系統(tǒng)時域、頻率特性分析

1、電氣工程學院課程設計說明書設計題目：系統(tǒng)時域、頻率特性分析與驗證系 別： 電氣工程系 年級專業(yè)： 學 號： 學生姓名： 指導教師： 教師職稱： 講師 講師 電氣工程學院課程設計任務書課程名稱：數(shù)字信號處理課程設計基層教學單位：儀器科學與工程系 指導教師：學號學生姓名（專業(yè)）班級儀表（2）班設計題目系統(tǒng)時域、頻率特性分析與驗證設計技術參數(shù)A= 1 B= -1.3 C=0.9 D= 1 E=0 F=0 設計要求設計一個信號處理系統(tǒng)(差分方程或系統(tǒng)函數(shù)形式)，利用Matlab軟件分析系統(tǒng)的單位脈沖響應，單位階躍響應，幅頻特性和相頻特性，并與理論曲線進行比較。參考資料【1】 樓順天、李博菡.基于mat

2、lab的系統(tǒng)分析與設計信號處理【M】.西安：西安電子科技大學出版社，1998.66-68【2】 張志涌，徐艷琴.matlab教程【M】.北京：北京航空航天大學出版社，2001.1-6【3】 吳大正、楊林耀，張永瑞.信號與線性系統(tǒng)分析【M】(第三版). 北京：高等教育出版社，1998.32-34周次第一周應完成內容周一周二、收集資料及方案論證 周三周四、程序編寫與調試周五、設計說明書指導教師簽字基層教學單位主任簽字說明：1、此表一式三份，系、學生各一份，報送院教務科一份。 2、學生那份任務書要求裝訂到課程設計報告前面。目錄1前言12項目概況23正文33.1設計的目的和意義.33.1.1設計目的.

3、33.2設計的目標與總體方案.33.2.1設計目標.33.2.2設計的總體方案.33.3設計方法及內容.43.3.1單位脈沖響應，階躍響應.53.3.2繪制的幅頻響應和相頻響應圖.74心得體會.85附錄.116參考文獻.13前言信號與系統(tǒng)課程設計是學習信號與系統(tǒng)課程的必要的教學環(huán)節(jié)。由于該課程是專業(yè)基礎課，需要通過實踐鞏固基礎知識，為使學生取得最現(xiàn)代化的設計技能和研究方法，課程設計訓練也就成為了一個重要教學環(huán)節(jié)。通過一個模擬信號的一系列數(shù)據(jù)處理，達到進一步完善對信號與系統(tǒng)課程學習的效果。信號與處理課程同時也是一門實用性較、涉及面較廣的專業(yè)基礎課，該課程是將學生從電路分析的知識領域引入信號處理與

4、傳輸領域的關鍵性課程，對后續(xù)專業(yè)課起著承上啟下的作用。該課程的基本方法和理論大量應用于計算機信息處理的各個領域，特別是通信、數(shù)據(jù)語音處理、數(shù)字圖像處理、數(shù)字信號分析等領域，應用更為廣泛。1近年來，計算機多媒體教學手段的運用逐步普及，大量優(yōu)秀的科學計算和系統(tǒng)仿真軟件不斷涌現(xiàn)，為我們實現(xiàn)計算機輔助教學和學生上機實驗提供了很好的平臺。通過對這些軟件的分析和對比，我們選擇Matlab語言作為輔助教學工具，借助Matlab強大的計算能力和圖形表現(xiàn)能力，將數(shù)字與系統(tǒng)中的概念、方法和相應的結果，以圖形的形式直觀地展現(xiàn)給我們，大大的方便我們迅速掌握和理解老師上課教的有關信號與系統(tǒng)的知識。此次課程設計是在Mat

