數(shù)字信號處理實驗實驗報告.doc

1、數(shù)字信號處理實驗實驗報告實驗報告 20_ - - 20_ 學(xué)年第 2 2 學(xué)期 開 課 單 位 適用年級、專業(yè) 13 級 電子信息工程 課 程 名 稱 數(shù)字信號處理實驗 主 講 教 師 課 程 序 號 課 程 代 碼 實 驗 名 稱 實 驗 學(xué) 時 16 學(xué) 號 姓 名 實驗一用 用 MATLAB 產(chǎn)生 時域 離散信號 一、.實驗?zāi)康模?、了解常用時域離散信號及其特點。2、掌握用 MATLAB 產(chǎn)生時域離散信號的方法。二、.實驗原理：1 、時域離散信號的概念 在時間軸的離散點上取值的信號，稱為離散時間信號。通常，離散時間信號用 _(n)表示，其幅度可以在某一范圍內(nèi)連續(xù)取值。由于信號處理設(shè)備或裝

2、置（如計算機、專用的信號處理芯片等）均以有限位的二進制數(shù)來表示信號的幅度，因此，信號的幅度也必須離散化。我們把時間和幅度均取離散值的信號稱為時域離散信號或數(shù)字信號。在 MATLAB 語言中，時域離散信號可以通過編寫程序直接產(chǎn)生。2 、常用時域離散信號的生成 1) 單位抽樣序列 單位抽樣序列的表示式為 îíì=01) (n d 00¹=nn 或 îíì= -01) ( k n d 0 ¹=nk n 三、.實驗內(nèi)容：1、閱讀并上機驗證實驗原理部分的例題程序，理解每一條語句的含義。已認真閱讀并且上機驗證了全部的列題程序，

3、大部分語句都能理解含義，但有小部分語句含義還沒理解透徹，正在努力看書本弄懂語句含義 改變例題中的有關(guān)參數(shù)（如信號的頻率、周期、幅度、顯示時間的取值范圍、采樣點數(shù)等），觀察對信號波形的影響。2、編寫程序，產(chǎn)生以下離散序列：（ （1 ）f(n)=δ(n) (-3 ≤n ≤4) n1=-3;n2=4;n0=0; n=n1:n2; _=n=n0; stem(n,_, "filled"); a_is(n1,n2,0,1.1_ma_(_); _label("時間(n)");ylabel("幅度 _(n)&qu

4、ot;); title("單位脈沖序列"); -3 -2 -1 0 1 2 3 400.20.40.60.81時 間 (n)幅度_(n)單 位 脈 沖 序 列 （ （2 ）f(n)=u(n) (-5 ≤n ≤5) n1=-5;n2=5;n0=0; n=n1:n2; _=ngt;=n0; stem(n,_,"filled"); a_is(n1,n2,0,1.1_ma_(_); _label("時間(n)");ylabel("幅度 _(n)"); title("單位階躍序列&quo

5、t;); bo_ -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 500.20.40.60.81時 間 (n)幅度_(n)單 位 階 躍 序 列 （ （3 ）f(n)= e (0.1+j1.6∏ )n (0 ≤n ≤16) n1=16;a=0.1;w=1.6_pi; n=0:n1; _=e_p(a+j_w)_n); subplot(2,2,1);plot(n,real(_); title("復(fù)指數(shù)信號的實部"); subplot(2,2,3);stem(n,real(_),"filled"); title(

6、"復(fù)指數(shù)序列的實部"); subplot(2,2,2);plot(n,imag(_); title("復(fù)指數(shù)信號的虛部"); subplot(2,2,4);stem(n,imag(_),"filled"); title("復(fù)指數(shù)序列的虛部"); bo_ 5 10 15 20-505復(fù) 指 數(shù) 信 號 的 實 部0 5 10 15 20-505復(fù) 指 數(shù) 序 列 的 實 部0 5 10 15 20-505復(fù) 指 數(shù) 信 號 的 虛 部0 5 10 15 20-505復(fù) 指 數(shù) 序 列 的 虛 部 （ （4 ）f(n)

