數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)(合體版)

1、數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：采樣定理依托實(shí)驗(yàn)室：信號(hào)系統(tǒng)與處理實(shí)驗(yàn)室二00六年十二月數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)一：采樣定理一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 熟練掌握SYSTEMVIEW軟件工具的使用2 掌握采樣定理的精髓3 了解采樣定理在實(shí)際中的應(yīng)用4 了解巴特沃斯濾波器的設(shè)計(jì)與仿真二 實(shí)驗(yàn)原理及方案1采樣定理的內(nèi)容：奈奎斯特采樣定理說(shuō)明要從抽樣信號(hào)中無(wú)失真地恢復(fù)原信號(hào)，抽樣頻率應(yīng)大于或等于信號(hào)最高頻率的2倍。抽樣頻率小于信號(hào)最高頻率的2倍時(shí)，抽樣信號(hào)的頻譜有混疊，用低通濾波器不可能恢復(fù)原始信號(hào)。2實(shí)驗(yàn)方案：觀察信號(hào)波形低通濾波乘法器信號(hào)預(yù)處理信號(hào)源抽樣脈沖三 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置：（1） 系統(tǒng)時(shí)鐘采樣頻率：最好大于

2、4000HZ（2） 觀察時(shí)間00.1秒（3） 低通濾波器：巴特沃斯濾波器（5階，截止頻率150HZ）（4） 信號(hào)預(yù)處理：低通濾波器+放大器（5） 抽樣脈沖寬度：0.002秒1 信號(hào)源是100HZ的正弦波；抽樣信號(hào)的頻率分別設(shè)置為180HZ，350HZ，800HZ，分別觀察信號(hào)的輸出波形是否有失真，記錄結(jié)果。2 信號(hào)源是20HZ的方波抽樣信號(hào)的頻率分別設(shè)置為180HZ，350HZ，800HZ，分別觀察信號(hào)的輸出波形是否有失真，記錄結(jié)果。四 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中信號(hào)的頻率改變以及抽樣脈沖頻率改變對(duì)結(jié)果的影響，在分析的基礎(chǔ)上得出結(jié)論。五 思考題1 方波信號(hào)的最大頻率如何確定？2 為什么180H

3、Z的采樣頻率會(huì)使結(jié)果失真？3 濾波器的階數(shù)改變時(shí)對(duì)結(jié)果有何影響？4系統(tǒng)的時(shí)鐘抽樣頻率如何確定，為什么越大越好？數(shù)字信號(hào)處理 實(shí)驗(yàn)一序列的繪圖一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1. 了解MATLAB的實(shí)驗(yàn)環(huán)境；2. 充分熟悉subplot函數(shù)的使用；3. 能夠畫(huà)出單位脈沖序列及單位階躍序列的圖形；4. 能夠畫(huà)出矩形序列及正弦序列的圖形。二、實(shí)驗(yàn)步驟:1. 打開(kāi)MATLAB，了解三個(gè)區(qū)域（工作區(qū)、命令區(qū)、歷史記錄區(qū)）的作用；2. 用help查找subplot函數(shù)的使用情況；3. 編輯并生成函數(shù)impseq.m(單位脈沖序列) function x,n = impseq(n0,n1,n2) % 產(chǎn)生 x(n) = d

4、elta(n-n0); n1 <= n,n0 <= n2 % x,n = impseq(n0,n1,n2) if (n0 < n1) | (n0 > n2) | (n1 > n2) error('參數(shù)必須滿(mǎn)足 n1 <= n0 <= n2') end n = n1:n2; %x = zeros(1,(n0-n1), 1, zeros(1,(n2-n0);x = (n-n0) = 0; 以及函數(shù)stepseq.m(單位階躍序列)function x,n = stepseq(n0,n1,n2) % 產(chǎn)生 x(n) = u(n-n0); n1

5、 <= n0 <= n2 % x,n = stepseq(n0,n1,n2) if (n0 < n1) | (n0 > n2) | (n1 > n2) error('參數(shù)必須滿(mǎn)足 n1 <= n0 <= n2') end n = n1:n2; %x = zeros(1,(n0-n1), ones(1,(n2-n0+1);x = (n-n0) >= 0; 主函數(shù)test1.mn=-5:5; x1=impseq(0,-5,5); subplot(2,2,1);stem(n,x1);title('單位脈沖序列') xla

6、bel('n');ylabel('x(n)'); n=0:10; x2=stepseq(0,0,10); subplot(2,2,2);stem(n,x2);title('單位階躍序列'); xlabel('n');ylabel('x(n)'); 或主函數(shù)test2.mn=0:10; x3=stepseq(0,0,10)-stepseq(5,0,10); subplot(2,2,3);stem(n,x3);title('矩形序列'); xlabel('n');ylabel('

