單位樣值響應.

1、沈陽理工大學成績評定表學生姓名郝曉鵬班級學號1103060129專業(yè)通信工程課程設計題目單位樣值響應評語組長簽字：成績?nèi)掌?0 年 月曰課程設計任務書學院信息科學與工程專業(yè)通信工程學生姓名郝曉鵬班級學號1103060129課程設計題目離散時間系統(tǒng)的時域分析一一一單位樣值響應內(nèi)容及要求：1、學習Matlab軟件知識及應用2、學習并研究離散時間系統(tǒng)的時域分析有關理論3、利用Matlab編程，完成離散時間系統(tǒng)的單位樣值響應4、寫出課程設計報告，打印程序，給出運行結果進度安排：第1-2天：1、布置課程設計任務、要求2、學習Matlab軟件知識及應用第3-4天：1、利用Matlab編程，完成相應的信號分

2、析與處理課題2、上機編程、調(diào)試3、撰寫課程設計報告書第5天：答辯，上交報告指導教師：201年 月曰專業(yè)負責人：201 年 月曰學院教學副院長：201 年 月曰目錄、引言 1、 Matlab 入門 22.1 Matlab7.0 介紹 22.2利用 Matlab7.0 編程完成習題設計 3三、 Matlab7.0 實現(xiàn)離散時間系統(tǒng)時域分析的單位樣值響應 43.1 離散時間系統(tǒng)單位樣值響應的原理 43.2 編程設計及實現(xiàn) 5.3.3 運行結果及其分析 7.四、結論 10五、參考文獻 11沈陽理工大學一、 引言人們之間的交流是通過消息的傳播來實現(xiàn)的，信號則是消息的表現(xiàn)形式，消息是信 號的具體內(nèi)容。信號

3、與系統(tǒng)課程是一門實用性較強、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)字語音處理、數(shù)字圖像處理、數(shù)字信號分析等領域 , 應用更為廣泛。近年來，計算機多媒體教序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 MATLA語言作為輔助教學工具，借助 MATLA強大的 計算能力和圖形表現(xiàn)能力，將信號與系統(tǒng)中的概念、方法和相

4、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。MATLA是當前最優(yōu)秀的科學計算軟件之一，也是許多科學領域中分析、應用和開發(fā) 的基本工具。MATLA全稱是Matrix Laboratory, 是由美國Mathworks公司于20世紀 80 年代推出的數(shù)學軟件，最初她是一種專門用于矩陣運算的軟件，經(jīng)過多年的發(fā)展， MATLAE經(jīng)發(fā)展成為一種功能全面的軟件， 幾乎可以解決科學計算中的所有問題。 而且 MATLA編寫簡單、代碼效率高等優(yōu)點使得 MATLA在通信、信號處理、金融計算等領域 都已經(jīng)被廣泛應用。它具有強大的矩陣計算能力和良好的圖形

5、可視化功能，為用戶提供 了非常直觀和簡潔的程序開發(fā)環(huán)境，因此被稱為第四代計算機語言。MATLABS大的圖形處理功能及符號運算功能，為我們實現(xiàn)信號的可視化及系統(tǒng)分析提供了強有力的工 具。MATLAE強大的工具箱函數(shù)可以分析連續(xù)信號、連續(xù)系統(tǒng)，同樣也可以分析離散信 號、離散系統(tǒng)，并可以對信號進行各種分析域計算，如相加、相乘、移位、反折、傅里 葉變換、拉氏變換、 Z 變換等等多種計算。作為信號與系統(tǒng)的基本分析軟件之一，利用MATLAB進行信號與系統(tǒng)的分析與設計是通信以及信息工程學科的學生所要掌握的必要技能之一。通過學習并使用MATLAE語言進行編程實現(xiàn)課題的要求，對學生能力的培養(yǎng)極為重要。尤其會提高

6、綜合運用所學理論知識進行分析問題、解決問題的能力，也便于將理論知識與實踐相結合，并得以更好 地掌握信號分析與處理的基本方法與實現(xiàn)。 這也將為后續(xù)相關的課程學習打下一定的基 礎,從而在以后相關課程設計與分析的時候達到對 MATLAB勺熟練應用與融會貫通。二、 Matlab 入門2.1 Matlab7.0 介紹Matlab7.0 比 Matlab 的老版本提供了更多更強的新功能和更全面、更方便的聯(lián)機幫 助信息。當然也比以前的版本對于軟件、硬件提出了更高的要求。在國內(nèi)外 Matlab 已經(jīng)經(jīng)受了多年的考驗。 Matlab7.0 功能強大，適用范圍很廣。其 可以用來線性代數(shù)里的向量、數(shù)組、矩陣運算，復

