数字信号处理实验实验报告.doc

1、数字信号处理实验实验报告实验报告 20_ - - 20_ 学年第 2 2 学期 开 课 单 位 适用年级、专业 13 级 电子信息工程 课 程 名 称 数字信号处理实验 主 讲 教 师 课 程 序 号 课 程 代 码 实 验 名 称 实 验 学 时 16 学 号 姓 名 实验一用 用 MATLAB 产生 时域 离散信号 一、.实验目的：1、了解常用时域离散信号及其特点。2、掌握用 MATLAB 产生时域离散信号的方法。二、.实验原理：1 、时域离散信号的概念 在时间轴的离散点上取值的信号，称为离散时间信号。通常，离散时间信号用 _(n)表示，其幅度可以在某一范围内连续取值。由于信号处理设备或装

2、置（如计算机、专用的信号处理芯片等）均以有限位的二进制数来表示信号的幅度，因此，信号的幅度也必须离散化。我们把时间和幅度均取离散值的信号称为时域离散信号或数字信号。在 MATLAB 语言中，时域离散信号可以通过编写程序直接产生。2 、常用时域离散信号的生成 1) 单位抽样序列 单位抽样序列的表示式为 îíì=01) (n d 00¹=nn 或 îíì= -01) ( k n d 0 ¹=nk n 三、.实验内容：1、阅读并上机验证实验原理部分的例题程序，理解每一条语句的含义。已认真阅读并且上机验证了全部的列题程序，

3、大部分语句都能理解含义，但有小部分语句含义还没理解透彻，正在努力看书本弄懂语句含义 改变例题中的有关参数（如信号的频率、周期、幅度、显示时间的取值范围、采样点数等），观察对信号波形的影响。2、编写程序，产生以下离散序列：（ （1 ）f(n)=δ(n) (-3 ≤n ≤4) n1=-3;n2=4;n0=0; n=n1:n2; _=n=n0; stem(n,_, "filled"); a_is(n1,n2,0,1.1_ma_(_); _label("时间(n)");ylabel("幅度 _(n)&qu

4、ot;); title("单位脉冲序列"); -3 -2 -1 0 1 2 3 400.20.40.60.81时 间 (n)幅度_(n)单 位 脉 冲 序 列 （ （2 ）f(n)=u(n) (-5 ≤n ≤5) n1=-5;n2=5;n0=0; n=n1:n2; _=ngt;=n0; stem(n,_,"filled"); a_is(n1,n2,0,1.1_ma_(_); _label("时间(n)");ylabel("幅度 _(n)"); title("单位阶跃序列&quo

5、t;); bo_ -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 500.20.40.60.81时 间 (n)幅度_(n)单 位 阶 跃 序 列 （ （3 ）f(n)= e (0.1+j1.6∏ )n (0 ≤n ≤16) n1=16;a=0.1;w=1.6_pi; n=0:n1; _=e_p(a+j_w)_n); subplot(2,2,1);plot(n,real(_); title("复指数信号的实部"); subplot(2,2,3);stem(n,real(_),"filled"); title(

6、"复指数序列的实部"); subplot(2,2,2);plot(n,imag(_); title("复指数信号的虚部"); subplot(2,2,4);stem(n,imag(_),"filled"); title("复指数序列的虚部"); bo_ 5 10 15 20-505复 指 数 信 号 的 实 部0 5 10 15 20-505复 指 数 序 列 的 实 部0 5 10 15 20-505复 指 数 信 号 的 虚 部0 5 10 15 20-505复 指 数 序 列 的 虚 部 （ （4 ）f(n)

7、=3sin(n/4) (0 ≤n ≤20) f=8;Um=3;nt=2;N=20;T=1/f; dt=T/N;n=0:nt_N-1; tn=n_dt;_=Um_sin(2_f_pi_tn); subplot(2,1,1);plot(tn,_); a_is(0,nt_T,1.1_min(_),1.1_ma_(_);ylabel("_(t)"); subplot(2,1,2);stem(tn,_);a_is(0,nt_T,1.1_min(_),1.1_ma_(_); ylabel("_(n)");bo_ 0.05 0.1 0.15

8、 0.2 0.25-202_(t)0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25-202_(n) 3 、一个连续的周期性方波信号频率为 20_Hz ，信号幅度在-1 +1V 之间，要求在图形以 窗口上显示其两个周期的波形。以 4kHz 的频率对连续信号进行采样，编写程序生成连续信号和其采样获得的离散信号波形。f=20_;nt=2; N=20;T=1/f; dt=T/N; n=0:nt_N-1; tn=n_dt; _=square(2_f_pi_tn,50); subplot(2,1,1);plot(tn,_); a_is(0,nt_T,1.1_min(_),1.1_ma_(_); ylabe

9、l("_(t)"); subplot(2,1,2);stem(tn,_); a_is(0,nt_T,1.1_min(_),1.1_ma_(_); ylabel("_(n)"); Bo_ 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.01-1-0.500.51_(t)0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.01-1-0.500.51_(n) 四：实验总结 （ （1） ）对 ：一开始对 MATLAB 这个软件一点都不了

