自激振蕩器信號與系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告課程名稱 信號與系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 設(shè)計(jì)起止日期學(xué) 院 信息與通信工程 專 業(yè) 電子信息工程 學(xué)生姓名 班級/學(xué)號 成 績 指導(dǎo)老師簽字 目 錄1、課程設(shè)計(jì)目的和要求 12、課程設(shè)計(jì)原理 13、課程設(shè)計(jì)所用設(shè)備 14、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容和步驟 15、設(shè)計(jì)過程、實(shí)現(xiàn)過程、實(shí)現(xiàn)結(jié)果 16、設(shè)計(jì)總結(jié) 15參考文獻(xiàn) 15附錄 15141、課程設(shè)計(jì)目的和要求目的：掌握MATLAB的使用方法?！靶盘柵c系統(tǒng)”是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，MATLAB作為信號處理強(qiáng)有力的計(jì)算和分析工具是電子信息工程技術(shù)人員常用的重要工具之一。本課程設(shè)計(jì)基于MATLAB完成信號與系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，以提高學(xué)生的綜合

2、應(yīng)用知識能力為目標(biāo)，是“信號與系統(tǒng)”課程在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)上的必要補(bǔ)充。通過課設(shè)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生理論課程學(xué)習(xí)興趣，提高分析問題和解決問題的能力。要求： （1）運(yùn)用MATLAB編程得到簡單信號、簡單信號運(yùn)算、復(fù)雜信號的頻域響應(yīng)圖；（2）通過對線性時(shí)不變系統(tǒng)的輸入、輸出信號的時(shí)域和頻域的分析，了解線性時(shí)不變系統(tǒng)的特性，同時(shí)加深對信號頻譜的理解。2、課程設(shè)計(jì)原理1離散時(shí)間信號卷積使用MATLAB中的conv函數(shù)2.在MATLAB中，filter函數(shù)的作用是進(jìn)行數(shù)字濾波，其實(shí)也就是系統(tǒng)的響應(yīng)序列求解；y=filter(b,a,x);y=filter(b,a,x)表示向量b和a組成的系統(tǒng)對輸入x進(jìn)行濾

3、波，系統(tǒng)的輸出為y。3.在MATLAB中，zplane函數(shù)繪制系統(tǒng)零極點(diǎn)圖4.在MATLAB中，有專門的frepz()函數(shù)來求解。調(diào)用形式為hw=freqz(b,a,n,fs)其中向量b和a為離散系統(tǒng)的系數(shù)，fs為采樣頻率，n為在區(qū)間0fs/2頻率范圍內(nèi)選取的頻率點(diǎn)數(shù)，f記錄頻率點(diǎn)數(shù)。由于freqz函數(shù)是采用基2的FFT的算法，n常取2的冪次方，以便提高計(jì)算速度。5.MATLAB提供了如abs(),angle()等基本函數(shù)用來計(jì)算DTFT幅度，相位。3、課程設(shè)計(jì)所用設(shè)備 （1）個人電腦一臺 （2）MATLAB2012設(shè)計(jì)程序4、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容和步驟 （1）根據(jù)設(shè)計(jì)題目的要求，熟悉相關(guān)內(nèi)容的理論基

4、礎(chǔ)，理清程序設(shè)計(jì)的措施和步驟； （2）根據(jù)設(shè)計(jì)題目的要求，提出各目標(biāo)的實(shí)施思路、方法和步驟； （3）根據(jù)相關(guān)步驟完成MATLAB程序設(shè)計(jì)，所編程序應(yīng)能完整實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)題目的要求； （4）調(diào)試程序，分析相關(guān)理論； （5）編寫設(shè)計(jì)報(bào)告。5、設(shè)計(jì)過程、實(shí)現(xiàn)過程、實(shí)現(xiàn)結(jié)果（一）基本部分（1）信號的時(shí)頻分析任意給定單頻周期信號的振幅、頻率和初相，要求準(zhǔn)確計(jì)算出其幅度譜，并準(zhǔn)確畫出時(shí)域和頻域波形，正確顯示時(shí)間和頻率。設(shè)計(jì)思路：源程序：%基本題1,時(shí)頻分析，2011010502clc; clear; close all; Fs =600; % 采樣頻率T = 1/Fs; % 采樣周期N = 500; % 采樣點(diǎn)