7、x(n)'); n=0:20; x4=sin(0.3*n); subplot(2,2,4);stem(n,x4);title('正弦序列'); xlabel('n'); ylabel('x(n)');4. 先運(yùn)行test1.m, 再運(yùn)行test2.m,并改變坐標(biāo)尺度n的范圍，分別畫(huà)出另外兩種坐標(biāo)尺度的圖形。5. 畫(huà)出，sin(0.6*n)的圖形。三、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 實(shí)驗(yàn)步驟3. 16個(gè)圖形的結(jié)果，并得出結(jié)論或體會(huì)。4. 思考題：請(qǐng)問(wèn)有幾種方法可以改變坐標(biāo)尺度？數(shù)字信號(hào)處理 實(shí)驗(yàn)二序列的運(yùn)算一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 5. 充分熟悉復(fù)

8、指數(shù)函數(shù)find、sigshift、sigfold函數(shù)的使用；6. 熟悉序列的加、減、乘、除、移位、折疊的計(jì)算；7. 能夠畫(huà)出結(jié)果的圖形。二、實(shí)驗(yàn)步驟:6. 用help查找find、sigshift、sigfold函數(shù)的使用情況；7. 編輯并生成函數(shù)sigadd.m(序列相加) function y,n = sigadd(x1,n1,x2,n2) % 實(shí)現(xiàn) y(n) = x1(n)+x2(n) % y,n = sigadd(x1,n1,x2,n2) % y = 在包含n1 和 n2 的n點(diǎn)上求序列和 % x1 = 在 n1上的第一序列% x2 = 在 n2上的第二序列(n2可與 n1不等)n

9、= min(min(n1),min(n2):max(max(n1),max(n2); % y(n)的長(zhǎng)度 y1 = zeros(1,length(n); y2 = y1; % 初始化y1(find(n>=min(n1)&(n<=max(n1)=1)=x1; % 具有y的長(zhǎng)度的 x1 y2(find(n>=min(n2)&(n<=max(n2)=1)=x2; % 具有y的長(zhǎng)度的x2 y = y1+y2; % 序列相加.8. 編輯并生成函數(shù)sigmult.m(序列相乘)function y,n = sigmult(x1,n1,x2,n2) % 實(shí)現(xiàn) y(n)

10、 = x1(n)*x2(n) % y,n = sigmult(x1,n1,x2,n2) % y = 在n區(qū)間上的乘積序列,n 包含 n1 和 n2 % x1 = 在 n1上的第一序列 % x2 = 在 n2上的第二序列(n2可與 n1不等)n = min(min(n1),min(n2):max(max(n1),max(n2); % y(n)的長(zhǎng)度 y1 = zeros(1,length(n); y2 = y1; %初始化 y1(find(n>=min(n1)&(n<=max(n1)=1)=x1; % 具有y的長(zhǎng)度的 x1 y2(find(n>=min(n2)&

11、(n<=max(n2)=1)=x2; % 具有y的長(zhǎng)度的 x2 y = y1 .* y2; % 序列相乘 9. 編輯并生成函數(shù)sigshift.m(序列移位)function y,n = sigshift(x,m,n0) % 實(shí)現(xiàn) y(n) = x(n-n0) % y,n = sigshift(x,m,n0)n = m+n0; y = x; 10. 編輯并生成函數(shù)sigfold.m(序列折疊)function y,n = sigfold(x,n) % 實(shí)現(xiàn) y(n) = x(-n) % y,n = sigfold(x,n) y = fliplr(x); n = -fliplr(n); 1

12、1. 編輯并生成實(shí)現(xiàn)兩序列相乘和相加程序clc; clear; x1=0,1,2,3,4,3,2,1,0;n1=-2:6; x2=2,2,0,0,0,-2,-2; n2=2:8; y1,n=sigmult(x1,n1,x2,n2); y2,n=sigadd(x1,n1,x2,n2); subplot(2,2,1);stem(n1,x1);title('序列x1') xlabel('n');ylabel('x1(n)');subplot(2,2,2);stem(n2,x2);title('序列x2') xlabel('n&#

13、39;);ylabel('x2(n)'); subplot(2,2,3);stem(n,y1);title('兩序列相乘') xlabel('n');ylabel('y1(n)'); subplot(2,2,4);stem(n,y2);title('兩序列相加') xlabel('n');ylabel('y2(n)'); 12. 改變坐標(biāo)尺度重新畫(huà)圖，使圖形更加直觀；13. 在命令窗口打出x1，x2，y1，y2的值，并貼進(jìn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。14. 編輯并生成實(shí)現(xiàn)序列移位和折疊程序x1=0,1

