《数字信号处理》实验报告汇总.docx

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1、HuaiyinNormalIlniversity物理与电子电气工程学院试验报告课程名称：数字信号处理院系：物电学院专业：电子信息科学与技术班级：学号：姓名：试验报告(D试验名称常见高散信号产生与实现试验日期2016年9月13日指导老师普凤莲一、试验目的1 .驾驭MAT1.AB语言的班本操作，学习基本的编程功能。2 .驾驭几种基本的离散时间信号(包括单位抽样序列,单位阶跃序列,单频正弦序列.单版复指数序列，实指数序列等).3 .能弱娴热利用MAT1.AB产生这些基本的离故时间信号。二、Sl习要求1,熟识各种常用序列，驾驭序列matlab实现。4 .侦习网T1.AB中序列产生的词用函数及绘制图形函

2、数stc三()三、管验内容利用YATIAB编程产生和绘制下列有限长序列：(I)单位脓冲序列3()(2)单位阶跃序列”()(3)矩形序列45)(4)正弦型序列M)=Asin(qn+q)(5)随意序列x(n)=6()+2J(-1)+第(-2)+4J(?-3)+55(-4)/:()=8()+25(-1)+6(-2)+2Z(n-3)四、祓3报告1.实现上述各序列(I)单位冲激序列functiony=impDT(n)%定义inpDT函数y=(n=0):n=-3:3;x=inpDT(n);stcm(n.x：fiir):%离散时间信号的波形绘制在MAT1.AB中一殷用S(Cm函数xlabel(,n):gri

3、don;Ele(即位冲激序列姓名学号)axis(33-0.11.1)(2)单位阶跃序列functiony=uDT(ny=(n=0);n=-3:5；x=uDT(n);slcm(n.fil);xlabel(*n,);gridonEle(单位阶跃序列姓名学号)axis(35-0.1l.l)(3)矩形序列&()functiony=uDT(n)y=(n=O);n=-5:IO:x=uDT(n-uDT(n-8):%此处调用了uDT.m函数stcm(n,xfi);xlabeC11,);gridonaxis(-51()-0.11.1J)IiUC(矩形序列姓名学号)(4)正弦里序列=ASin(三+工)53n=20

4、r20;x=sin(pi5*npW);sem(n.fil);Xlabclfnt):gridonlhle(正弦序列姓名学号)axis(-2020-1.51.5)(三)随意序列1：x(n)=(n)+2(n-1)+3(n-2)+4(n-3)+5J(-4)functionx.n=impscq(n.nl.n2)if(nn2)(nIn2)errrf参数必需涓痣nl=n;gridonCitIe(,随意序列1姓名学号)随意序列2：h(r)=b()+2(w-l)+5(-2)+25(-3)n=-IOJO:h-impscq(O,-O,I()2*impscq(l,-OJO)impscq(2,-l()JO)2*imps

5、cq(3t-IOJO);%同样的调用5.1中的inpseq.m函数stcm(n.h,fil);xlabcl(n,);ylabcCh,);gridonthle(随怠序列2姓名学号)axis(-10IO-I3|)2.画出各序列的图形，并对结果进行分析。单位冲激序列李杰171413275111QU.o11CU.OAU-*O011-5r)3单位阶跃序列李杰171413275正弦序列李杰171413275任意序列2李杰1714132752.521.5U10.500.5F-i1Q，.i-1-103-6-4-20246810n分析总结，MatIab的函数定义要放在M文件中，弁以文件名与函数名一样才能运行.此

6、次试脸大致巩固了MIalab基本的语法与表达式。同时，我了解了单位阶跃序列、单位冲激序列、矩形序列、正弦序列的实现方法,并且通过他们的绘图广解这函数.从代码到图像.洋细形象地理解/这些信号的特征.试验报告(2)忒验名称离散时间系统的时域分析试验日期2016年9月20日指导老师曹凤莲一、试验目的1 .学会运用时T1.RB求解及散时间系统的零状态响应.2 .学会运用见V1.B求解禹散时间系统的单位取样响应.3 .学会运用MAT1.AB求好康散时间系统的卷积和.二、Sl习要求1 .预习试验中基础学问,熟识MAT1.AB指令及y=fHtcNbax),ImPZ(b.a.N)、y=conv(x.h函数.2