7、=3sin(n/4) (0 ≤n ≤20) f=8;Um=3;nt=2;N=20;T=1/f; dt=T/N;n=0:nt_N-1; tn=n_dt;_=Um_sin(2_f_pi_tn); subplot(2,1,1);plot(tn,_); a_is(0,nt_T,1.1_min(_),1.1_ma_(_);ylabel("_(t)"); subplot(2,1,2);stem(tn,_);a_is(0,nt_T,1.1_min(_),1.1_ma_(_); ylabel("_(n)");bo_ 0.05 0.1 0.15

8、 0.2 0.25-202_(t)0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25-202_(n) 3 、一個連續(xù)的周期性方波信號頻率為 20_Hz ，信號幅度在-1 +1V 之間，要求在圖形以 窗口上顯示其兩個周期的波形。以 4kHz 的頻率對連續(xù)信號進行采樣，編寫程序生成連續(xù)信號和其采樣獲得的離散信號波形。f=20_;nt=2; N=20;T=1/f; dt=T/N; n=0:nt_N-1; tn=n_dt; _=square(2_f_pi_tn,50); subplot(2,1,1);plot(tn,_); a_is(0,nt_T,1.1_min(_),1.1_ma_(_); ylabe

9、l("_(t)"); subplot(2,1,2);stem(tn,_); a_is(0,nt_T,1.1_min(_),1.1_ma_(_); ylabel("_(n)"); Bo_ 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.01-1-0.500.51_(t)0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.01-1-0.500.51_(n) 四：實驗總結(jié) （ （1） ）對 ：一開始對 MATLAB 這個軟件一點都不了

10、解，通過實驗后，懂的了如何運用 MATLAB來運行程序，對這個軟件有了進一步的了解。（ （2 ）：一開始不了解每個語句的含義，通過請教老師和懂的同學(xué)，基本弄懂了每個語句的含義，通過閱讀例題程序后，自己獨立完成了實驗報告。思考題：率 通過例題程序，你發(fā)現(xiàn)采樣頻率 Fs 、采樣點數(shù) N 、采樣時間間隔 dt 在程序編寫中有怎樣的聯(lián)系？使用時需注意什么問題？ 答：聯(lián)系：Fs=1/ dt ， N=T/dt ， 使 用 時 應(yīng) 注 意 要 使 ：Fs ≥ 2/T ，只有這樣才能唯一的恢復(fù)原信號，不會產(chǎn)生混疊現(xiàn)象。驗 實驗 2 離散 LSI 系統(tǒng)的 時域分析p 一、.實驗?zāi)康模?、加深對離散

11、系統(tǒng)的差分方程、單位脈沖響應(yīng)、單位階躍響應(yīng)和卷積分析p 方法的理解。2、初步了解用 MATLAB 語言進行離散時間系統(tǒng)時域分析p 的基本方法。3、掌握求解離散時間系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)、單位階躍響應(yīng)、線性卷積以及差分方程的程序的編寫方法，了解常用子函數(shù)的調(diào)用格式。二、 實驗原理：1、 離散 LSI 系統(tǒng)的 響應(yīng)與激勵 由離散時間系統(tǒng)的時域分析p 方法可知，一個離散 LSI 系統(tǒng)的響應(yīng)與激勵可以用如下框圖表示： n _ n yDiscrete-timesystme 其輸入、輸出關(guān)系可用以下差分方程描述：0 0 N Mk kk ka y n k b _ n m= =- = -å å

12、 三、 實驗內(nèi)容：2、已知描述某離散 LSI 系統(tǒng)的差分方程為 2y(n)-3y(n-1)+y(n-2)=_(n-1)，分別用 impz和 dstep 函數(shù)、filtic 和 filter 函數(shù)兩種方法求解系統(tǒng)的單位序列響應(yīng)和單位階躍響應(yīng)。用 用 impz 和 和 dstep 函數(shù) Program：a=1,-3/2,1/2; b=0,1/2,0; N=32; n=0:N-1; hn=impz(b,a,n); gn=dstep(b,a,n); subplot(1,2,1);stem(n,hn,"k"); title("系統(tǒng)的單位序列響應(yīng)"); ylabel

13、("h(n)");_label("n"); a_is(0,N,1.1_min(hn),1.1_ma_(hn); subplot(1,2,2);stem(n,gn,"k"); title("系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)"); ylabel("g(n)");_label("n"); a_is(0,N,1.1_min(gn),1.1_ma_(gn); 0 10 20 3000.10.20.30.40.50.60.70.80.91系 統(tǒng) 的 單 位 序 列 響 應(yīng)h(n)n0 0.5 100.