5、數(shù)t = (0:N-1)*T; % 時(shí)間，單位：Sx=5*cos(25*2*pi*t);n=0:N-1;figure; subplot(3,1,1)plot(t,x);xlabel(時(shí)間/S);ylabel(振幅);title(時(shí)域波形);grid on;y=fft(x,N); y1=fftshift(y); %進(jìn)行傅里葉變換n1=-(N-1)/2:(N-1)/2;f=n1*Fs/N;subplot(3,1,2)plot(f,abs(y1); % 繪出Nyquist頻率之前隨頻率變化的振幅xlabel(頻率/Hz);ylabel(幅度);title(幅值譜);grid on;subplot(3

6、,1,3)plot(f,angle(y1); % 繪出Nyquist頻率之前隨頻率變化的相位xlabel(頻率/Hz);ylabel(相位);title(相位譜);grid on;結(jié)果圖：結(jié)果分析：（2）傅里葉級數(shù)分析分析周期鋸齒波的傅里葉級數(shù)系數(shù)，用正弦信號的線性組合構(gòu)成鋸齒波，要求諧波次數(shù)可以任意輸入，分析不同諧波次數(shù)所構(gòu)成的鋸齒波，解釋是否存在吉伯斯現(xiàn)象。設(shè)計(jì)思路：源程序：%基本題2，傅里葉級數(shù)分析，2011010502E=1; %的幅度T1=1; %的周期w1=2*pi/T1;N=input(請輸入諧波次數(shù)：);f=0;t=-8:0.05:8;for n=1:N fn=E*(-1)(n

7、+1)*sin(n*w1*t)/(n*pi); f=f+fn; endt=-8:0.05:8;subplot(2,1,1);plot(t,f);line(t,0);grid on; 結(jié)果圖： 諧波次數(shù)為：20.結(jié)果分析：（3）系統(tǒng)分析任意給定微分方程或差分方程描述的系統(tǒng)，畫出系統(tǒng)的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)。設(shè)計(jì)思路：源程序：%基本題3 系統(tǒng)分析clc,clear,close all, %微分方程為 r(t)+6r(t)+8r（t）=2*e(t) b=0,0,2; %系統(tǒng)函數(shù)H(s)分子多項(xiàng)式系數(shù)a=1,6,8; %系統(tǒng)函數(shù)H(s)分母多項(xiàng)式系數(shù)Hw1,w1=freqs(b,a); %求連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)頻

8、率響應(yīng) figure(1)subplot(2,1,1);zplane(b,a);title(連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)零極點(diǎn)圖); subplot(2,2,3);plot(w1/pi,abs(Hw1)xlabel(rad/s);ylabel(|H(jw)|);title(連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)幅頻響應(yīng)); subplot(2,2,4);plot(w1/pi,angle(Hw1)xlabel(rad/s);ylabel(Phase);title(連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)相頻響應(yīng)); %差分方程為 y（n）-0.5*y(n-1)+4/5*y(n-2)=3*x(n)-0.6*x(n-1);b=3,-0.6; %系統(tǒng)函數(shù)H(z)分子多項(xiàng)

9、式系數(shù)a=1,-0.5,4/5; %系統(tǒng)函數(shù)H(z)分母多項(xiàng)式系數(shù)Hw,w=freqz(b,a); %求離散時(shí)間系統(tǒng)頻率響應(yīng) figure(2)subplot(2,1,1);zplane(b,a);title(離散時(shí)間系統(tǒng)零極點(diǎn)圖); subplot(2,2,3);plot(w/pi,abs(Hw)xlabel(w/pi);ylabel(|H(ejw)|);title(離散時(shí)間系統(tǒng)幅頻響應(yīng)); subplot(2,2,4);plot(w/pi,angle(Hw)xlabel(w/pi);ylabel(Phase);title(離散時(shí)間系統(tǒng)相頻響應(yīng)); 結(jié)果圖：（4）音樂合成程序設(shè)計(jì)對于任意一小