7、 .结合试验内容，提前编制相应的程序。3 .思索变更差分方程的形式，单位抽样响应将如何变更。三、管验内容I.试用MAT1.AB吩咐求解以下圉散时间系统的单位取样响应. 1) I)3(J)+4如-1)+y(n-2)=x(n)+=O(1)3.v()+4y(j-l)+y(n-2)=x(n)+x(n-1)a=34l;b=(lU；n=O:IO;x=inDT(n);h=fiher(b.3Xs(em(n.h.fi).gridon;xlabcl(*n,):Iit1,系统单位取样响应姓名学号)系统单位取样响应李杰171413275U.oO0.3U.Q0.2fU.IuC40.1U.Uz)AiIU-u.Ut114u

8、.I。13)3I5678910n(2)Jy(n)+6y(i-l)+lOy(j-2)=X(M)a=(2.56101；Mlkn=0:50;x=impDT(n);hfiltcrtb,a,x);stem(nJ)Jfil).gridon:xlabel(n):IitICC系统单位取样响应姓名学号)x10系统单位取择响应李杰1714132752.已知某系统的单位取样响应为M)=(N)M)i(一IO)1.试用MAT1.AB求当激励信号为x(n)=()(-5)时,系统的零状态响应，nh=-IO:2O:nx=-5:5;x=uDT(nx)-uDT(nx-5);h=(778).Anh.*(uDT(nh)uDT(nh-

9、l();y=conv(x.h);nyl=nx(l)+nh(l);ny=nyI+():(lcngth(nx)+lcngtMnh)-2);suhplo3IZ2十一48四、试Ift报告1.依据内容要求，写出调试好的MAT1.AB语言程序及对应的MT1.AB运算结果.1 .试用MAT1.AB画出下列因果系统的系统函数零极点分布图,并推断系外的稳定性.(I)/(Z)=2z2-l.6z-0.9zj-2.5z2+1.962-0.4KB=2.-1.6.-O.9J;A=1,-2.5,1.96,-0.481；zplane(B,),gridon%通过调用ZpIane(B1A)绘出等极点Iegen“零点？极点)；标注

10、名称与符号AtitlcC零极点分布图姓名学号)零极点分布图李杰171413275/、。零点X极点/1/、/0.500.5RealPart因果系统稳定条件是全部板点在单位网内.系统仃极点在单位同外故系统不枪定.2 2)(z)=-；4-0.9,-0.65-+O.873zB=1.-1J;A=I1.-0.9,-0.65.0.873.0；zplane(B.),gridon%通过调用zplane(B.)绘出零极点IegeM零点：极点);AiiUeC零极点分布图姓名学号)；。零点x极点/2J/零极点分布三J李杰1714132750.8060.40-200.204-0.6080.50.50RealPart因果

11、系统稳定条件是全部极点在单位掰内,该因果系统全部帙点全部在单位国内.故系统稳定.2.试用MAT1.AB绘制系统（二）=7的频率响应曲线.1ZT-Z+-48A=HbB=1,-34J8J;H.wJ=frcqz(A,BJ00,whole);%调川川于求禹故系统侦响特性的函数frcqz()Hm-abs（三）;Hp=angleH);%angle用来求发数斑阵相位角的瓠度ff(,其取值为pi到Pisubpkx(2ll):Plo(W.Hm):gridon;xlabel(omcga(rad),)；ylabel(Magnilude,):til,肉散系统幅频件性曲线学号姓名上subplo(2l2);plolTl.

12、AB供应了求离散时间系统短响特性的函数frcqz.调MfreqZ的格式主要有两种形式：l.H,w=freqz(B,A,N.其中，B与A分别表示H(z)的分子和分母多项式的系数向辰：N为正整数.欣认值为512：返回值包含O,R范的内N个频率等分点：返回值H则是小散时间系统频率响应在OX范阳内N个短率处的值.2.H,w=freqz(B,A,N,whole)与第一种方式不同之处在于角频率的的困由0,犷展到Q,2n分析总结，推断因果系统稳定性：假如极点全部在单位圆内，则系统是稳定的，反之则不稳定.本次试验我驾驭了调用roots或z,p,k=tf2zp(B,R)来求零极点的分布。在坦终一个频率响应图像的

13、横坐标单位应当为rad.我熟识了系统函数的零板点分布、幅/相频特性曲线,同时也系统稳定推断有了史直观的理解.此次的教训是不能自目地接受已有的试验例子,我们须要相识函数模型的物理造义，才能得出精确的结果.试验报告(4)忒验名称用FFT进行谱分析试验日期2016年10月10日指导老师曹凤莲一、试验目的驾驭快速傅立叶变换的应用方法。二、Si习要求1 .预习试验中的基础学问，运行编制好的MAn.AB语句，熟识fft。函数.2 .依据试验中各N)的X(k)值以及骄谱图.说明参数的变更对信号频谱产生哪些影响？3 .思索假如周期怙号的周期预先不知道，如何用WT进行分析？三、试验内容1 .模拟信号W)=2si

