基于 Matlab 的数字信号处理实验报告

第一章 MATLAB基本知识MATLAB是一种面向科学和工程计算的高级语言，包含的几十个工具箱，覆盖了通信、自动控制、信号处理、图像处理、生命科学等科技领域，现已成为国际公认的最优秀的科技本章目的是帮助新用户在领略MATLAB非凡能力的同时能轻松跨越的门槛。§1.1MATLAB语言的基本使用环境一．MATLAB的安装MATLAB5.3版本仅有一张光盘，运行其上的安装文件setup.exe可以按提示安装整个MATLAB6.1的安装文件setup.exe系统。MATLAB6.x与以前的版本相比，在界面上的变化是很大的，以前的版本只给出一个又一个命令窗口，MATLAB6.1的程序界面，除了其右侧的CommandWindow(命令窗口)之外，还有LaunchPad(程序调用板)和CommandHistory(命令的历史记录)两个子窗口，以及Workspace(工作空间管理程序)和CurrentDirectory(当前目录管理程序)等，使MATLAB的操作更容易、方便了。二．MATLAB5.3的操作步骤由于实验室安装的是，下面我们介绍MATLAB5.3的操作步骤。双击桌面的CommandWindow(1-2。1．帮助[Help]选项HelpWindows 打开分类帮助窗HelpTips 打开函数文件命令帮助窗HelpDesk 打开以超文本形式存储的帮助文件主页ExamplesandDemos 打开演示窗主页About注册图标、版本、制造商和用户信息选择[Help]2．用户目录的设置必须建立用户自己的工作目录MATLAB因此应该建立自己的工作目录，用于存放用户自己创建的各种文件和数据。在路径浏览器中加入用户自己的路径①可以在命令窗中选中[File:SetPath]菜单项，在[Path]窗中选中[Addtopath]，点击Browse,在出现的目录中选定所需的目录，便完成设置，退出此菜单前保存。②也可以在命令窗口选择PathBroser图标，在弹出的PathBroser窗口中选择Path，在AddtoPath下选中需要加入的目录，如图1-3，完成设置，退出此菜单前保存。建立M脚本文件所谓M脚本文件，指文件的扩展名是.m的文件。Command命令窗M脚本文件来解决此矛盾。在命令窗[File]下拉菜单中选择New选项中的M--File子项，如图1-4，就会出现M文件编辑器，如图1-5所示。把指令全部写在M[Save,myfile1。运行M脚本文件。在CommandWindow()中键入myfile1结果显示在命令窗。建立M函数文件函数文件的目的是扩展MATLAB功能，即利用MATLAB语言构造了一个新的MATLAB函数，而且该函数的使用同MATLAB本身提供的库函数是一样的。例如，函数文件mean.m,用来计算一组向量的平均值。functiony=mean(x)%meanaverageormeanm=length(x);y=sum(x)/m;例如在M文件输入：z=1:99;m=mean(z)运行程序结果为：m=50关于函数文件的几点说明：文件与函数文件的一个重要标志。函数的文件名与函数名是相同的。§1.2 数值数组的创建一．一维数组的创建和寻访一维数组的创建逐个元素输入法这是最简单，但又最通用的构造方法例：x=[2 pi/2 sqrt(3) 3+5*j]x=2.0000 1.5708 1.7321 3.0000+5.0000i冒号生成法这是通过“步长”设定，生成一维“行”数组的方法。该方法通用格式为：x=a:inc:b说明：a是采样点之间的间隔，即步长；若(b-a)是inc生成数组的最后一个元素等于b，否则小于b。inc1，即inc=1;inc可以取正数或负数，若inc要保证a<b;若inca>b。一维数组的寻访x=rand(1,5) %产生(1×5)（5列）的均匀分布随即数组x=ones(1,5) %产生(1×5)（即：1行5列）的数值全部为1的数x=zeros(1,5) %产(1×5)（即：1行5列）的数值全部为0的数组x(3) %寻访数组x的第三个元素x(1:3) %寻访数组x的前三个元素x([125]) %寻访数组x的第一、二、五个元素组成的子数组x(find(x>0.5)) %0.5二．二维数组的创建和寻访直接输入法[]为其首尾数组的行与行之间必须用分号“[Enter隔离数组元素必须由逗号“例：c=[1,2,5;7,4,9]c=1 2 57 4 9“全下标”标识A（3，5）表示二维数组A35列”的元素§1.3数值数组的运算数值数组及数组运算始终是Matlab的核心内容。Matlab的在于使计算程序简单、易读、程序指令更接近教科书上的数学计算公式。§1.4控制流语句for循环语句其功能是重复执行一条或一组语句的固定次数（也可以是零次格式: for expression(表达式)statement(描述)end循环可以嵌套例： forI=1;5forj=1:4a(i,j)=endendwhile循环语句次数是不能预先确知的。格式: while expression(表达式)statement(描述)endif和break语句if或者执行else后面的语句。if条件语句的一般格式有两种：格式一:if statementend格式二:if conditionstatement1elseend