5、lab軟件下設計一個信號處理系統(tǒng)(差分方程或系統(tǒng)函數(shù)形式)，利用Matlab軟件分析系統(tǒng)的單位脈沖響應，單位階躍響應，幅頻特性和相頻特性，并與理論曲線進行比較。項目概況2我這次做的信號與系統(tǒng)課程設計的任務是在Matlab軟件下對系統(tǒng)的時域和頻域進行分析。技術內容是；根據(jù)時域分析原理，利用Matlab軟件求解其單位脈沖響應、階躍響應。要求繪制系統(tǒng)的幅頻響應和相頻響應圖。在做課程設計中首先是對Matlab軟件的了解和認識，掌握一些Matlab軟件的基本常用函數(shù)的用法，對Matlab軟件進行程序操作。這次課設增加了我對仿真軟件Matlab的認識，熟悉Matlab軟件平臺的使用和Matlab軟件編程方

6、法及常用語句：了解Matlab的編程方法和特點；掌握利用Matlab分析系統(tǒng)頻域響應的方法。對Matlab軟件進行一定的了解和運用之后，開始做此次課程設計系統(tǒng)時域、頻率特性分析與驗證，用Matlab軟件對此次課設的系統(tǒng)的脈沖響應、階躍響應進行繪圖。所做的課程設計完成以后撰寫論文，說明自己的實習過程和實習心得等內容。正文3.1設計的目的和意義3.1.1設計目的通過本設計后，對系統(tǒng)的時域特性和頻域特性有更深的了解，具有對信號的時域和頻域的分析能力。并能夠利用Matlab軟件分析系統(tǒng)的單位脈沖響應，單位階躍響應，幅頻特性和相頻特性，并與理論曲線進行比較。3.1.2設計意義鞏固已經學過的知識，加深隨知

7、識的理解和應用，加強學科間的橫向聯(lián)系，學會用Matlab對實際問題進行仿真，為學習后繼專業(yè)課打下堅實的基礎；在學習信號與系統(tǒng)課程的同時，也掌握了Matlab的應用，將課程的重點、難點通過Matlab形象、直觀的仿真實現(xiàn)，從而加深對信號與系統(tǒng)基本原理、方法及應用的理解，以培養(yǎng)主動獲得知識和獨立解決問題的能力，同時也增強鍛煉動手實踐能力。3.2設計的目標與總體方案3.2.1設計目標3（1）熟悉Matlab軟件平臺；（2）掌握Matlab編程方法、常用語句和可視化繪圖技術；（3）編程實現(xiàn)常用信號及其運算Matlab實現(xiàn)方法；（4）運用Matlab數(shù)值求解系統(tǒng)的脈沖響應、階躍響應，繪制系統(tǒng)的幅頻響應和

8、相頻響應圖。3.3設計方法及內容 首先設計一個界面，界面功能為：若一個二階系統(tǒng)形式為Ay(k)+By(k-1)+Cy(k-2)=Df(k)+Ef(k)+Ff(k-2) ，則輸入A、B、C、D、E、F的值，直接顯示單位脈沖響應，階躍響應的圖像和系統(tǒng)的頻幅響應曲線。界面如下圖所示：圖3-1 操作界面其所對應的源程序見附錄。43.3.1單位脈沖響應，階躍響應一個LTI系統(tǒng)，當其初始狀態(tài)為零時，輸入單位脈沖函數(shù)所引起的響應稱為單位脈沖響應，簡稱脈沖響應。一個LTI 系統(tǒng)，當其初始狀態(tài)為零時，輸入為單位階躍函數(shù)（t）所引起的響應稱為單位階躍響應，簡稱階躍響應。用step(a,b)和impulse(a,b

9、)命令求系統(tǒng)的階躍響應和脈沖響應，用freqz(b,a) 命令求系統(tǒng)的頻幅響應，并將其畫出來。程序為：clearclc a=A,B,C;b=D,E,F; h1,t1=impz(b,a);subplot(121);stem(t1,h1);title(沖擊響應);xlabel(采樣時間);ylabel(幅值);h2,t2=stepz(b,a,80);subplot(122);stem(t2,h2);title(階躍相應);xlabe(采樣時間);ylabel(幅值); 5在界面輸入A、B、C、D、E、F的值為A= 1 B= -1.3 C=0.9 D= 1 E=0 F=0 其所對應的脈沖響應曲線和階