14、n(4r)+5cos(8加),以/=0.()E(ZT=0:N-I)进行采样，求：(1) N=40点FFT的幅度频谱，从图中能否视察出信号的2个频谱正革？(2)提高枭样点数，如N=128,再求该信号的幅度频谱.此时帕度频谱发生了什么变更?信号的2个模拟版率和数字频率各多少？FkT短谱分析结果是否和理论一样？N=W:n=0:N-l;t0.01*n;x=2*sin(4*pi*t)+5*cos(8pi*t);k=0：N/2：w=2*iNk;X=fft(x,N);%快速傅里叶变换magX=absX(kN2l);%绘制(2的幅度谱subplot(2,1,1);stcm(n,x,);title(,signa

15、lx(n)姓名学号)：subplot(2,1,2);Steffl(Wpi,三agX)：IitloCFFTN=40姓名学号)；X1abe1Cf(unit:pi);ylabelCX):gridon;105SigMlXm)李杰171413275-5Jftllr.lTIllf.llHUil44.510152025303540N=128;%是2的后数n-0:N-1;t=0.01*n;x=2*sin(4*pit)+5*cos(8pi*t);k=0:N/2;w-2*piNk;X=fft(x,N);magX=abs(X(l:N/2+l)N绘制X(n)的幅度谱subplot(21.1);stem(n,x.,);

16、titIefsignalx(n)姓名学号)；subplot(2,1,2);stcm(wpi,BaX)：titleCFFTN二128姓名学号xlabelCf(unitzpi);ylabelCX):gridon;N=150;n-0:N-1;t=O.Ol*n;x=2*sin(4*pit)+5j*cos(8pi*t);k=O:N/2;f=2ON*k;X=fft(x,N);magX=abs(X(1.N2l);%绘制x(n)的幅度谱subplot(21.1);stem(n,x,.);titIeCsignalx(n)姓名学号)；subplot(2,1,2);stcm(fmagX);titlefFFTN=15

17、0姓名学号);xlabel(f(unit:Hz);ylabelCX);gridon;s,galx(n)李杰171413275二.利用MAT1.AB潴程产生和绘制下列有限长序列并编写程序实现信号的潜分析.1. COS(J)8N=8;n=0:N-l;x=cos(n*i8);k-0:N/2;w=2*piN*k;X=fft(x,N);MgX=abs(X(kN2l);subplot(2.1.1);ste(nx,.,);titIeCsignalx(n)姓名学号)；subplot(2,l2);stem(w/pi,B8gX);CitlGfFFTN=8姓名学号);xIbe1Cf(unit:pi),);ylabe

18、lCX,);gridon;10.50-0.51SigMlXm)李杰171413275II)123456FFThU8李杰1714132757432(1o0.10.20.30.40.50.60.70.80.9Kun忙Pl)N=16:nON-l;x=cos(n*pi8);k=0:N/2;w=2*iN*k;X=fft(x.N);magX=abs(X(kN2+l):subplot(2,1,D;Sleffl(n,x,.)：IilleCsixnalx(n)姓名学号)；subplot(2,1,2)jstem(wpi.11agX)：title(,FPTN=16姓名学号)：xlabel(,f(unit:pi)：y

19、labelCX,):gridon：N=32:n=O:N-l;X=CoS(n*i8;k=0:N/2：w-2*piNk;X=fft(x.N);magX=abs(X(1.N2+l)同绘制x(n)的幅1谱subplot(2,1,1);stem(n,x,.)：titlefsignalx(n)姓名学号)；subplot(2,1,2);stcm(wpi,BaX)：title(,FFTN=32姓名学号)；xIabeI(f(unit:pi)：ylabelCX):grid2. cos(0.125)+2cos(0.257?)N=10:n=O:N-l：x=cos(0.125*pin)2.*cos(O.25pi*n)：

20、k=0:N/2：u=2*piNk;X=fft(x,N);magX=abs(X(1:N/2+l);熠制X(n)的福衣谱subplot(2,I,i);Steffl(n,x,.,)：IitleCsignalx(n姓名学号);subplot(2,1,2);stem(wpi,nagX);title(,FFTN=IO姓名学号)；xlabelCf(unit:PiM)：ylabelC!Xj,):gridon;SigMlXm)李杰171413275FFTN-Io季杰1714132750.10.20.30.40.50.60.70.80.9KUni1.MN=16:n-0:N-1;x=cos(0.125*pi;sub

