電子科技大學(xué)——signal軟件實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、電子科技大學(xué)信號(hào)與系統(tǒng)軟件仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)院：_ _班級(jí)：_ _學(xué)號(hào)：_ _ _姓名：_ _ _任課教師：_ _ 完成日期：_ _ 實(shí)驗(yàn)一 表示信號(hào)與系統(tǒng)的MATLAB函數(shù)、工具箱一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c任務(wù)：目的：1、加深對(duì)常用離散信號(hào)的理解；2、熟悉表示信號(hào)的基本MATLAB函數(shù)。任務(wù)：基本MATLAB函數(shù)產(chǎn)生離散信號(hào)；基本信號(hào)之間的簡(jiǎn)單運(yùn)算；判斷信號(hào)周期。二、 實(shí)驗(yàn)原理 利用MATLAB強(qiáng)大的數(shù)值處理工具來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的分析和處理，首先就是要學(xué)會(huì)應(yīng)用MATLAB函數(shù)來(lái)構(gòu)成信號(hào)。常見的基本信號(hào)可以簡(jiǎn)要?dú)w納如下：1、 單位抽樣序列 在MATLAB中可以利用zeros()函數(shù)實(shí)現(xiàn)。如果在時(shí)間軸上延遲了k個(gè)單

2、位，得到即： 2、單位階躍序列 在MATLAB中可以利用ones()函數(shù)實(shí)現(xiàn)。 3、正弦序列采用MATLAB實(shí)現(xiàn)4、復(fù)正弦序列采用MATLAB實(shí)現(xiàn)5、指數(shù)序列采用MATLAB實(shí)現(xiàn)三、 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備與器件 計(jì)算機(jī)、MATLAB軟件四、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）、使用實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)步驟：1、 在MATLAB環(huán)境下輸入命令xhxt啟動(dòng)信號(hào)與系統(tǒng)MATLAB實(shí)驗(yàn)工具箱，界面如圖4.1-1。點(diǎn)擊按鈕“點(diǎn)擊進(jìn)入”，進(jìn)入工具箱主界面，如圖4.1-2所示。選中實(shí)驗(yàn)?zāi)K對(duì)應(yīng)列表框的第一項(xiàng)“實(shí)驗(yàn)一 表示信號(hào)、系統(tǒng)的MATLAB函數(shù)、工具箱”， 點(diǎn)擊按鈕“進(jìn)入實(shí)驗(yàn)”；圖4.1-1 啟動(dòng)界面 圖4.1-2 實(shí)驗(yàn)仿真

3、系統(tǒng)主界面2、實(shí)驗(yàn)一的啟動(dòng)界面，如圖4.1-3所示。仔細(xì)閱讀實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)內(nèi)容，然后點(diǎn)擊按鈕“進(jìn)入實(shí)驗(yàn)”，打開實(shí)驗(yàn)一主界面，如圖4.1-4。圖4.1-3 實(shí)驗(yàn)一啟動(dòng)界面圖4.1-4 實(shí)驗(yàn)一3、點(diǎn)擊信號(hào)下拉列表，可以選擇感興趣的信號(hào)，如單位階躍序列、正弦序列、指數(shù)序列、方波序列等等。同時(shí)可以改變信號(hào)的幅值、頻率和初相，如圖4.1-5所示。圖4.1-5 選擇信號(hào)示意圖4、點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)界面上的按鈕“信號(hào)相加”，可以將信號(hào)一和信號(hào)二相加得到一個(gè)新的信號(hào)，如圖4.1-6所示。圖中的新信號(hào)是由一個(gè)正弦序列和一個(gè)方波序列相加所得。圖4.1-65、點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)界面上的按鈕“信號(hào)相乘”，可以將信號(hào)一和信號(hào)二相乘得到一個(gè)

4、新的信號(hào)。 圖4.1-76、點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)界面上的按鈕“拆分序列”， 將啟動(dòng)圖4.1-8來(lái)演示一個(gè)離散序列可以分解成一個(gè)奇序列和一個(gè)偶序列之和。此圖是以單位階躍序列為例，拆分而得到一個(gè)奇序列和一個(gè)偶序列。 圖4.1-8實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（二）、MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)步驟：1、 編制程序產(chǎn)生上述5種信號(hào)（長(zhǎng)度可輸入確定），并繪出其圖形。（1） 單位抽樣序列 的matlab程序?yàn)椋?圖形為：如果在時(shí)間軸上延遲了k個(gè)單位，得到即： 其matlab程序?yàn)椋ㄑ舆t5個(gè)單位）：其圖像為： （2）單位階躍序列 的matlab程序?yàn)椋?圖像為: (3) 正弦序列的圖像和matlab程序?yàn)椋?（4）復(fù)正弦序列的Matlab程序?yàn)椋?/p>

5、 圖像為： （5）指數(shù)序列的程序?yàn)椋?圖像為： 2、 在內(nèi)畫出下面每一個(gè)信號(hào)： 如下圖（1）為的仿真實(shí)驗(yàn)圖以及程序?yàn)椋?如下圖（2）為的圖像和程序：（3）如下圖為的程序?yàn)?；圖像為：思考問(wèn)題：每個(gè)信號(hào)的基波周期是什么？對(duì)于這3個(gè)信號(hào)中的每一個(gè)，不依賴MATLAB，如何來(lái)確定基波周期？答：第一個(gè)信號(hào)的基波周期是4；第二個(gè)信號(hào)的基波周期是4；第三個(gè)信號(hào)的基波周期是16；若不依賴matlab，可以通過(guò)三角公式計(jì)算來(lái)確定各個(gè)信號(hào)的基波周期。實(shí)驗(yàn)二 離散系統(tǒng)的沖激響應(yīng)、卷積和一實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c任務(wù)：目的：加深對(duì)離散系統(tǒng)沖激響應(yīng)、卷積和分析方法的理解。任務(wù)：利用MATLAB函數(shù)conv、filter計(jì)算卷積及系統(tǒng)