10、解，通过实验后，懂的了如何运用 MATLAB来运行程序，对这个软件有了进一步的了解。（ （2 ）：一开始不了解每个语句的含义，通过请教老师和懂的同学，基本弄懂了每个语句的含义，通过阅读例题程序后，自己独立完成了实验报告。思考题：率 通过例题程序，你发现采样频率 Fs 、采样点数 N 、采样时间间隔 dt 在程序编写中有怎样的联系？使用时需注意什么问题？ 答：联系：Fs=1/ dt ， N=T/dt ， 使 用 时 应 注 意 要 使 ：Fs ≥ 2/T ，只有这样才能唯一的恢复原信号，不会产生混叠现象。验 实验 2 离散 LSI 系统的 时域分析p 一、.实验目的：1、加深对离散

11、系统的差分方程、单位脉冲响应、单位阶跃响应和卷积分析p 方法的理解。2、初步了解用 MATLAB 语言进行离散时间系统时域分析p 的基本方法。3、掌握求解离散时间系统的单位脉冲响应、单位阶跃响应、线性卷积以及差分方程的程序的编写方法，了解常用子函数的调用格式。二、 实验原理：1、 离散 LSI 系统的 响应与激励 由离散时间系统的时域分析p 方法可知，一个离散 LSI 系统的响应与激励可以用如下框图表示： n _ n yDiscrete-timesystme 其输入、输出关系可用以下差分方程描述：0 0 N Mk kk ka y n k b _ n m= =- = -å å

12、 三、 实验内容：2、已知描述某离散 LSI 系统的差分方程为 2y(n)-3y(n-1)+y(n-2)=_(n-1)，分别用 impz和 dstep 函数、filtic 和 filter 函数两种方法求解系统的单位序列响应和单位阶跃响应。用 用 impz 和 和 dstep 函数 Program：a=1,-3/2,1/2; b=0,1/2,0; N=32; n=0:N-1; hn=impz(b,a,n); gn=dstep(b,a,n); subplot(1,2,1);stem(n,hn,"k"); title("系统的单位序列响应"); ylabel

13、("h(n)");_label("n"); a_is(0,N,1.1_min(hn),1.1_ma_(hn); subplot(1,2,2);stem(n,gn,"k"); title("系统的单位阶跃响应"); ylabel("g(n)");_label("n"); a_is(0,N,1.1_min(gn),1.1_ma_(gn); 0 10 20 3000.10.20.30.40.50.60.70.80.91系 统 的 单 位 序 列 响 应h(n)n0 0.5 100.

14、10.20.30.40.50.60.70.80.91 filtic 和 filter 函数 program：1=0;y01=0; a=1,-3/2,1/2; b=0,1/2,0; N=32;n=0:N-1; _i=filtic(b,a,0); _1=n=0; hn=filter(b,a,_1,_i); _2=ngt;=0; gn=filter(b,a,_2,_i); subplot(1,2,1);stem(n,hn,"k"); title("系统的单位序列响应"); ylabel("h(n)");_label("n"

15、;); a_is(0,N,1.1_min(hn),1.1_ma_(hn); subplot(1,2,2);stem(n,gn,"k"); title("系统的单位阶跃响应"); ylabel("g(n)");_label("n"); a_is(0,N,1.1_min(gn),1.1_ma_(gn); figure：10 20 3000.10.20.30.40.50.60.70.80.91系 统 的 单 位 序 列 响 应h(n)n0 10 20 30055202530系 统 的 单 位 阶 跃 响 应g(n)n 3

16、、编写程序描绘下列序列的卷积波形：（1）f 1 (n=u(n),f 2 (n)=u(n-2), (0≤n≤10) n1=0:10; N1=length(n1); f1=ones(1,N1); subplot(2,2,1);stem(n1,f1,"filled"); title("f1(n)"); n2=2:12; N2=length(n2); f2=ones(1,N2); subplot(2,2,2);stem(n2,f2,"filled"); title("f2(n)"); y=con

17、v(f1,f2); subplot(2,1,2);stem(y,"filled"); 0 5 1000.20.40.60.81f1(n)0 5 10 1500.20.40.60.81f2(n)0 5 10 15 20 25055 （2）_(n)=sin(n/2),h(n)=(0.5) n (-3≤n≤4) Program：convu: functiony,ny=convu(h,nh,_,n_) nys=nh(1)+n_(1);nyf=nh(end)+n_(end); y=conv(h,_);ny=nys:nyf; n1=-3:4_pi;f1=si

18、n(n1/2); n2=-3:4_pi;f2=power(0.5,n2); y,ny=convu(f1,n1,f2,n2); subplot(2,2,1);stem(n1,f1); subplot(2,2,2);stem(n2,f2); subplot(2,1,2);stem(ny,y); -5 0 5 10 15-1-0.500.51-5 0 5 10 1502468-10 -5 0 5 10 15 20 25-20-1001020 4、已知某离散 LSI 系统的单位序列响应为h(n)=3δ(n-3)+0.5δ(n-4)+0.2δ(