21、plot(2,1,D;Sleffl(n,x,IilleCsixnalx(n)姓名学号)；subplot(2,1.2);stem(wpi,IIagX);titIeCFFTN=32姓名学号);xlabelCf(unit:pi)ylabel(Xi):Rfidon;h小J-l1II1illll!ll.2SigMlXm)李杰1714132755101520253035N=64:n-0:N-1;x=cos(0.125*pi*n)+2.*cos(0.25*pi*n);k=0:N/2;u-2*iNk;X=fft(x.N);magX=abs(X(kN2+l);subplot(2,1,1);stem(n,x/.,

22、)JtitleCsignalx(n)姓名学号)；subplot(2l2);stem(w/pigX):titleCFFTN=4姓名学号)；xlbelCf(unit:pi)jylabel(,X)Zgrid89alX(n)9三171413275Irtitl1.fFflllfftjllfJrJ.lllltTT1II1lHl11H1.10203040SO6070四、1 .依据内容要求，写出调试好的MAT1.AB诺言程序及对应的结果.2 .结合成脸中所得给定典型序列幅顼特性曲城，与理论结合比较，并分析说明误差产生的缘由以及用FFT作谱分析时有关参数的选择方法.3 .总结试验所得主要结论.分析总结；周期信号

23、的频谱是离散的，只有当整改倍冏期的长度做FFT,得到的国敖港才能代表周期信号的领谐。对于有限长序列做DFr时.首先要满意乃奎斯特抽样定理.其次，若截取不当则造成颇谱泄褥.抽样点、的选择要适当.假如太小,册别率不梦：对周期序列应当取其整数倍来抽样.因此N要适当得大一些.误差产生的缘由：1 .对冏期序列的搬取不当，造成频谱泄露：2 .抽样点数N太少,频率辨别率不停用FFT做谱分析时参数的选择：3 .抽样版率要满意奈奎斯特准则.不小于信号最高服率的2倍：1.在抽样频率肯定的状况下，抽样点数、要适当。（太小会造成频率拚别力不够，太大会造成数据冗余。对周期序列，最好成取周期的整数倍进行谱分析.）试验报告

24、(5)试验名称成验五数字戏波器结构的实现试验日期2016年10月17日指导老雄曹凤莲一、管验目的(1) 加深对数字谑波器分类与结构的了解；(2)明确数字波波器的基本结构及其相互间的转投方法：3)驾驭用MAT1.AB进行数字泄波器各种结构相互间转换的子函数及程序编写方法.二、试殴朦理一个离IK1.SI系统可用系统函数来表示：U=y(z)=学,一=,+“厂+1+b”1.(z)+%JW./-z-v()+“(-A)=3(-m)A-I1-O当4至少有一个不为()时,则在有限z平面上存在极点,表示一个IlR数字泄波密：当全都为0时,系统不存在极点，去示一个FIR系统.IIR数字谑波器的基本结构分为干脆【型

25、、干脆Il型、圾联鞭和并联型.FIR数字滤波器的基本结构分为横旗型、级联型、并联型、线性相位型和频率抽样型.三、试验仪微型计算机、MAT1.AB四、试验内容(1)己知一个UR系统的系统函数为、0J-0.4z*1+0.42-2-0.k-3t1+0.3/+0.552-2+0.21将其从干脆型转换为欲联型和并联型结构，弁画出各种结肉的流程图.干脆型:1U.1-03Z1-0.4巩卬，1-055210.4102Z1.0.1级联型：b=(0.1-0.40.4-0.l:a=IO.30.550.2J;|sos.gl=if2sos(b,a)%运用If23。S将系统函数分解成系列：阶子系统的级联形式|r.p.k|

26、=rvsiducz(b.a)%多项式分母若无重根的状况,应可诳行因式分解,并求得其系数,此可以利用residue指令求解SOS=1.0000-2.61800I.(XK)O0.351901.(XXX)4.38200.38201.(XXM)-0.05190.5683g=0.100()-0.2893+O.(XX)Ii-0.2893-(I(MX)Ii1.1786P=0.0260+O.7534i0.02600.7534i-0.3519-0.500()H=0.r(.2.6l8Z,y(14035l9Z,(M.382Z,0382Z2)(I-O,O5I9Z,+O.5683Z2)并联型:出)(0519261X.3

27、683wnb=0.1-0.40.4-0.1;a=l0.30.550.2;C.B.A=tf2par(b,a)%运用U2par将系统函数分解成并联形式-0.5000-0.57860.01481.17861.0000-0.05190.56831.00()00.3519H(z0.5+(5l9Zl11-O.5683Z2)+1.1786y(1+0.351921)054双(2)己知一个FlR系统的系统函数为/(z)=O.2+O.885z1+O.2I2zi-K).2I22-3-K).885z将其从横械型转换为级联型结构,并画出各种结构的流程图.b=O20.880.2120.2120.885;a三l:|sos.