6、輸出二實(shí)驗(yàn)原理：在離散時(shí)間情況下，最重要的是線性時(shí)不變（LTI）系統(tǒng)。線性時(shí)不變系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系可通過(guò)沖激響應(yīng)表示其中表示卷積運(yùn)算，MATLAB提供了求卷積函數(shù)conv，即y=conv(x,h)這里假設(shè)xn和hn都是有限長(zhǎng)序列。如果xn僅在區(qū)間內(nèi)為非零，而hn僅在上為非零，那么yn就僅在內(nèi)為非零值。同時(shí)也表明conv只需要在上述區(qū)間內(nèi)計(jì)算yn的個(gè)樣本值。需要注意的是，conv并不產(chǎn)生存儲(chǔ)在y中的yn樣本的序號(hào)，而這個(gè)序號(hào)是有意義的，因?yàn)閤和h的區(qū)間都不是conv的輸入?yún)^(qū)間，這樣就應(yīng)負(fù)責(zé)保持這些序號(hào)之間的聯(lián)系。filter命令計(jì)算線性常系數(shù)差分方程表征的因果LTI系統(tǒng)在某一給定輸入時(shí)的輸出。具

7、體地說(shuō)，考慮一個(gè)滿足下列差分方程的LTI系統(tǒng)：式中xn是系統(tǒng)輸入，yn是系統(tǒng)輸出。若x是包含在區(qū)間內(nèi)xn的一個(gè)MATLAB向量，而向量a和b包含系數(shù)和，那么y=filter(b,a,x)就會(huì)得出滿足下面差分方程的因果LTI系統(tǒng)的輸出：注意，和，因?yàn)镸ATLAB要求所有的向量序號(hào)都從1開始。例如，為了表示差分方程表征的系統(tǒng)，就應(yīng)該定義a=1 2 和 b1 3。由filter產(chǎn)生的輸出向量y包含了yn在與向量x中所在樣本同一區(qū)間上的樣本，即，以使得兩個(gè)向量x和y中都包含了個(gè)樣本。三實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備與器材計(jì)算機(jī)、MATLAB軟件。四實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）、使用實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)步驟：1、啟動(dòng)工具箱主界面，

8、選中“實(shí)驗(yàn)二 離散系統(tǒng)的沖激響應(yīng)、卷積和”，點(diǎn)擊按鈕“進(jìn)入實(shí)驗(yàn)”，啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)二的啟動(dòng)界面，如圖：圖4.2-1 實(shí)驗(yàn)二啟動(dòng)界面2、仔細(xì)閱讀實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)內(nèi)容，點(diǎn)擊按鈕“進(jìn)入實(shí)驗(yàn)”，打開實(shí)驗(yàn)二主界面，如圖4.2-2。圖4.2-2 實(shí)驗(yàn)二 3 求離散信號(hào)的卷積和。設(shè)定輸入序列 和，以及它們相應(yīng)的取值范圍和，點(diǎn)擊“確定”按鈕，可以得到信號(hào)x和y 的卷積結(jié)果的圖形。注意輸入序列的長(zhǎng)度和相應(yīng)取值范圍的長(zhǎng)度要相等，否則會(huì)得到警告消息。4、 由離散信號(hào)的差分方程求系統(tǒng)輸出。根據(jù)線性常系數(shù)差分方程：和輸入序列，求得輸出序列。因此輸入系數(shù)向量a 和 b 的值，以及輸入信號(hào)x 的值及其取值范圍，點(diǎn)擊按鈕“確定”，將得

9、到輸出信號(hào)y的圖形。如果沒有輸入x的取值范圍，將默認(rèn)為x的起始坐標(biāo)點(diǎn)為1。如下圖所示：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（二）、MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)步驟：1、 考慮有限長(zhǎng)信號(hào)(a) 首先用解析方法計(jì)算。(b) 接下來(lái)利用conv計(jì)算的非零樣本值，并將這些樣本存入向量y中。構(gòu)造一個(gè)標(biāo)號(hào)向量ny，對(duì)應(yīng)向量y樣本的序號(hào)。用stem(ny,y)畫出這一結(jié)果。驗(yàn)證其結(jié)果與（a）是否一致。 如下圖所示為該題的仿真過(guò)程： 程序?yàn)椋?Yn的圖像為： 2、 對(duì)以下差分方程描述的系統(tǒng)分別利用filter計(jì)算出輸入信號(hào)在區(qū)間內(nèi)的響應(yīng)yn。（1）。對(duì)進(jìn)行仿真： 程序?yàn)椋?計(jì)算結(jié)果為： （2）對(duì)進(jìn)行仿真：程序?yàn)椋河?jì)算結(jié)果為： （3）對(duì)進(jìn)行仿真： 程序?yàn)椋?計(jì)算結(jié)果為： 思考問(wèn)題：考慮函數(shù)conv和filter之間的關(guān)系，試?yán)胒ilter函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)離散時(shí)間信號(hào)的卷積。答：函