7、數(shù)運算，高次方程求根，插值與數(shù) 值微商運算，數(shù)值積分運算，常微分方程的數(shù)值積分運算、數(shù)值逼近、最優(yōu)化方法 等，即差不多所有科學研究與工程技術應用需要的各方面的計算，均可用 Matlab 來解 決。MATLAB7.0 提供了豐富的庫函數(shù)（稱為 M 文件），既有常用的基本庫函數(shù)，又有 種類齊全、功能豐富多樣的的專用工具箱 Toolbox 函數(shù)。函數(shù)即是預先編制好的子程 序。在編制程序時，這些庫函數(shù)都可以被直接調(diào)用。無疑，這會大大提高編程效率。 MATLAB7.0 的基本數(shù)據(jù)編程單元是不需要指定維數(shù)的復數(shù)矩陣，所以在 MATLAB 環(huán) 境下，數(shù)組的操作都如數(shù)的操作一樣簡單方便。而且， MATLAB7

8、.0 界面友好，用戶使 用方便。首先， MATLAB 具有友好的用戶界面與易學易用的幫助系統(tǒng)。用戶在命令窗 里通過 help 命令可以查詢某個函數(shù)的功能及用法，命令的格式極為簡單。其次， MATLAB 程序設計語言把編輯、編譯、連接、執(zhí)行、調(diào)試等多個步驟融為一體，操作 極為簡單。除此之外， MATLAB7.0 還具有強大的圖形功能，可以用來繪制多姿多彩的 圖形，直觀而形象。綜上，在進行信號的分析與仿真時， MATLAB7.0 無疑是一個強大而實用的工 具。尤其對于信號的分析起到了直觀而形象的作用，非常適合與相關課題的研究與分 析。- 2 -沈陽理工大學2.2利用Matlab7.0編程完成習題設

9、計在熟悉了 MATLAB7.0的基本界面之后，可以通過簡單的編程與相關函數(shù)的調(diào)用, 實現(xiàn)一些常用時間信號的可視化操作。例如：編程實現(xiàn)正弦波的仿真。程序如下，直接在命令窗口鍵入如下程序：t=0:0.001:2*pi;w0=2;phi=0;ft1=s in (w0*t+phi);plot(t,ft1)仿真圖形如下：圖a-3 -沈陽理工大學三.Matlab7.0實現(xiàn)離散時間系統(tǒng)單位樣值響應的設計3.1離散時間系統(tǒng)單位樣值響應的原理3.1.1設計題目掌握離散時間系統(tǒng)的時域分析方法。鞏固已經(jīng)學過的知識，加深對知識的理解和應用，加強學科間的橫向聯(lián)系，學會應用 MATLA對離散系統(tǒng)進行仿真。3.1.2設計目

10、的(1) 在學習了信號與系統(tǒng)這門課程后，按照基本原理,綜合運用所學的知識,利用Matlab掌握系統(tǒng)的單位樣值響應內(nèi)容，由給定的差分方程求解系統(tǒng)的單位樣值響應h(n).(2) 掌握離散時間系統(tǒng)的時域分析方法。鞏固已經(jīng)學過的知識，加深對知識的理解和應用，加強學科間的橫向聯(lián)系，學會應用 MATLA對離散系統(tǒng)進行仿真。(3)仿真實現(xiàn) 離散時間系統(tǒng)的單位樣值響應，并繪制輸出波形，主要程序段有注釋3.1.3設計要求本課程設計應滿足以下要求：1. 實用性:設計的典型函數(shù)應該能夠正確運行.2. 可讀性:源程序代碼清晰，有層次(1) 掌握用MATLA來求解常系數(shù)差分方程的方法；(2) 掌握MATLA常用函數(shù)的功

11、能和使用方法；3.1.4設計原理沖激響應，線性時不變系統(tǒng)對單位沖激S (n)作用在零狀態(tài)條件下的響應稱為沖激響應 h(n)。單位沖激函數(shù)的定義是離散時間系統(tǒng)常以框圖表示(見圖)。圖中x(n)、y(n)分別為系統(tǒng)的輸入和輸出離散時問系統(tǒng)框圖沈陽理工大學單位樣值函數(shù)在經(jīng)過系統(tǒng)的作用后發(fā)生單位樣值響應，因為直接求解會使求解過程復 雜，可利用Z變換先求解系統(tǒng)函數(shù)H(Z)，利用特殊函數(shù)和Z變換性質(zhì)變換得到h(n),得 到單位樣值響應。當然也可以利用其它類型的變換，例如將時間域內(nèi)的函數(shù)直接變換到 頻域內(nèi)(利用傅立葉變換)，利用特殊函數(shù)和福利院變換的性質(zhì)得到h(s),再利用系統(tǒng)函數(shù)與h(s)求得單位樣值響應

12、。此處采用了利用 Z變換的方式進行求解。用 MATLAB 求解常系數(shù)差分方程的方法；用MATLAB!用函數(shù)的功能和使用方法；根據(jù)設定的差分方程：(1) .y( n)-6y( n-1)=x (n)(2) .y( n)-5y( n-1)+6y( n-2)=x( n)-3x( n-1)(3) .y( n)-3y( n-1)+3y( n-2)-y( n-3)=x (n )-2x( n-1)利用z變換，求出H(z)= 丫,再通過逆z變換得到h(n)。X3.2編程設計及實現(xiàn)計算系統(tǒng)單位樣值響應源程序:3.2.1 %差分方程模型 y(n)-5y(n-1)+6y(n-2)=x(n)-3x(n-2)%系統(tǒng)函數(shù)