14、,2,3,4,3,2,1,0;n1=-2:6; y1,n2=sigshift(x1,n1,2); y2,n3=sigfold(x1,n1); subplot(3,1,1);stem(n1,x1);title('序列x1') xlabel('n');ylabel('x1(n)'); subplot(3,1,2);stem(n2,y1);title('序列移位') xlabel('n');ylabel('y1(n)'); subplot(3,1,3);stem(n3,y2);title('序列折

15、疊') xlabel('n');ylabel('y2(n)'); 9. 在命令窗口打出y1，y2，n2，n3的值，并貼進(jìn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。10. 畫(huà)出y3=2x1(2-n), y4=x1(3n)的圖形，在命令窗口打出y3，y4的值，并貼進(jìn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。三、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：5. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 實(shí)驗(yàn)步驟7. 根據(jù)圖形的結(jié)果，得出結(jié)論或體會(huì)。數(shù)字信號(hào)處理 實(shí)驗(yàn)三復(fù)指數(shù)序列的繪圖一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 8. 充分熟悉復(fù)指數(shù)函數(shù)exp的使用；9. 熟悉復(fù)指數(shù)函數(shù)的實(shí)部、虛部、振幅、相位的計(jì)算；10. 能夠畫(huà)出復(fù)指數(shù)函數(shù)實(shí)部、虛部、振幅、相位的圖形。二、實(shí)驗(yàn)步驟:15. 用help查找e

16、xp函數(shù)的使用情況；16. 編輯并生成函數(shù)exp.m(單位脈沖序列) n=0:1:20; alpha=-0.1+0.5j; x=exp(alpha*n); subplot(2,2,1); stem(n,real(x); title('實(shí)部'); xlabel('n') subplot(2,2,3); stem(n,imag(x); title('虛部'); xlabel('n') subplot(2,2,2); stem(n,abs(x); title('振幅'); xlabel('n') subp

17、lot(2,2,4); stem(n,(180/pi)*angle(x); title('相位'); xlabel('n') 17. 先運(yùn)行exp.m, 畫(huà)出圖形，分析圖形的結(jié)果。18. 當(dāng)alpha=-0.1+0.5j 時(shí)，計(jì)算x的共軛對(duì)稱(chēng)分量和共軛反對(duì)稱(chēng)分量.也分實(shí)部、虛部、振幅、相位分別畫(huà)圖。5. 再改變alpha=1.5, alpha=-2, 畫(huà)出圖形，分析圖形的結(jié)果。三、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：8. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 實(shí)驗(yàn)步驟10. 14個(gè)圖形的結(jié)果，并得出結(jié)論或體會(huì)。11. 思考題：試用公式表示x=exp(alpha*n)的實(shí)部、虛部、振幅、相位。數(shù)字信號(hào)處理 實(shí)

18、驗(yàn)四序列的卷積和一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 11. 充分熟悉conv函數(shù)的使用；12. 熟悉序列卷積和的計(jì)算；13. 能夠畫(huà)出結(jié)果的圖形。二、實(shí)驗(yàn)步驟:19. 用help查找conv函數(shù)的使用情況；20. 編輯并生成函數(shù)conv_m.m(帶長(zhǎng)度的卷積和) function y,ny = conv_m(x,nx,h,nh) % 信號(hào)處理的改進(jìn)卷積程序 % y,ny = conv_m(x,nx,h,nh) % y = 卷積結(jié)果 % ny = y 的基底(support) % x =基底 nx 上的第一個(gè)信號(hào) % nx = x 的支架 % h =基底 nh上的第二個(gè)信號(hào) % nh = h 的基底 nyb = n

19、x(1)+nh(1); nye = nx(length(x) + nh(length(h); ny = nyb:nye; y = conv(x,h); 21. 編輯并生成函數(shù)sigconv.m(序列卷積和)x=0 0.5 1 1.5 0;nx=-1:3; h=1 1 1 0 0; nh=-2:2; y,ny=conv_m(x,nx,h,nh); % y = conv(x,h); subplot(2,2,1);stem(nx,x);title('序列x') xlabel('n');ylabel('x(n)'); subplot(2,2,2);ste

20、m(nh,h);title('序列h') xlabel('n');ylabel('h(n)'); subplot(2,2,3);stem(ny,y);title('兩序列卷積') xlabel('n');ylabel('y(n)'); 22. 用y = conv(x,h); 替代 y,ny=conv_m(x,nx,h,nh);結(jié)果會(huì)有什么不同? 為什么?23. 改變x, h 序列的值一次, 在程序中使用 y,ny=conv_m(x,nx,h,nh)語(yǔ)句,畫(huà)出卷積和的結(jié)果。24. 在命令窗口，打出最后

