N,1.1*min(abs(Xk)),1.1*max(abs(Xk))]); subplot(2,2,4),stem(k,angle(Xk));title('arg|X(k)|');axis([-1,N,1.1*min(angle(Xk)),1.1*max(angle(Xk))]);0.510.5124681234|X (k)|2468-2-1012arg|X (k)|② 用FFT 算法求该序列的DFT 、IDFT 的图形；xn=[1,0.5,0,0.5,1,1,0.5,0]; N=length(xn);subplot(2,2,1);stem(n,xn); title('x(n)'); k=0:N-1; Xk=fft(xn,N);subplot(2,1,2);stem(k,abs(Xk)); title('Xk=DFT(xn)'); xn1=ifft(Xk,N);subplot(2,2,2);stem(n,xn1);title('x(n)=IDFT(Xk)');x(n)1234567X k=DFT(xn)x(n)=IDFT(X k)③ 假定采用频率Fs=20Hz ，序列长度N 分别取8、32和64，用FFT 计算其幅度谱和相位谱。