14、10.20.30.40.50.60.70.80.91 filtic 和 filter 函數(shù) program：1=0;y01=0; a=1,-3/2,1/2; b=0,1/2,0; N=32;n=0:N-1; _i=filtic(b,a,0); _1=n=0; hn=filter(b,a,_1,_i); _2=ngt;=0; gn=filter(b,a,_2,_i); subplot(1,2,1);stem(n,hn,"k"); title("系統(tǒng)的單位序列響應(yīng)"); ylabel("h(n)");_label("n"

15、;); a_is(0,N,1.1_min(hn),1.1_ma_(hn); subplot(1,2,2);stem(n,gn,"k"); title("系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)"); ylabel("g(n)");_label("n"); a_is(0,N,1.1_min(gn),1.1_ma_(gn); figure：10 20 3000.10.20.30.40.50.60.70.80.91系 統(tǒng) 的 單 位 序 列 響 應(yīng)h(n)n0 10 20 30055202530系 統(tǒng) 的 單 位 階 躍 響 應(yīng)g(n)n 3

16、、編寫程序描繪下列序列的卷積波形：（1）f 1 (n=u(n),f 2 (n)=u(n-2), (0≤n≤10) n1=0:10; N1=length(n1); f1=ones(1,N1); subplot(2,2,1);stem(n1,f1,"filled"); title("f1(n)"); n2=2:12; N2=length(n2); f2=ones(1,N2); subplot(2,2,2);stem(n2,f2,"filled"); title("f2(n)"); y=con

17、v(f1,f2); subplot(2,1,2);stem(y,"filled"); 0 5 1000.20.40.60.81f1(n)0 5 10 1500.20.40.60.81f2(n)0 5 10 15 20 25055 （2）_(n)=sin(n/2),h(n)=(0.5) n (-3≤n≤4) Program：convu: functiony,ny=convu(h,nh,_,n_) nys=nh(1)+n_(1);nyf=nh(end)+n_(end); y=conv(h,_);ny=nys:nyf; n1=-3:4_pi;f1=si

18、n(n1/2); n2=-3:4_pi;f2=power(0.5,n2); y,ny=convu(f1,n1,f2,n2); subplot(2,2,1);stem(n1,f1); subplot(2,2,2);stem(n2,f2); subplot(2,1,2);stem(ny,y); -5 0 5 10 15-1-0.500.51-5 0 5 10 1502468-10 -5 0 5 10 15 20 25-20-1001020 4、已知某離散 LSI 系統(tǒng)的單位序列響應(yīng)為h(n)=3δ(n-3)+0.5δ(n-4)+0.2δ(

19、n-5)+0.7δ(n-6)-0.8δ(n-7) 求輸入為 _(n)=e -0.5n u(n)時的系統(tǒng)響應(yīng)。Program：N=16; n=0:N-1; _=e_p(-0.5_n) subplot(2,2,1);stem(n,_); a=1,0,0,0,0,0,0,0; b=0,0 ,0,3,0.5,0.2,0.7,-0.8; hn=impz(b,a,n); subplot(2,2,2);stem(n,hn); y=conv(_,hn); subplot(2,1,2);stem(y); 5 10 1500.20.40.60.810 5 10 15-230

20、 5 10 15 20 25 30 35-23 5、已知描述某離散 LSI 系統(tǒng)的差分方程為 y(n)=0.7y(n-1)+2_(n)-_(n-2)，求輸入為_(n)=u(n-3)時的系統(tǒng)響應(yīng)。Program：N=16; n=0:N-1; _=zeros(1,3),ones(1,(N-3); subplot(2,2,1);stem(n,_); a=1,-7/10,0; b=2,0,-1; hn=impz(b,a,n); subplot(2,2,2);stem(n,hn) y=conv(_,hn); subplot(2,1,2);stem(y); 5 10 1500.20.40.60.810 5

