数字信号处理实验指导书参考程序

《数字信号处理》实验指导书

实验一 离散傅里叶变换

一、实验目的

(1) 熟悉Matlab的主要操作命令；掌握Matlab的基本使用方法，能够运用Matlab软件分别产生常见的连续信号和离散信号，并对其进行一定的运算。

(2) 理解离散傅立叶变换是信号分析与处理的一种重要变换，特别是FFT在数字信号处理中的高效率应用。掌握DFT的理论，通过DFT对典型信号进行的频谱分析，加深对DFT的理解。

(3) 通过对同一信号，作不同点数的FFT，比较其对应的频谱，比较两者的异同点，加深理解信号频谱概念和谱分析的原理与方法，了解快速傅立叶变换（FFT）可以提高运算量的特点，并运用Matlab软件分别对离散周期信号和非周期信号进行谱分析，同时绘出幅度频谱和相位频谱。

二、预习要求

1、掌握连续信号和离散信号的特点及其运算方法；

2、熟悉Matlab的基本编程语言及其变量、数组、向量与矩阵和部分运算符的使用；

3、掌握部分Matlab基本数学函数和作图函数的使用。

三、和实验相关的一些功能函数

正弦信号：A*sin(w0*t+phi)，A*cos(w0*t+phi)，A*sin(omega*n+phi)； 方波信号：square(w0*t)，square(w

前 言

数字信号处理是一门理论和工程实践密切结合的课程。为了加深对教学内容的理解，应在学习理论的同时，加强上机实验，深入理解和消化基本理论，锻炼初学者独立解决问题的能力。本课程实验要求学生运用MATLAB编程完成一些数字信号处理的基本功能。 MATLAB是一高效的工程计算语言，它将计算、可视化和编程等功能集于一个易于使用的环境。在MATLAB环境中描述问题计编制求解问题的程序时，用户可以按照符合人们科学思维的方式和数学表达习惯的语言形式来书写程序。MATLAB广泛应用于工业，电子，医疗和建筑等众多领域。其典型应用主要包括以下几个方面： 数学计算； 算法开发； 数据采集； 系统建模和仿真； 数据分析和可视化 科学和工程绘图；

应用软件开发（包括用户界面）。

；

实验1 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x(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置（如计算机、专用的信号处理

皖西学院

实 验 指 导 书

数字信号处理

机电学院电子工程教研室

二零一二年三月修订 （第三版）

皖西学院实验指导书

实验一:信号及系统的响应

一、实验目的

（1） 熟悉离散时间信号的时域特性。

（2） 利用卷积的方法观察分析系统的时域特性。

（3） 利用filter和freqz(b,a,w)分析系统的时域和频域响应。 （4） 熟悉DSP实验系统使用 二、 实验原理和方法

（5） 利用卷积方法分析离散LTI系统时域特性

若已知LTI系统的单位脉冲响应h[k]，可求出系统对任意输入信号x[k]零状态响应y[k]。y[k]可表示为：

y[k]?x[k]?h[k]

且y[k]的长度等于x[k]和h[k]的长度之和减1，起点等于x[k]和h[k]的起点之和，终点等于他们的终点之和。

（6） 离散LTI系统的时域和和频域分析 a.时域分析

离散系统通常可描述为如下的常系数差分方程：

?an?0Nny[k?n]??bnx[k?n] (1-1)

n?0M其中x[k]、y[k]分别表示系统的输入和输出。在已知差分方程N个初

《数字信号处理》实验指导书

实验一 离散傅里叶变换

一、实验目的

(1) 熟悉Matlab的主要操作命令；掌握Matlab的基本使用方法，能够运用Matlab软件分别产生常见的连续信号和离散信号，并对其进行一定的运算。

(2) 理解离散傅立叶变换是信号分析与处理的一种重要变换，特别是FFT在数字信号处理中的高效率应用。掌握DFT的理论，通过DFT对典型信号进行的频谱分析，加深对DFT的理解。