19、n-5)+0.7δ(n-6)-0.8δ(n-7) 求输入为 _(n)=e -0.5n u(n)时的系统响应。Program：N=16; n=0:N-1; _=e_p(-0.5_n) subplot(2,2,1);stem(n,_); a=1,0,0,0,0,0,0,0; b=0,0 ,0,3,0.5,0.2,0.7,-0.8; hn=impz(b,a,n); subplot(2,2,2);stem(n,hn); y=conv(_,hn); subplot(2,1,2);stem(y); 5 10 1500.20.40.60.810 5 10 15-230

20、 5 10 15 20 25 30 35-23 5、已知描述某离散 LSI 系统的差分方程为 y(n)=0.7y(n-1)+2_(n)-_(n-2)，求输入为_(n)=u(n-3)时的系统响应。Program：N=16; n=0:N-1; _=zeros(1,3),ones(1,(N-3); subplot(2,2,1);stem(n,_); a=1,-7/10,0; b=2,0,-1; hn=impz(b,a,n); subplot(2,2,2);stem(n,hn) y=conv(_,hn); subplot(2,1,2);stem(y); 5 10 1500.20.40.60.810 5

21、 10 15-0.500.511.520 5 10 15 20 25 30 35-234 四、实验总结：答：1 ）.MATLAB 提供的求卷积函数 conv 默认两个序列的序号均从 n=0 开始，卷积果 结果 y 对应的序列的序号也从 n=0 开始。当两个序列不是从 0 开始时，必须对 conv 函数稍加扩展。2） ）.用函数 filtic 和 和 filter 求解离散系统的单位序列响应和单位阶跃响应时，原式为阵 非标准形式，必须化为标准形式后再列出系数矩阵 a ，b 。验 实验 3 离散 LSI 系统 的频域分析p 1316030108 徐恩 一、 实验目的 ：1、加深对离散系统变换域分析

22、p -z 变换的理解，掌握使用 MATLAB 进行 z 变换和逆z 变换的常用函数的用法。2、了解离散系统的零极点与系统因果性和稳定性的关系，熟悉使用 MATLAB 进行离散系统的零极点分析p 的常用函数的用法。3、加深对离散系统的频率响应特性基本概念的理解，掌握使用 MATLAB 进行离散系统幅频响应和相频响应特性分析p 的常用方法。二、 实验原理：1 、z 变换和逆 z 变换 （1）用 ztrans 函数求无限长序列的 z 变换。该函数只给出 z 变换的表达式，而没有给出收敛域。另外，由于这一函数还不尽完善，有的序列的 z 变换还不能求出，逆 z 变换也存在同样的问题。三、实验内容：1、输

23、入并运行例题程序，理解每条语句的含义。2、求下列各序列的 z 变换：1 2 0 3 0( ) ( ) sin( ) ( ) sin( )n an_ n na _ n n _ n e n w w-= = = 程序清单如下：syms w0 n z a; _1=n_an; _1=ztrans(_1) _2=sin(w0_n); _2=ztrans(_2) _3=e_p(-a_n)_sin(w0_n); _3=ztrans(_3) 程序运行结果如下：_1 =z_a/(-z+a)2 _2 = z_sin(w0)/(z2-2_z_cos(w0)+1) _3 = z/e_p(-a)_sin(w0)/(z2/

24、e_p(-a)2-2_z/e_p(-a)_cos(w0)+1) 3、求下列函数的逆 z 变换 031 2 3 42 11( ) ( ) ( ) ( )( ) 1jz z z z_ z _ z _ z _ zz a z a z e zw-= = = =- - - - 程序清单如下：syms w0 j z a; _1=z/(z-a); _1=iztrans(_1) _2=z/(z-a)2; _2=iztrans(_2) _3=z/(z-e_p(j_w0); _3=iztrans(_3) _4=(1-z-3)/(1-z-1); _4=iztrans(_4) 程序运行结果如下：_1 =an _2 =a

25、n_n/a _3 =e_p(i_w0)n _4 = charfcn2(n)+charfcn1(n)+charfcn0(n) 4、求下列系统函数所描述的离散系统的零极点分布图，并判断系统的稳定性 （1）( 0.3)( )( 1 )( 1 )z zH zz j z j-=+ - + + 程序清单如下：z1=0,0.3"p1=-1+j,-1-j"k=1; b1,a1=zp2tf(z1,p1,k); subplot(1,2,1);zplane(z1,p1); title("极点在单位圆内"); subplot(3,2,2);impz(b1,a1,20); 程序运行结果如下：-1 -0.5 0 0.5 1-2-1.5-1-0.500.511.52Real PartImaginary Part极 点 在 单 位 圆 内