21、一次的x, h及y的值，并貼進(jìn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。三、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：12. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?3. 實(shí)驗(yàn)步驟14. 根據(jù)圖形的結(jié)果，得出結(jié)論或體會(huì)。數(shù)字信號(hào)處理 實(shí)驗(yàn)五序列的傅里葉變換一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 14. 充分熟悉exp函數(shù)的使用；15. 熟悉序列傅里葉變換的計(jì)算；16. 能夠畫(huà)出結(jié)果的圖形。二、實(shí)驗(yàn)步驟:25. 用help查找exp函數(shù)的使用情況；26. 編輯并生成函數(shù)FourierTran .m(帶長(zhǎng)度的卷積和) function X,magX,angX = FourierTran(x,n,dot) % 計(jì)算離散序列的付立葉變換 % X,magX,angX = FourierTran(x,n) % 或X,

22、magX,angX = FourierTran(x,n,dot) if nargin< 3 % nargin是輸入變量的個(gè)數(shù) dot=600; end k=-dot:dot; w=(pi/dot)*k; X=x*(exp(-j).(n'*w); %做傅里葉變換 magX=abs(X); angX=angle(X); subplot(211); plot(w/pi,magX); xlabel('頻率(單位pi)');ylabel('|X(e jomega)|'); title('幅頻特性'); subplot(212); plot(w

23、/pi,angX/pi); xlabel('頻率(單位pi)');ylabel('弧度/pi'); title('相頻特性'); 27. 編輯并生成函數(shù)sigfourier.m(序列卷積和)x=1,1,1,1,1;n=0:4; FourierTran(x,n); 28. 分析X=x*(exp(-j).(n'*w)語(yǔ)句中n', 如果用n替代, 結(jié)果會(huì)有什么不同? 為什么?29. 當(dāng)dot=8時(shí)，計(jì)算X幅頻特性的值，并X的幅頻特性的值一一列出來(lái)。30. 改變x, n, dot 的值兩次, 畫(huà)出兩次傅里葉變換的結(jié)果。三、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：1

24、5. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?6. 實(shí)驗(yàn)步驟17. 根據(jù)圖形的結(jié)果，得出結(jié)論或體會(huì)。18. 思考題：X=x*(exp(-j).(n'*w); 分析該語(yǔ)句如何實(shí)現(xiàn)傅里葉變換，舉例說(shuō)明。數(shù)字信號(hào)處理 實(shí)驗(yàn)六序列的FFT及頻域分辨率一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 17. 充分熟悉FFT函數(shù)的使用；18. 熟悉序列快速傅里葉變換的計(jì)算；19. 能夠畫(huà)出結(jié)果的圖形。二、實(shí)驗(yàn)步驟:31. 用help查找FFT函數(shù)的使用情況；32. 編輯并生成函數(shù)sigfft .m(帶長(zhǎng)度的卷積和) clear; % 計(jì)算長(zhǎng)度為N的原始信號(hào)的DTFT f1=2.67;f2=3.75;f3=6.75;fs=20;w=2*pi/fs; N=16;

25、x=sin(w*f1*(0:N-1)+sin(w*f2*(0:N-1)+pi/2)+sin(w*f3*(0:N-1); f=0:fs/N:fs/2-1/N; X=fft(x); X=abs(X); f=fs/N*(0:N/2-1); subplot(221) stem(f,X(1:N/2),'.');grid on; xlabel('Hz')%在數(shù)據(jù)末補(bǔ)N個(gè)零 x(N:2*N-1)=0; X=fft(x); X=abs(X); f=fs*(0:N-1)/(2*N); subplot(222) stem(f,X(1:N),'.');grid on;

26、 xlabel('Hz')%在數(shù)據(jù)末補(bǔ)7*N個(gè)零 x(N:8*N-1)=0; X=fft(x); X=abs(X); f=fs*(0:4*N-1)/(8*N); subplot(223) stem(f,X(1:4*N),'.');grid on; xlabel('Hz')%在數(shù)據(jù)末補(bǔ)29*N個(gè)零 x(N:30*N-1)=0; X=fft(x); X=abs(X); f=fs*(0:15*N-1)/(30*N); subplot(224) plot(f,X(1:15*N);grid on; xlabel('Hz')33. 運(yùn)行該函數(shù), 分析四個(gè)圖的分辨率;34. 改變N=8, 分析四個(gè)圖的分辨率, 第四圖代表頻譜包