21、 10 15-0.500.511.520 5 10 15 20 25 30 35-234 四、實驗總結(jié)：答：1 ）.MATLAB 提供的求卷積函數(shù) conv 默認兩個序列的序號均從 n=0 開始，卷積果 結(jié)果 y 對應(yīng)的序列的序號也從 n=0 開始。當(dāng)兩個序列不是從 0 開始時，必須對 conv 函數(shù)稍加擴展。2） ）.用函數(shù) filtic 和 和 filter 求解離散系統(tǒng)的單位序列響應(yīng)和單位階躍響應(yīng)時，原式為陣 非標(biāo)準(zhǔn)形式，必須化為標(biāo)準(zhǔn)形式后再列出系數(shù)矩陣 a ，b 。驗 實驗 3 離散 LSI 系統(tǒng) 的頻域分析p 1316030108 徐恩 一、 實驗?zāi)康?：1、加深對離散系統(tǒng)變換域分析

22、p -z 變換的理解，掌握使用 MATLAB 進行 z 變換和逆z 變換的常用函數(shù)的用法。2、了解離散系統(tǒng)的零極點與系統(tǒng)因果性和穩(wěn)定性的關(guān)系，熟悉使用 MATLAB 進行離散系統(tǒng)的零極點分析p 的常用函數(shù)的用法。3、加深對離散系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性基本概念的理解，掌握使用 MATLAB 進行離散系統(tǒng)幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)特性分析p 的常用方法。二、 實驗原理：1 、z 變換和逆 z 變換 （1）用 ztrans 函數(shù)求無限長序列的 z 變換。該函數(shù)只給出 z 變換的表達式，而沒有給出收斂域。另外，由于這一函數(shù)還不盡完善，有的序列的 z 變換還不能求出，逆 z 變換也存在同樣的問題。三、實驗內(nèi)容：1、輸

23、入并運行例題程序，理解每條語句的含義。2、求下列各序列的 z 變換：1 2 0 3 0( ) ( ) sin( ) ( ) sin( )n an_ n na _ n n _ n e n w w-= = = 程序清單如下：syms w0 n z a; _1=n_an; _1=ztrans(_1) _2=sin(w0_n); _2=ztrans(_2) _3=e_p(-a_n)_sin(w0_n); _3=ztrans(_3) 程序運行結(jié)果如下：_1 =z_a/(-z+a)2 _2 = z_sin(w0)/(z2-2_z_cos(w0)+1) _3 = z/e_p(-a)_sin(w0)/(z2/

24、e_p(-a)2-2_z/e_p(-a)_cos(w0)+1) 3、求下列函數(shù)的逆 z 變換 031 2 3 42 11( ) ( ) ( ) ( )( ) 1jz z z z_ z _ z _ z _ zz a z a z e zw-= = = =- - - - 程序清單如下：syms w0 j z a; _1=z/(z-a); _1=iztrans(_1) _2=z/(z-a)2; _2=iztrans(_2) _3=z/(z-e_p(j_w0); _3=iztrans(_3) _4=(1-z-3)/(1-z-1); _4=iztrans(_4) 程序運行結(jié)果如下：_1 =an _2 =a

25、n_n/a _3 =e_p(i_w0)n _4 = charfcn2(n)+charfcn1(n)+charfcn0(n) 4、求下列系統(tǒng)函數(shù)所描述的離散系統(tǒng)的零極點分布圖，并判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性 （1）( 0.3)( )( 1 )( 1 )z zH zz j z j-=+ - + + 程序清單如下：z1=0,0.3"p1=-1+j,-1-j"k=1; b1,a1=zp2tf(z1,p1,k); subplot(1,2,1);zplane(z1,p1); title("極點在單位圓內(nèi)"); subplot(3,2,2);impz(b1,a1,20); 程序運行結(jié)果如下：-1 -0.5 0 0.5 1-2-1.5-1-0.500.511.52Real PartImaginary Part極 點 在 單 位 圓 內(nèi)