28、g=tf2sos|b.al%运用(f2三将系统函数分解成一系列：阶子系统的级岷形式SOS=I.(KMX)5.259546234l.(XXX)001.000()4).85950.95711.(MXM)00S=0.2(XX)b=sos2tf(s0s)%运用sos2tf反过来将：次分式转换为系统函&b=0.20000.88000.21200.21200.8850a=1000H(z=0.2*(I+5.2595Z,4.6234Z-)(I-0.8595Z,0.9571Z2)TYCri)，1*52595I4)259546234,rl09571.分析总结：（1）干腌I型.缺点:须要2N个延迟满（z1）,太多：

29、系数ai、bi对滤波器性能的限制不干腌，对极、零点的限制难，一个ai、bi的变更会影响系统的零点或极点分布；对字长变更般感（对ai、bi的精确度要求严格）：易不稳定，阶数尚时，影响更大。（2）干脆II型（典范型）：优点：延迟线削减一半，为N个，可节约寄存器或存储单元.通常在实际中很少采纳上述两种结构实现高阶系统,而是把制阶变成一系列不同组合的低阶系统（一、二阶）来实现。3）皴联型优点：简化实现，用一个二阶节，通过变换系数就可实现整个系统；极、零点可单独限制、调整，从而使频率响应调整更便利：各二阶节零、极点的搭配可互换位置,优化组合以减小运簿误差：可流水战操作。缺点：阶节电平难限制，电平大易导致

30、溢出，电平小则使信映比减小.（4）并联型优点：系统实现简洁，只需一个二阶节,系统通过变更输入系数即可完成：极点位置可单独调整；运算速度快（可并行进行）：各：阶网络的误差互不影响，总的误差小，对字长要求低。缺点：不能干脆圜整零点，因多个二阶节的零点并不是整个系统函数的零点，当须要精确的传输零点时，级联型及合道。试验报告(6)试监六HR数字泄波器的设计试验名称试验日期2016年10月25日指导老加曹凤莲一、管验目的1 .要求驾驭11R数字泄波器的设计原理、设计方法和设计步骤，2 .能依据给定的滤波渊指标进行浊波揖设计.3 .驾驭数字巴特沃斯注波器、数字切比吉夫滤波器设计原理和步骤.二、覆习襄求1.

31、我习试验中的基础学问.运行编制好的MAT1.AB谙句.熟识函数bilinear,i11pinvar.butter,buttord.2.思索双践性变换法中。和(0之间的关系是怎样的。3.能否利用公式完成脉冲响应不变法的数字谑波器设计？为什么？三、试验内容I、法干Bunenvonh型模拟波波器原型运用冲激不变转换方法设计数字滤波黑，要求具有下面的卷数指标：通带截止频率：卬,=0.2”通带波动值：R,=IdB阻帝截止效率：*=0.3”阻带波动值：A=I58clearall;Rp=1;As=15;wp三0.2*pi;ws-0.3*pi;T三l;wap=wpT;was-ws/T;$得到模拟沙波器的颇率-

32、采纳脓冲响应不变法的短率转换形式Nrw)-buttord-l).a(1.(2.*N);bSas=butter);ylabeirIHI,);axis(O,lrOzl.l);set(gcazXTickMcdemanual,XTck,j(00.20.30.51);set(gcz,znal,YTickrx(0AtnRipIJ);gridon;subplot(2f1/2);plot(wpirdb);title(,幅翔特性db)姓名学号。；Xlabel,)；ylabel(,dB,)；axis(0,lr-40r5J);set(9C/,z,XTck(00.20.30.51);set(gca,fYTickMode1z*manualz,YTick-40-As-Rp0);gridon;W(p)帕依特性李杰1714132752、用于BUuerWonh型模拟沙波器原型运用双戏性不变法设计数字浊波器，要求其彳i下面的参数指标:通带截止频率：卬0=02通带波动值：RQ=IdB阻后截止娠率：%=0.3;T阻带波动值：A=1548clearall;Rp-1；)通带最大衰MAShI5；%阻用H小衰Mwp=0.2*pi;t通带祓止领率ws-0.3*pi;耶H带俄止