数字信号处理实验全部程序MATLAB

1、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=1 2 3 4，B=3 4 5 6，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。实验程序：A=1 2 3 4;B=3

2、 4 5 6;n=1:4;C=A+B;D=A-B;E=A.*B;F=A./B;G=A.B;subplot(4,2,1);stem(n,A,'fill');xlabel ('时间序列n');ylabel('A');subplot(4,2,2);stem(n,B,'fill');xlabel ('时间序列n ');ylabel('B');subplot(4,2,3);stem(n,C,'fill');xlabel ('时间序列n ');ylabel('A+B

3、9;);subplot(4,2,4);stem(n,D,'fill');xlabel ('时间序列n ');ylabel('A-B');subplot(4,2,5);stem(n,E,'fill');xlabel ('时间序列n ');ylabel('A.*B');subplot(4,2,6);stem(n,F,'fill');xlabel ('时间序列n ');ylabel('A./B');subplot(4,2,7);stem(n,G,'f

4、ill');xlabel ('时间序列n ');ylabel('A.B');运行结果：(2)用MATLAB实现以下序列。a）x(n)=0.8n 0n15实验程序：n=0:15;x=0.8.n;stem(n,x,'fill'); xlabel ('时间序列n ');ylabel('x(n)=0.8n');b）x(n)=e(0.2+3j)n 0n15实验程序：n=0:15;x=exp(0.2+3*j)*n);stem(n,x,'fill'); xlabel ('时间序列n ');

5、ylabel('x(n)=exp(0.2+3*j)*n)');运行结果：a）的时间序列 b）的时间序列c）x(n)=3cos(0.125n+0.2)+2sin(0.25n+0.1) 0n15实验程序：n=0:1:15;x=3*cos(0.125*pi*n+0.2*pi)+2*sin(0.25*pi*n+0.1*pi);stem(n,x,'fill'); xlabel('时间序列n ');ylabel('x(n)=3*cos(0.125*pi*n+0.2*pi)+2*sin(0.25*pi*n+0.1*pi)');运行结果：d）将c

6、)中的x(n)扩展为以16为周期的函数x16(n)=x(n+16),绘出四个周期实验程序：n=0:1:63;x=3*cos(0.125*pi*rem(n,16)+0.2*pi)+2*sin(0.25*pi*rem(n,16)+0.1*pi);stem(n,x,'fill'); xlabel ('时间序列n ');ylabel('x16(n)');e）将c)中的x(n)扩展为以10为周期的函数x10(n)=x(n+10),绘出四个周期实验程序：n=0:1:39;x=3*cos(0.125*pi*rem(n,10)+0.2*pi)+2*sin(0.2

7、5*pi*rem(n,10)+0.1*pi);stem(n,x,'fill'); xlabel ('时间序列n ');ylabel('x10(n)');运行结果：d）的时间序列 e）的时间序列(3)x(n)=1,-1,3,5，产生并绘出下列序列的样本。a）x1(n)=2x(n+2)-x(n-1)-2x(n)实验程序：n=0:3;x=1 -1 3 5;x1=circshift(x,0 -2);x2=circshift(x,0 1);x3=2*x1-x2-2*x;stem(x3,'fill'); xlabel ('时间序列n

8、');ylabel('x1(n)=2x(n+2)-x(n-1)-2x(n)');b）实验程序：n=0:3;x=1 -1 3 5;x1=circshift(x,0 1);x2=circshift(x,0 2);x3=circshift(x,0 3);x4=circshift(x,0 4);x5=circshift(x,0 5);xn=1*x1+2*x2+3*x3+4*x4+5*x5;stem(xn,'fill'); xlabel('时间序列n ');ylabel('x2(n)=x(n-1)+2x(n-2)+3x(n-3)+4x(n-

9、4)+5x(n-5)');运行结果： a）的时间序列b）的时间序列(4)绘出时间函数的图形，对x轴、y轴图形上方均须加上适当的标注。 a) x(t)=sin(2t) 0t10s b) x(t)=cos(100t)sin(t) 0t4s实验程序：clc;t1=0:0.001:10;t2=0:0.01:4;xa=sin(2*pi*t1);xb=cos(100*pi*t2).*sin(pi*t2);subplot(2,1,1);plot(t1,xa);xlabel ('t');ylabel('x(t)');title('x(t)=sin(2*pi*t)

10、');subplot(2,1,2);plot(t2,xb);xlabel ('t');ylabel('x(t)');title('x(t)=cos(100*pi*t2).*sin(pi*t2)');运行结果：(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。实验程序：clc;n1=input('请输入起点：');n2=input('请输入终点');n0=input('请输入阶跃位置');n=n1:n