(3) 通过对同一信号，作不同点数的FFT，比较其对应的频谱，比较两者的异同点，加深理解信号频谱概念和谱分析的原理与方法，了解快速傅立叶变换（FFT）可以提高运算量的特点，并运用Matlab软件分别对离散周期信号和非周期信号进行谱分析，同时绘出幅度频谱和相位频谱。

二、预习要求

1、掌握连续信号和离散信号的特点及其运算方法；

2、熟悉Matlab的基本编程语言及其变量、数组、向量与矩阵和部分运算符的使用；

3、掌握部分Matlab基本数学函数和作图函数的使用。

三、和实验相关的一些功能函数

正弦信号：A*sin(w0*t+phi)，A*cos(w0*t+phi)，A*sin(omega*n+phi)； 方波信号：square(w0*t)，square(w

《数字信号处理》实验指导书

实验一 离散傅里叶变换

一、实验目的

(1) 熟悉Matlab的主要操作命令；掌握Matlab的基本使用方法，能够运用Matlab软件分别产生常见的连续信号和离散信号，并对其进行一定的运算。

(2) 理解离散傅立叶变换是信号分析与处理的一种重要变换，特别是FFT在数字信号处理中的高效率应用。掌握DFT的理论，通过DFT对典型信号进行的频谱分析，加深对DFT的理解。

(3) 通过对同一信号，作不同点数的FFT，比较其对应的频谱，比较两者的异同点，加深理解信号频谱概念和谱分析的原理与方法，了解快速傅立叶变换（FFT）可以提高运算量的特点，并运用Matlab软件分别对离散周期信号和非周期信号进行谱分析，同时绘出幅度频谱和相位频谱。

二、预习要求

1、掌握连续信号和离散信号的特点及其运算方法；

2、熟悉Matlab的基本编程语言及其变量、数组、向量与矩阵和部分运算符的使用；

3、掌握部分Matlab基本数学函数和作图函数的使用。

三、和实验相关的一些功能函数

正弦信号：A*sin(w0*t+phi)，A*cos(w0*t+phi)，A*sin(omega*n+phi)； 方波信号：square(w0*t)，square(w

实验一 离散时间系统与MATLAB

一. 实验目的

1. 进一步加深对离散时间系统的理解。

2. 学习在MATLAB中怎样表示离散时间信号。 3. 熟悉离散时间信号的作图。 二. 实验步骤

1. 复习离散时间系统的有关内容。 2. 复习MATLAB的基本语法。 3. 按实验内容熟悉 stem。 4. 编写程序。

5. 输出结果，总结结论，按要求写出实验报告。 三. 实验内容

1．掌握stem函数

STEM(Y) plots the data sequence Y as stems from the x axis terminated with circles for the data value.

STEM(X,Y) plots the data sequence Y at the values specified in X. 例：t=[0:0.1:2]; x=cos(pi*t+0.6); stem(t,x); xn=[4,2,2,3,6,7]; stem(xn);

思考：STEM(Y)与STEM(X,Y)有什么不同？STEM与PLOT函数有什么不同？

2．掌握subplot函数

H = SUBPLOT(m,n,p), or S

实验一 离散时间系统与MATLAB

一. 实验目的

1. 进一步加深对离散时间系统的理解。

2. 学习在MATLAB中怎样表示离散时间信号。 3. 熟悉离散时间信号的作图。 二. 实验步骤

1. 复习离散时间系统的有关内容。 2. 复习MATLAB的基本语法。 3. 按实验内容熟悉 stem。 4. 编写程序。

5. 输出结果，总结结论，按要求写出实验报告。 三. 实验内容

1．掌握stem函数

STEM(Y) plots the data sequence Y as stems from the x axis terminated with circles for the data value.

