數(shù)字信號處理實驗指導(dǎo)書(合體版)

1、數(shù)字信號處理實驗指導(dǎo)書實驗名稱：采樣定理依托實驗室：信號系統(tǒng)與處理實驗室二00六年十二月數(shù)字信號處理實驗一：采樣定理一 實驗?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 了解采樣定理在實際中的應(yīng)用4 了解巴特沃斯濾波器的設(shè)計與仿真二 實驗原理及方案1采樣定理的內(nèi)容：奈奎斯特采樣定理說明要從抽樣信號中無失真地恢復(fù)原信號，抽樣頻率應(yīng)大于或等于信號最高頻率的2倍。抽樣頻率小于信號最高頻率的2倍時，抽樣信號的頻譜有混疊，用低通濾波器不可能恢復(fù)原始信號。2實驗方案：觀察信號波形低通濾波乘法器信號預(yù)處理信號源抽樣脈沖三 實驗內(nèi)容系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置：（1） 系統(tǒng)時鐘采樣頻率：最好大于

2、4000HZ（2） 觀察時間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 信號源是100HZ的正弦波；抽樣信號的頻率分別設(shè)置為180HZ，350HZ，800HZ，分別觀察信號的輸出波形是否有失真，記錄結(jié)果。2 信號源是20HZ的方波抽樣信號的頻率分別設(shè)置為180HZ，350HZ，800HZ，分別觀察信號的輸出波形是否有失真，記錄結(jié)果。四 實驗結(jié)果分析分析實驗內(nèi)容中信號的頻率改變以及抽樣脈沖頻率改變對結(jié)果的影響，在分析的基礎(chǔ)上得出結(jié)論。五 思考題1 方波信號的最大頻率如何確定？2 為什么180H

3、Z的采樣頻率會使結(jié)果失真？3 濾波器的階數(shù)改變時對結(jié)果有何影響？4系統(tǒng)的時鐘抽樣頻率如何確定，為什么越大越好？數(shù)字信號處理 實驗一序列的繪圖一、實驗?zāi)康? 1. 了解MATLAB的實驗環(huán)境；2. 充分熟悉subplot函數(shù)的使用；3. 能夠畫出單位脈沖序列及單位階躍序列的圖形；4. 能夠畫出矩形序列及正弦序列的圖形。二、實驗步驟:1. 打開MATLAB，了解三個區(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 n2) | (n1 n2) error(參數(shù)必須滿足 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 = n0 = n2 % x,n = stepseq(n0,n1,n2) if (n0 n2) | (

5、n1 n2) error(參數(shù)必須滿足 n1 = 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) xlabel(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(

6、n,x3);title(矩形序列); xlabel(n);ylabel(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. 先運行test1.m, 再運行test2.m,并改變坐標尺度n的范圍，分別畫出另外兩種坐標尺度的圖形。5. 畫出，sin(0.6*n)的圖形。三、實驗報告要求：1. 實驗?zāi)康?. 實驗步驟3. 16個圖形的結(jié)果，并得出結(jié)論或體會。4. 思考題：請問有幾種方法可以改變坐標尺度？數(shù)字信號處理 實驗二序列的運算一、實驗?zāi)康? 5. 充分熟悉復(fù)指

7、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、折疊的計算；7. 能夠畫出結(jié)果的圖形。二、實驗步驟: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 =

8、 min(min(n1),min(n2):max(max(n1),max(n2); % y(n)的長度 y1 = zeros(1,length(n); y2 = y1; % 初始化y1(find(n=min(n1)&(n=min(n2)&(n=min(n1)&(n=min(n2)&(n=max(n2)=1)=x2; % 具有y的長度的 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) % 實現(xiàn) y(n) = x(n-n0) % y,n = sigshift(x,m,n0)n = m

9、+n0; y = x; 10. 編輯并生成函數(shù)sigfold.m(序列折疊)function y,n = sigfold(x,n) % 實現(xiàn) y(n) = x(-n) % y,n = sigfold(x,n) y = fliplr(x); n = -fliplr(n); 11. 編輯并生成實現(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(

10、n1,x1);title(序列x1) xlabel(n);ylabel(x1(n);subplot(2,2,2);stem(n2,x2);title(序列x2) xlabel(n);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. 改變坐標尺度重新畫圖，使圖形更加直觀；13. 在命令窗口打出x1，x2，y1，y2的值，并貼進實驗報告。14. 編輯并生成實現(xiàn)序列

11、移位和折疊程序x1=0,1,2,3,4,3,2,1,0;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(序列折疊) xlabel(n);ylabel(y2(n); 9. 在命令窗口打出y1，y2，n2，n3的值，并貼進