11、2;x=n-n0>=0;stem(n,x,'fill');xlable('时间序列n');ylable('u(n-n0)');请输入起点：2请输入终点：8请输入阶跃位置：6运行结果： （5）运行结果 （6）运行结果(6)给一定因果系统求出并绘制H(z)的幅频响应与相频响应。实验程序：a=1 -0.67 0.9;b=1 sqrt(2) 1;h w=freqz(b,a);fp=20*log(abs(h);subplot(2,1,1);plot(w,fp);xlabel('时间序列t');ylabel('幅频特性'

12、);xp=angle(h);subplot(2,1,2);plot(w,xp);xlabel('时间序列t');ylabel('相频特性');运行结果：(右上图)常用典型序列单位采样序列function x,n=impseq(n1,n2,n0) n=n1:n2; x=(n-n0)=0;x,n=impseq(-2,8,2);stem(n,x);title('电信1201')n0=-2;n=-10:10;nc=length(n);x=zeros(1,nc);for i=1:nc if n(i)=n0 x(i)=1 endendstem(n,x) ;t

13、itle('电信1201 采样序列第二种方法')单位阶跃序列function x,n=stepseq(n1,n2,n0) n=n1:n2; x=(n-n0)>=0;x,n=stepseq(-2,8,2);stem(n,x);title('电信1201')实数指数n=0:10;x=0.9.n;stem(n,x);title('电信1201')复数指数序列n=-10:10;alpha=-0.1+0.3*j;x=exp(alpha*n);real_x=real(x); image_x=imag(x);mag_x=abs(x); phase_x=a

14、ngle(x);subplot(2,2,1); stem(n,real_x) ;title('电信1201')subplot(2,2,2); stem(n,image_x);title('电信1201')subplot(2,2,3); stem(n,mag_x);title('电信1201')subplot(2,2,4); stem(n,phase_x);title('电信1201')正余弦n=0:10;x=3*cos(0.1*pi*n+pi/3);stem(n,x);title('电信1201')例： 求出下列波

15、形x1(n)=2x(n-5)-3x(n+4)function y,n=sigadd(x1,n1,x2,n2) n=min(min(n1),min(n2) : max(max(n1),max(n2); y1=zeros(1,length(n); y2=y1; y1(find(n>=min(n1)&(n<=max(n1)=1)=x1; y2(find(n>=min(n2)&(n<=max(n2)=1)=x2; y=y1+y2;function y,n=sigshift(x,m,n0) n=m+n0; y=x; n=-2:10;x=1:7,6:-1:1;x11

16、,n11=sigshift(x,n,5);x12,n12=sigshift(x,n,-4);x1,n1=sigadd(2*x11,n11,-3*x12,n12);stem(n1,x1);title('电信1201')已知某一系统方程为：yn-yn-1+0.9yn-2=xn计算并画出脉冲响应h(n),n=(-20,100)n=(-20:100);num=(1); den=1 -1 0.9;x=impseq(-20,100,0);h=filter(num,den,x);stem(n,h)xlabel('时间序号N');ylabel('脉冲响应h');

17、title('脉冲响应 电信1201');实现两个序列a,b的卷积x=3,11,7,0,-1,4,2; h=2,3,0,-5,2,1; c=conv(x,h); stem(c); title('电信1201')自己给的数x=0.5,1,1.5,0,0; h=1,1,1;c=conv(x,h);stem(c);title('电信1201')试求卷积C(t)=f1(t)*f2(t),并绘制出f1、f2、及卷积以后的波形。function y,ny= conv_m(x,nx,h,nh,p) % 信号处理的改进卷积程序 nyb=nx(1)+nh(1);

18、nyc=nx(length(x)+nh(length(h); ny=(nyb :p: nyc); y=conv(x , h);p=0.1;t1= 0:p:1;f1=t1.*(t1>0);t2= -1:0.1:2;f2=t2.*exp(t2).*(t2>=0)+exp(t2).*(t2<0);y,ny=conv_m(f1,t1,f2,t2,p);subplot(3,1,1);stem(t1,f1);title('电信1201')subplot(3,1,2);stem(t2,f2);title('电信1201')subplot(3,1,3); st

19、em(ny,y);title('电信1201')实验二function xk=dfs(xn,N) n=(0:1:N-1); k=n; WN=exp(-j*2*pi/N); nk=n'*k; WNnk=WN.nk; xk=xn* WNnk;xn=0,1,2,3;N=4;xk=dfs(xn,N)' IDFSfunction xn=idfs(xk,N) n=(0:1:N-1); k=n; WN=exp(-j*2*pi/N); nk=n'*k; WNnk=WN.(-nk); xn=xk*WNnk/N;分析：因为x(n)是复指数，它满足周期性，我们将在两个周期中的