statement2Break语句一般出现在循环语句中，它表示跳出循环体，即结束循环。§1.5绘图用于绘图函数中常用的主要包括以下几种：1．绘图(1).Plotplot函数用来绘制二维线性坐标曲线，它的调用格式：plot(y)：若y为实数向量，将以y为纵坐标，y中对应元素的下标为横坐标来绘制曲线；若y为复数，将以实部为横坐标、虚部为纵坐标来绘制曲线。plot(x1,y1，„„)：该格式将绘制x1yn(2).stemstem函数用来绘制二维离散序列的杆状图，它的调用格式：stem(y)：以y中对应元素的下标为横坐标来绘制杆状图。stem(x,y)：该格式将绘制x为横坐标、y为纵坐标的杆状图。2．设置坐标轴属性axis函数用于设置当前图形的坐标轴属性，它的调用格式：axis([xminxmaxyminymax])：分别设置x轴、y轴刻度的最小值和最大值。分割图形窗口subplot函数可以将图形窗口分割，以满足用户对图形显示的要求，它的调用格式：subplot(m,n,p)：将当前的窗口中的坐标轴分割成mn列的子坐标轴，选定第p为当前显示窗口。图形标注函数title函数用来给图形添加标题，其调用格式为：title(‘string’)：在图形的正上方添加标题。xlable、ylable、zlable式：xlable(‘string’)：在x轴上用指定的字符串标注。ylable(‘string’)：在y轴上用指定的字符串标注。zlable(‘string’)：在z轴上用指定的字符串标注。text在曲线某点处标注：text(x,y,‘string’)：在点(x,y)处显示字符串。text(x,y,z,‘string’)处显示字符串。第二章基于MATLAB的数字信号处理实验实验一离散系统时域分析与Z域分析一．实验目的熟悉Matlab的主要操作命令；掌握典型离散信号的特性掌握离散系统的频率响应三．实验中调用的函数eig(x):xfliplr(x)x矩阵的列倒序。[h,w]=freqz(b,a)：系统函数的频率响应h，w0～π范围，其中b表示系统函数的分母系数，按降幂顺序排列。20*log10(abs(h))：对系统函数的的频率响应h取绝对值得到幅频响应h（分贝angle(h)： 是对系统函数的的频率响应h求取相频响应四．实验内容熟悉Matlab的主要操作命令例1A=[010；1021]； % 矩阵的写法，每行结束用；表示[X D]=eig(A) % eig(A)是求解A运行结果：X=-0.3887+0.0965i-0.3887-0.0965i-0.16740.4191-0.6436i0.4191+0.6436i-0.63710.2142+0.4515i0.2142-0.4515i-0.7524D=-1.4029+1.3078i000-1.4029-1.3078i00 0 3.8058例2：编写函数，可对信号移位和反折。编写一名为sigshift.m的函数文件function[y,n]=sigshift(x,m,n0)%Implementsy(n)=x(n-n0)n=m+n0;y=x;编写一名为sigshift.m的函数文件。%Implementsy(n)=x(-n)function[y,n]=sigfold(x,n)y=fliplr(x);n=-fliplr(n); % fliplr(x)x矩阵的列倒序。调用上述函数的主程序如下：%h(n)=(0.9)^n*u(n)n=0:50;h=((0.9).^n);%n的取值范围是0到50，按1递增的。figure(1)%创建一个新的图像窗口subplot(2,2,1)%221个图像stem(n,h);%将h用杆图形式表示axis([-70,70,0,1])%设定显示图形的x轴的范围是-70～70,y轴的范围是0～1title('x(n)')%图像的题名是x(n)gridon% 在图像上显现网格subplot(2,2,2)[h2,n2]=sigshift(h,n,20);stem(n2,h2);%调用前面编辑的sigshift函数（信号移位）axis([-70,70,0,1])title('sigshift:x(n-20)')gridonsubplot(2,2,3)[h3,n3]=sigshift(h,n,-20);stem(n3,h3);axis([-70,70,0,1])title('sigshift:x(n+20)')gridonsubplot(2,2,4)[h1,n1]=sigfold(h,n);stem(n1,h1);%调用前面编辑的sigfold函数（信号反折）axis([-70,70,0,1])title('sigfold:x(-n)')gridon例3：给定一因果系统 ,求出并绘制的幅频响应与相频响应。程序如下：%H(z)=(1-z^-1)/(1-sqrt(2)*z^-1+0.9z^-2)b=[1,-1]; %系统函数H(Z)的分子系数，按降幂顺序a=[1,-sqrt(2),0.9]; %系统函数H(Z)的分母系数，按降幂顺[h,w]=freqz(b,a); %系统函数的频率响应h，w表示0～πam=20*log10(abs(h)); %对系统函数的的频率响应h取绝对值得到幅频响应h（分贝subplot(2,1,1);plot(w,am) % 在0～π 范围内连续画出系统函数幅频响应h的曲线title('Amplitude')ph=angle(h); %angle(h)是对系统函数的的频率响应hsubplot(2,1,2)plot(w,ph) %在0～π 范围内连续画出系统函数相位响应ph的曲title('Phase')结果如下：上机实验内容数组的加、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,用stem语句画出A，B，C，D，E，F，G。A=[1234];B=[3456];stem(A)stem(B)C=A+B;stem(C)D=A-B;stem(D)E=stem(E)F=A./Bstem(F)G=A.^B;stem(G)A43.532.521.510.501 1.5 2 2.5 3 3.5 4B65432101 1.5 2 2.5 3 3.5 4C1098765432101 1.5 2 2.5 3 3.5 4D0-0.2-0.4-0.6-0.8-1-1.2-1.4-1.6-1.8-21 1.5 2 2.5 3 3.5 4E25201510501 1.5 2 2.5 3 3.5 4F0.70.60.50.40.30.20.101 1.5 2 2.5 3 3.5 4G45004