10、段音樂，利用“十二平均律”計(jì)算該音樂中各個樂音的頻率，產(chǎn)生并播放這些樂音。分析音樂的頻譜，從中識別出不同的樂音。設(shè)計(jì)思路：源程序：%基本題4，音樂合成程序設(shè)計(jì)，一分錢，2011010502clc,clear,close all,fs=8e3;freq=384,512,426.66,512,426.66, 320,384,288,320,384, 320,384,426.66,512, 384,426.66,384,320, 384,256,288, 320,288,256,288,320, 436.66,384,320,384,436.66 384,512,426.66,384,320,384

11、,288, 384,288,320,256;N=1/2,1/2,1/4,1/4,1/2, 1/4,1/4,1/4,1/4,1, 1/4,1/4,1/4,1/4, 1/4,1/4,1/4,1/4, 1/4,1/2,1, 1/4,1/4,1/4,1/4,1, 1/4,1/4,1/4,1/4,1, 1/4,1/4,1/4,1/4, 1/4,1/4,1/2, 1/4,1/4,1/2,1/2*fs;D=zeros(1,sum(N);X=1;for k=1:42 D(X:X+N(k)-1)=(sin(2*pi*freq(k)*(1/fs:1/fs:N(k)/fs); X=X+N(k);end;sound(

12、D,fs);一分錢簡譜：（5）調(diào)制分析單位沖激響應(yīng)為的系統(tǒng)的濾波特性，畫出其幅頻響應(yīng)曲線。設(shè)計(jì)思路：源程序：%基本題5，調(diào)制，2011010502clc; clear;close all; f = 800; % 采樣頻率t = -0.2:1/f:0.2; % 時(shí)域長度x_t = 0; %zeros(1,length(t)for k=1:length(t) if t(k)=0 x_t(k) = 0; else x_t(k) = sin(50*pi*t(k)*sin(100*pi*t(k)/(pi*t(k); endendfigure; subplot(2,1,1);plot(t,x_t); %

13、時(shí)域波形xlabel(時(shí)間);ylabel(時(shí)域波形);grid on; N = 1024; % 傅里葉變換點(diǎn)數(shù)H_x = fft(x_t,N);H1=fftshift(H_x);%把零頻移到中間n1=-(N-1)/2:(N-1)/2;flabel =n1*f/N %0:f/N:f/2-f/N;subplot(2,1,2);plot(flabel,abs(H1);xlabel(頻率);ylabel(頻率響應(yīng));grid on;結(jié)果圖：（二）提高部分題目2、數(shù)字式自激振蕩器及其應(yīng)用1) 數(shù)字式自激振蕩器1、教材第492頁習(xí)題835給出的系統(tǒng)是離散時(shí)間自激振蕩器，在外加或給予初值的作用下自動產(chǎn)生信

14、號。計(jì)算其系統(tǒng)函數(shù)、單位樣值響應(yīng)。編程加以驗(yàn)證。2、如產(chǎn)生信號，其系統(tǒng)如何修改？計(jì)算其系統(tǒng)函數(shù)、單位樣值響應(yīng)。編程加以驗(yàn)證。3、信號和為單頻正交信號，在許多通信或信號處理中應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中可以把產(chǎn)生和的系統(tǒng)組合在一起，形成單輸入雙輸出系統(tǒng)，畫出此系統(tǒng)框圖。2) 數(shù)字式自激振蕩器的應(yīng)用正交多路復(fù)用1、正交多路復(fù)用（也稱碼分復(fù)用）是利用一組正交碼序列來區(qū)分各路信號的復(fù)用技術(shù)。如果兩個載波信號的相位相差，那么這兩個信號可以同時(shí)在同一頻帶內(nèi)傳送。正交多路復(fù)用系統(tǒng)及解復(fù)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下圖所示，其中表示截止頻率為的理想低通濾波器。證明，。 2、自行給出2路不同語音信號和，并利用低通濾波器使得信號和都帶限