STEM(X,Y) plots the data sequence Y at the values specified in X. 例：t=[0:0.1:2]; x=cos(pi*t+0.6); stem(t,x); xn=[4,2,2,3,6,7]; stem(xn);

思考：STEM(Y)与STEM(X,Y)有什么不同？STEM与PLOT函数有什么不同？

2．掌握subplot函数

H = SUBPLOT(m,n,p), or S

电 工 电 子 实 验 中 心

实 验 指 导 书

数字信号处理 实验教程

二○○九 年 三 月

高等学校电工电子实验系列

数字信号处理实验教程

主编 石海霞 周玉荣

攀枝花学院电气信息工程学院

电工电子实验中心

内容简介

内 容 简 介

数字信号处理是一门理论与实践紧密联系的课程，适当的上机实验有助于深入理解和巩固验证基本理论知识，了解并体会数字信号处理的CAD手段和方法，锻炼初学者用计算机和MATLAB语言及其工具箱函数解决数字信号处理算法的仿真和滤波器设计问题的能力。

本实验指导书结合数字信号处理的基本理论和基本内容设计了八个上机实验，每个实验对应一个主题内容，包括常见离散信号的MATLAB产生和图形显示、离散时间系统的时域分析、离散时间信号的DTFT、离散时间信号的Z变换、离散傅立叶变换DFT、快速傅立叶变换FFT及其应用、基于MATLAB的IIR和FIR数字滤波器设计等。此外，在附录中，还简单介绍了MATLAB的基本用法。每个实验中，均给出了实验方法和步骤，还有部分的MATLAB程序，通过实验可以使学生掌握数字信号处理的基本原理和方法。

目录

目 录

绪 论 .....................

实验一 离散时间信号分析

一、实验目的

1．掌握各种常用的序列，理解其数学表达式和波形表示。 2．掌握在计算机中生成及绘制数字信号波形的方法。

3．掌握序列的相加、相乘、移位、反褶等基本运算及计算机实现与作用。 4．掌握线性卷积软件实现的方法。

5．掌握计算机的使用方法和常用系统软件及应用软件的使用。

6．通过编程，上机调试程序，进一步增强使用计算机解决问题的能力。

二、实验原理

1．序列的基本概念

离散时间信号在数学上可用时间序列来表示，其中代表序列的第n个数字，n代表时间的序列，n的取值范围为???n??的整数，n取其它值x(n)没有意义。离散时间信号可以是由模拟信号通过采样得到，例如对xa(t)模拟信号进行等间隔采样，采样间隔为T，得到一个?xa(nT)?有序的数字序列就是离散时间信号，简称序列。

2．常用序列

常用序列有：单位脉冲序列（单位采样）?(n)、单位阶跃序列u(n)、矩形序列RN(n)、实指数序列、复指数序列、正弦型序列等。 3．序列的基本运算

序列的运算包括移位、反褶、和、积、标乘、累加、差分运算等。 4．序列的卷积运算

y(n)??x(m)h(n?m)?x(n)?h(n)

???上式的运算关系称

实验一 离散系统的时域分析

一. 实验目的

（1）掌握求系统响应的方法。 （2）掌握时域离散系统的时域特性。

二.实验原理与方法

在时域中，描写系统特性的方法是差分方程和单位脉冲响应，在频域可以用系统函数描述系统特性。已知输入信号可以由差分方程、单位脉冲响应或系统函数求出系统对于该输入信号的响应，本实验仅在时域求解。在计算机上适合用递推法求差分方程的解，最简单的方法是采用MATLAB语言的工具箱函数filter函数。也可以用MATLAB语言的工具箱函数conv函数计算输入信号和系统的单位脉冲响应的线性卷积，求出系统的响应。

三．实验内容及结果

（1）编制程序，包括产生输入信号、单位脉冲响应序列的子程序，用filter函数或conv函数求解系统输出响应的主程序。程序中要有绘制信号波形的功能。 给定一个低通滤波器的差分方程为：

5n(?) y(n)?0.0x0.x0?n5(?1)y0.?n 9输入信号：

82 1

a) 分别求出系统对两个输入信号的响应序列，并画出其波形。 b) 求出系统的单位冲响应，画出其波形。

x(n)?R(n), x(n)?u(n)% A=[1,-0.9]; % B=[0.05,0