10、躍響應曲線如下圖所示：圖3-2脈沖響應曲線6圖3-3階躍響應曲線3.3.2繪制系統(tǒng)的頻幅響應和相頻響應圖用frepz函數(shù)求頻率響應并將其畫出來。沖擊響應h(t)反應了系統(tǒng)的時域特性，而頻率響應H(jw)反應了系統(tǒng)的頻域特性二者的關系為：h(t)H(jw)通常頻率響應函數(shù)（系統(tǒng)函數(shù)）可以定義為系統(tǒng)響應的傅里葉變換Y(jw)與激勵的傅里葉變換F（jw）之比，即：H（jw）=Y(jw)/F(jw)它是頻率的復函數(shù)，可寫為：H（jw）=其中是角頻率為的輸出與輸入信號幅度之比，稱為頻幅特性；是輸出與輸入信號的相位差，稱為相頻特性。由于H（jw）是函數(shù)h(t)的傅里葉變換，根據(jù)奇偶性可知是的偶函數(shù)，是的奇

11、函數(shù)。源程序為：Clear all;a=A,B,C;b=D,E,F;freqz(b,a);7在界面輸入A、B、C、D、E、F的值為A= 1 B= -1.3 C=0.9 D= 1 E=0 F=0 .其所對應的頻幅響應曲線如下圖所示：圖3-4頻幅響應曲線心得體會8 通過這次的課程設計，我受益匪淺，不僅對信號這門課程有更深入的掌握，還學到其他方面的知識，同時也擺脫枯燥的理論學習，10從中體會到這門課程的樂趣。在準備課程設計的過程中，遇到許多的困難，但從不感到灰心，因為在做的過程中，同學們都是在一起相互討論，遇到困難就找同法學，在這種集體的學習氛圍下，之感受到學習帶來的快樂。通過此次的設計，體會到只有

12、通過實踐，才知道他魅力所在，才能更加深入的掌握，同時也在培養(yǎng)自己獨立思考和解決問題的能力，也增強鍛煉動手、實踐能力。 通過這段時間的課程設計，同時也使我懂得了理論與實際結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正提高自己對理論知識的熟練掌握和運用。在設計的過程中也遇到了很多問題。才發(fā)現(xiàn)原來自己有如此多的不足之處，對以前學過的知識理解的不夠深刻，也掌握的不過牢固。 在做課程設計的過程中，對書本上的理論知識有了進一步的理解，對于一些似懂非懂的部分，通過再一次看書，編寫程序，調試結果，并對結果進行分析，也理解了。但是，感覺自己對于理論的實

13、際運用還是比較欠缺。同時知道了學習知識的方法，學習理論不是一味的看書，理論應該建立在實踐的基礎上，通過編寫程序去實現(xiàn)某個功能，對相應知識有了更進一步的了解，有助于理論的學習。9 通過做這次課程設計，對MATLAB有了初步了解，知道了MATLAB的一些用途，老師在課堂是也講了一些簡單的MATLAB的用法，但是在做設計的過程中才知道那些遠遠不過，所以又花了很多時間去找那些函數(shù)怎么用，怎么畫圖啊等等，在理論中求頻率影響應計算很麻煩，但是用MATLAB只需一個簡單的函數(shù)就可以實現(xiàn)，但有許多細節(jié)如一些語句等，由于時間關系還是不太明白，需要今后加以學習。在做課程設計過程中，發(fā)現(xiàn)什么事不能等別人，自己需要盡

14、自己的努力去做，又不明白的地方要及時去問，還有學會利用身邊各種資源比如圖書館，網絡等，什么事情沒有親自去做，不要妄下結論，不要認為自己不行，只有做了才知道其實一些事只要自己認真做了事可以辦的。同時課程設計培養(yǎng)了我獨自處理問題的能力以及做事的態(tài)度。俗話說：態(tài)度決定一切。只有有端正的態(tài)度，才能盡心的去做。才有可能成功。 這次課程設計終于順利完成，在設計中遇到的運行和調試問題，最后在老師的耐心指導下，終于迎刃而解。在以后的學習過程中我要不斷學習，不斷豐富自己的知識。這次課程設計的順利完成，讓我明白我自己的不足。在以后的學習過程中我會更加的努力，不斷豐富自己的知識。10附錄function varar