15、于。確定的取值范圍，使得和能夠從中恢復(fù)出來。編程仿真正交多路復(fù)用系統(tǒng)。要求畫出信號、和時(shí)域圖及頻譜圖。播放各路語音、和。源程序：%提高題 數(shù)字式自激振蕩器及其應(yīng)用clc,clear,close all,N1=6;% - 差分方程y(n)-y(n-1)*2cos(2pi/N)+y(n-2)=x(n)-cos(2pi/N)*x(n-1)a1 =1 -2*cos(2*pi/N1) 1; %系統(tǒng)函數(shù)H(z)分母多項(xiàng)式系數(shù)b1 =1 -cos(2*pi/N1) 0; %系統(tǒng)函數(shù)H(z)分子多項(xiàng)式系數(shù)uN1=1,zeros(1,79999); x1=uN1; ycos=filter(b1,a1,x1)N2

16、=6;% - 差分方程y(n)-y(n-1)*2cos(2pi/N)+y(n-2)=x(n)+sin(2pi/N)*x(n-1)a2 =1 -2*cos(2*pi/N2) 1; %系統(tǒng)函數(shù)H(z)分母多項(xiàng)式系數(shù)b2 =0 sin(2*pi/N2) 0; %系統(tǒng)函數(shù)H(z)分子多項(xiàng)式系數(shù)uN2=1,zeros(1,79999); x2=uN2; ysin=filter(b2,a2,x2)figure(1);subplot(221)plot(ycos)xlabel(x),ylabel(cosx),title(cosx的時(shí)域);subplot(222)plot(abs(fft(ycos)ylabel

17、(幅度),xlabel(頻率/Hz),title(cosx的頻域譜);subplot(223)plot(ysin)xlabel(x),ylabel(sinx),title(sinx的時(shí)域);subplot(224)plot(abs(fft(ysin)ylabel(幅度),xlabel(頻率/Hz),title(sinx的頻域譜); figure(2);N=80000;Fs=22000;Ts=Fs/1;n=0:N-1;ss1,fs1,nbit1 = wavread(aaa.wav);%語音信號調(diào)用s1=ss1(1:N);subplot(221);plot(n/fs1,s1);title(原信號1

18、);ylabel(幅度),xlabel(t/s);f1=fft(s1);%傅里葉變換f=n/N*fs1;subplot(222);F1=abs(f1);plot(f,F1);title(原信號1的幅度頻譜);ylabel(幅度),xlabel(頻率/Hz);sound(s1,fs1,nbit1);ss2,fs2,nbit2 = wavread(bbb.wav);%語音信號調(diào)用s2=ss2(1:N);t2=1/fs2;subplot(223)plot(n/fs2,s2)title(原信號2);ylabel(幅度),xlabel(t/s);f2=fft(s2);%傅里葉變換f=n/N*fs2;su

19、bplot(224);F2=abs(f2);plot(f,F2);title(原信號2的幅度頻譜);ylabel(幅度),xlabel(頻率/Hz);sound(s2,fs2,nbit2); figure(3);y=s1.*ycos+s2.*ysin;%調(diào)制Y=fft(y);%傅里葉變換subplot(211)plot(n/N*Ts,abs(Y);title(調(diào)制后幅度譜)ylabel(幅度),xlabel(頻率/Hz);subplot(212)plot(n/Ts,y)title(調(diào)制后信號);ylabel(幅度),xlabel(t/s);sound(y) figure(4)a1=ones(1,15000);%低通濾波器aa=zeros(1,N-15000*2);a2=a1 aa a1;z1=y.*ycos;%解調(diào)，時(shí)域相乘z2=y.*ysin;Z1=fft(z1);%傅里葉變換v1=Z1.*a2;%低通濾波V1=real(ifft(v1);%傅里葉反變換E1=f