13、H(Z)=Y(Z)/X(Z)=1-3ZA(-2)/1-5ZA(-1)+6ZA(-2)k=0:10;a=1 -5 6;%系統(tǒng)函數(shù)分母多項式的系數(shù)矩陣b=1 0 -3;%系統(tǒng)函數(shù)分子多項式的分子矩陣y=impz(b,a,k); %單位樣值函數(shù)stem(y);%用桿狀圖形式表示xlabel(n);title(hn); %(LTI 系統(tǒng)的單位沖激響應 )3.2.2 %差分方程模型 y(n)-6y(n-1)=x(n)縣統(tǒng)函數(shù) H(Z)=Y(Z)/X(Z)=1/1-6Z(1)k=0:10;a=1 -6 0; %系統(tǒng)函數(shù)分母多項式的系數(shù)矩陣b=1 0 0; %系統(tǒng)函數(shù)分子多項式的分子矩陣y=impz(b,a

14、,k); % 單位樣值函數(shù) stem(y);%用桿狀圖形式表示xlabel(n);- 6 -title(hn); %(LTI系統(tǒng)的單位沖激響應 )3.2.3 %差分方程模型 y(n)-3y(n-1)+3y(n-2)-y(n-3)=x(n)-2x(n-2)縣統(tǒng)函數(shù) H(Z)=Y(Z)/X(Z)=1-2ZA(-2)/1-3ZA(-1)+3ZA(-2)-3-ZA(-3)k=0:10;a=1 -3 3 -1;%系統(tǒng)函數(shù)分母多項式的系數(shù)矩陣b=1 -2 0 0;%系統(tǒng)函數(shù)分子多項式的分子矩陣y=impz(b,a,k);%單位樣值函數(shù)stem(y);%用桿狀圖形式表示xlabel(n);title(hn)

15、;%(LTI系統(tǒng)的單位沖激響應 )沈陽理工大學-9 -3.3運行結果及其分析圖3.3.1差分方程模型y(n)-5y(n-1)+6y(n-2)=x(n)-3x(n-2)的單位樣值響應圖3.3.2差分方程模型y(n)-6y(n-1)=x(n)的單位樣值響應圖 3.3.3 差分方程模型 y(n)-3y(n-1)+3y(n-2)-y(n-3)=x(n)-2x(n-2)的單位樣值響應沈陽理工大學四、結論本次的信號與系統(tǒng)課程設計中，我查閱了相關資料，并且進行了反復練習。由于是 第一次做信號與系統(tǒng)的課程設計，對于相關設計過程和分析方法以及MATLAB件的使用并不大熟練。 但功夫不負有心人，最終還算順利完成，

16、這對我以后學習相關的課程 以及進行更高層次的信號與系統(tǒng)設計都奠定了一定的基礎。設計過程中，出現(xiàn)了各種各樣的問題，有些是單一原因引起的，有的是綜合原因引 起的，這些都很考驗我的毅力與堅持。但是我掌握了研究這類問題的方法，即問題解決 的過程就是要從問題所表現(xiàn)出來的情況出發(fā)，通過反復推敲，作出相應判斷，逐步找出 問題的癥結所在，從而一舉擊破。對于信號與系統(tǒng)課程設計，尤其在使用MATLAB件進行相關信號的仿真與分析時，這種分析解決問題的能力就更為重要。正所謂“紙上得來終覺淺，覺知此事要躬行。 ” 學習任何知識，僅從理論上去求知，而不去實踐、探索是不夠的。通過為期數(shù)天的MATLAB!程設計，我對MATL

17、A這個仿真軟件有了更進一步的認識和了解。在這數(shù)天時間里，我通過自己摸索，查閱資料，并且在指導老師的指導下完成了常 用連續(xù)時間信號的編程與仿真；并最終將課程設計報告總結完畢。在整個設計過程中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了獨立思考和設計的能力，樹立了對 知識應用的信心，相信會對今后的學習工作和生活有非常大的幫助，并且提高了自己的 動手實踐操作能力， 使自己充分體會到了在設計過程中的成功喜悅。雖然這個設計做 的不是太成功，但是在設計過程中所學到的東西是這次課程設計的最大收獲和財富，使 我終身受益。在沒有做課程設計以前，覺得課程設計只是對知識的單純總結，但是通過這次課程設計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面，課程設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，也是對 自己能力的一種提高，通過這次課程設計使自己明白了原來的那點知識是非常欠缺的， 要學習的東西還很多，通過這次課程設計，我明白學習是一個長期積累的過程，在以后 的工作和生活中都應該不斷的學習，努力提高自己的知識和綜合素質(zhì)。