20、401个频点上作计算来观n=0:10;x=(0.9*exp(j*pi/3).n;k=-200:200;w=(pi/100)*k;X=x*(exp(-j*pi/100).(n'*k);magX=abs(X); angX=angle(X);subplot(2,1,1); plot(w/pi,magX); subplot(2,1,2); plot(w/pi,angX/pi); title('电信1201')检验频移特性n=0:100; x=cos(pi*n/2);k=-100:100; w=(pi/100)*k;X=x*(exp(-j*pi/100).(n'*k);y

21、=exp(j*pi*n/4).*x;Y=y*(exp(-j*pi/100).(n'*k);subplot(2,2,1);plot(w/pi,abs(X); axis(-1,1,0,60);title('幅值 电信1201');xlabel('以pi为单位的频率');ylabel('绝对值X');subplot(2,2,2);plot(w/pi,angle(X)/pi);title('相位 电信1201');xlabel('以pi为单位的频率');ylabel('绝对值X');axis(-1,

22、1,-1,1);subplot(2,2,3);plot(w/pi,abs(Y);title('幅值 电信201');xlabel('以pi为单位的频率');ylabel('绝对值Y');axis(-1,1,0,60);subplot(2,2,4);plot(w/pi,angle(Y)/pi); title('相位 电信201');xlabel('以pi为单位的频率');ylabel('绝对值Y');axis(-1,1,-1,1);b=1;a=1,-0.8;n=0:100;x=cos(0.05*pi*

23、n);y=filter(b,a,x);subplot(2,1,1); stem(n,x)xlabel('n');ylabel('x(n)');title('输入序列 电信1201');subplot(2,1,2); stem(n,y)xlabel('n');ylabel('y(n)');title('输出序列 电信1201');实验三例：已知信号由15Hz幅值0.5的正弦信号和40Hz幅值2的正弦信号组成，数据采样频率fs=100;N=128;n=0:N-1;t=n/fs;x=0.5*sin(2*p

24、i*15*t)+2*sin(2*pi*40*t);y=fft(x,N);f=(0:length(y)-1)'*fs/length(y);mag=abs(y);stem(f,mag);title('N=128点 电信1201')已知带有测量噪声信号f1=50Hz,f2=1为均值为零、方差为1的随机信号，采样频率为1000Hz，t=0:0.001:0.6;x=sin(2*pi*50*t)+sin(2*pi*120*t);y=x+2*randn(1,length(t);Y=fft(y,512);P=Y.*conj(Y)/512; %求功率f=1000*(0:255)/512;

25、subplot(2,1,1);plot(y);title('电信1201')subplot(2,1,2);plot(f,P(1:256);title('电信1201')对信号 进行DFT，对其结果进行IDFT，并将IDFT的结果和原信号进行比较。 fs=100; N=128; n=0:N-1; t=n/fs;x=sin(2*pi*40*t)+sin(2*pi*15*t);subplot(2,2,1)plot(t,x)title('original signal 电信1201')y=fft(x,N);mag=abs(y);f=(0:length(y

26、)-1)'*fs/length(y);subplot(2,2,2)plot(f,mag)title('FFT to original signal 电信1201')xifft=ifft(y);magx=real(xifft);ti=0:length(xifft)-1/fs;subplot(2,2,3)plot(ti,magx);title('signal from IFFT 电信1201')yif=fft(xifft,N);mag=abs(yif);subplot(2,2,4)plot(f,mag)title('FFT to signal fro

27、m IFFT 电信201')用函数conv和FFT计算同一序列的卷积，比较其计算时间。L=5000; N=L*2-1; n=1:L;x1=0.5*n; x2=2*n;t0=clock; yc=conv(x1,x2);conv_time=etime(clock,t0)t0=clock;yf=ifft(fft(x1,N).*fft(x2,N);fft_time=etime(clock,t0)实验四例：用冲激响应不变法设计Butterworth低通数字滤波器，通带波纹小于1dB，阻带在 wp=0.2*pi; ws=0.3*pi;rp=1;rs=15;ts=0.01;Nn=128;Wp=wp/

28、ts; Ws=ws/ts;N,Wn=buttord(Wp,Ws,rp,rs,'s');z,p,k=buttap(N);Bap,Aap=zp2tf(z,p,k);b,a=lp2lp(Bap,Aap,Wn);bz,az=impinvar(b,a,1/ts);freqz(bz,az,Nn,1/ts)title('电信1201')设计一个Butterworth高通数字滤波器，通带边界频率为300Hz，阻带边界频率为200Hz，通带波纹小于1dB，阻带衰减大于20dB，采样频率为1000Hz。fs=1000;wp=300/(fs/2); ws=200/(fs/2);rp=1; rs=15; Nn=128;N,Wn=buttord(wp,ws,rp,rs);b,a=butter(N,Wn,'high');freqz(b,a,