15、gout = MYfrist(varargin)gui_Singleton = 1;gui_State = struct(gui_Name, mfilename, . gui_Singleton, gui_Singleton, . gui_OpeningFcn, MYfrist_OpeningFcn, . gui_OutputFcn, MYfrist_OutputFcn, . gui_LayoutFcn, , . gui_Callback, );if nargin & ischar(varargin1) gui_State.gui_Callback = str2func(varargin1);

16、endif nargout varargout1:nargout = gui_mainfcn(gui_State, varargin:);else gui_mainfcn(gui_State, varargin:);endfunction MYfrist_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin)handles.output = hObject;guidata(hObject, handles);function varargout = MYfrist_OutputFcn(hObject, eventdata, handles) vara

17、rgout1 = handles.output;function edit1_Callback(hObject, eventdata, handles)function edit1_CreateFcn(hObject, eventdata, handles)if ispc & isequal(get(hObject,BackgroundColor), get(0,defaultUicontrolBackgroundColor) set(hObject,BackgroundColor,white);endfunction edit3_Callback(hObject, eventdata, ha

18、ndles)function edit3_CreateFcn(hObject, eventdata, handles)if ispc & isequal(get(hObject,BackgroundColor), get(0,defaultUicontrolBackgroundColor) set(hObject,BackgroundColor,white);endfunction edit4_Callback(hObject, eventdata, handles)function edit4_CreateFcn(hObject, eventdata, handles)if ispc & i

19、sequal(get(hObject,BackgroundColor), get(0,defaultUicontrolBackgroundColor) set(hObject,BackgroundColor,white);end 11function edit5_Callback(hObject, eventdata, handles)s4=get(gcbo,string );set(d1,value,s4);function edit5_CreateFcn(hObject, eventdata, handles)if ispc & isequal(get(hObject,Background

20、Color), get(0,defaultUicontrolBackgroundColor) set(hObject,BackgroundColor,white);endfunction edit6_Callback(hObject, eventdata, handles)function edit6_CreateFcn(hObject, eventdata, handles)if ispc & isequal(get(hObject,BackgroundColor), get(0,defaultUicontrolBackgroundColor) set(hObject,BackgroundC

21、olor,white);endfunction edit7_Callback(hObject, eventdata, handles)function edit7_CreateFcn(hObject, eventdata, handles)if ispc & isequal(get(hObject,BackgroundColor), get(0,defaultUicontrolBackgroundColor) set(hObject,BackgroundColor,white);endfunction edit8_Callback(hObject, eventdata, handles)fun

22、ction edit8_CreateFcn(hObject, eventdata, handles)if ispc & isequal(get(hObject,BackgroundColor), get(0,defaultUicontrolBackgroundColor) set(hObject,BackgroundColor,white);end function pushbutton1_Callback(hObject, eventdata, handles)s1=str2double(get(handles.edit3,String);s2=str2double(get(handles.

23、edit4,String);s3=str2double(get(handles.edit5,String);s4=str2double(get(handles.edit6,String);s5=str2double(get(handles.edit7,String);s6=str2double(get(handles.edit8,String);a=s1,s2,s3;b=s4,s5,s6;h1,t1=impz(b,a);plot(121);stem(t1,h1);title();xlabel();ylabel(); function pushbutton2_Callback(hObject, eventdata, handles)s1=str2double(get(handles.edit3,String);s2=str2double(get(handles.edit4,String);s3=str2double(get(handles.edit5,String);s4=str2double(get(handles.edit6,String);s5=str2double(get(handles.edit7,String);s6=str2double(get(handles.edit8,String);12 a=s1,s2,s3;b=s4,s5,s6;h2,t2=ste