12、實驗報告。10. 畫出y3=2x1(2-n), y4=x1(3n)的圖形，在命令窗口打出y3，y4的值，并貼進實驗報告。三、實驗報告要求：5. 實驗?zāi)康?. 實驗步驟7. 根據(jù)圖形的結(jié)果，得出結(jié)論或體會。數(shù)字信號處理 實驗三復(fù)指數(shù)序列的繪圖一、實驗?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)的實部、虛部、振幅、相位的計算；10. 能夠畫出復(fù)指數(shù)函數(shù)實部、虛部、振幅、相位的圖形。二、實驗步驟:15. 用help查找exp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); su

13、bplot(2,2,1); stem(n,real(x); title(實部); 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) subplot(2,2,4); stem(n,(180/pi)*angle(x); title(相位); xlabel(n) 17. 先運行exp.m, 畫出圖形，分析圖形的結(jié)果。18. 當alpha=-0.1+0.5j 時，計算x的共軛對稱分量和共軛反對稱分量.也分實部、虛部、振幅、相

14、位分別畫圖。5. 再改變alpha=1.5, alpha=-2, 畫出圖形，分析圖形的結(jié)果。三、實驗報告要求：8. 實驗?zāi)康?. 實驗步驟10. 14個圖形的結(jié)果，并得出結(jié)論或體會。11. 思考題：試用公式表示x=exp(alpha*n)的實部、虛部、振幅、相位。數(shù)字信號處理 實驗四序列的卷積和一、實驗?zāi)康? 11. 充分熟悉conv函數(shù)的使用；12. 熟悉序列卷積和的計算；13. 能夠畫出結(jié)果的圖形。二、實驗步驟: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(帶長度的卷積和) function y,ny = conv_m(x,nx,h,nh) % 信號

15、處理的改進卷積程序 % y,ny = conv_m(x,nx,h,nh) % y = 卷積結(jié)果 % ny = y 的基底(support) % x =基底 nx 上的第一個信號 % nx = x 的支架 % h =基底 nh上的第二個信號 % nh = h 的基底 nyb = nx(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_

16、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);stem(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

17、,ny=conv_m(x,nx,h,nh)語句,畫出卷積和的結(jié)果。24. 在命令窗口，打出最后一次的x, h及y的值，并貼進實驗報告。三、實驗報告要求：12. 實驗?zāi)康?3. 實驗步驟14. 根據(jù)圖形的結(jié)果，得出結(jié)論或體會。數(shù)字信號處理 實驗五序列的傅里葉變換一、實驗?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算；16. 能夠畫出結(jié)果的圖形。二、實驗步驟: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(帶長度的卷積和) function X,magX,angX = FourierTran(x,n,dot) % 計算離散

18、序列的付立葉變換 % X,magX,angX = FourierTran(x,n) % 或X,magX,angX = FourierTran(x,n,dot) if nargin 3 % nargin是輸入變量的個數(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);

19、 plot(w/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)語句中n, 如果用n替代, 結(jié)果會有什么不同? 為什么?29. 當dot=8時，計算X幅頻特性的值，并X的幅頻特性的值一一列出來。30. 改變x, n, dot 的值兩次, 畫出兩次傅里葉變換的結(jié)果。三、實驗報告要求：15. 實驗?zāi)康?6. 實驗步驟17. 根據(jù)圖形的結(jié)果，得出結(jié)論或體會

20、。18. 思考題：X=x*(exp(-j).(n*w); 分析該語句如何實現(xiàn)傅里葉變換，舉例說明。數(shù)字信號處理 實驗六序列的FFT及頻域分辨率一、實驗?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算；19. 能夠畫出結(jié)果的圖形。二、實驗步驟: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(帶長度的卷積和) clear; % 計算長度為N的原始信號的DTFT f1=2.67;f2=3.75;f3=6.75;fs=20;w=2*pi/fs; N=16; x=sin(w*f1*(0:N-1)+sin(w*f2*(0:N-1)+pi/

21、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N個零 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; xlabel(Hz)%在數(shù)據(jù)末補7*N個零 x(N:8*N-1)=0; X=fft(x); X=abs(X); f=fs*(0:4*N-

22、1)/(8*N); subplot(223) stem(f,X(1:4*N),.);grid on; xlabel(Hz)%在數(shù)據(jù)末補29*N個零 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. 運行該函數(shù), 分析四個圖的分辨率;34. 改變N=8, 分析四個圖的分辨率, 第四圖代表頻譜包絡(luò)，說明在N 較小時, 補零能否提高分辨率?N至少應(yīng)該是多少, 才能通過補零提高有效的分辨率; 35. 改變N=32, 128和2048分析結(jié)果。三、實驗報告要求：19. 實驗?zāi)康?0. 實驗步驟21. 根據(jù)圖形的結(jié)果，得出結(jié)論或體會。數(shù)字信號處理 實驗八調(diào)制解