傳感器課程設(shè)計指導(dǎo)書

1、數(shù)字信號處理課程設(shè)計指導(dǎo)書一、課程設(shè)計目的及要求數(shù)字信號處理是一門理論性和實踐性都很強的學(xué)科，通過課程設(shè)計可以加深理解掌握基本理論，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的綜合能力，為將來走向工作崗位奠定堅實的基礎(chǔ)，因此做好課程設(shè)計是學(xué)好本課程的重要教學(xué)輔助環(huán)節(jié)。本指導(dǎo)書結(jié)合教材數(shù)字信號處理教程的內(nèi)容，基于MATLA翼序語言提出課程設(shè)計的題目及要求，在做課程設(shè)計之前要求學(xué)生要盡快熟悉MATLABg言，充分預(yù)習(xí)相關(guān)理論知識，獨立編寫程序，以便順利完成課程設(shè)計。二、課程設(shè)計任務(wù)課程設(shè)計的過程是綜合運用所學(xué)知識的過程。課程設(shè)計主要任務(wù)是圍繞數(shù)字信號的頻譜分析、特征提取和數(shù)字濾波器的設(shè)計來安排的。根據(jù)設(shè)計題目的具

2、體要求，運用MATLAB言完成題目所規(guī)定的任務(wù)及功能。設(shè)計任務(wù)包括：查閱專業(yè)資料、工具書或參考文獻，了解設(shè)計課題的原理及算法、編寫程序并在計算機上調(diào)試，最后寫出完整、規(guī)范的課程設(shè)計報告書。課程設(shè)計地點在信息學(xué)院機房，一人一機，在教師統(tǒng)一安排下獨立完成規(guī)定的設(shè)計任務(wù)。三、課程設(shè)計題目根據(jù)大綱要求提供以下八個課程設(shè)計題目供學(xué)生選擇，根據(jù)實際情況也可做其它相關(guān)課題。1. DFT在信號頻譜分析中的應(yīng)用2. 有噪聲情況下信號幅度譜的研究3. 取樣信號的混疊現(xiàn)象研究4. 離散時間系統(tǒng)頻域分析5. 用雙線性變換法設(shè)計IIR數(shù)字濾波器6. 雙音多頻撥號音編解碼系統(tǒng)7. 用凱塞窗設(shè)計線性相位帶通FIR濾波8.

3、用窗函數(shù)法設(shè)計FIR數(shù)字低通濾波器注：以上課程設(shè)計題目具體要求可參考本指導(dǎo)書附錄一四、課程設(shè)計的內(nèi)容及主要步驟1. 熟練掌握MATLA即言。2. 根據(jù)所選題目查閱專業(yè)資料,掌握設(shè)計原理，確定設(shè)計方案。3. 編寫程序并調(diào)試。4. 撰寫設(shè)計報告書。注：課程設(shè)計詳細(xì)內(nèi)容和步驟可參考本指導(dǎo)書附錄一五、課程設(shè)計的考核方法及成績評定課程設(shè)計的考核依據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、方案合理性、資料完備性、創(chuàng)造性、報告撰寫規(guī)范性和書面表達能力等為考核點，對學(xué)生進行綜合考核。成績評定采用優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格五級記分制。評定細(xì)則如下：1. 遵守紀(jì)律（10%）：根據(jù)設(shè)計出勤情況、遵守紀(jì)律情況及設(shè)計態(tài)度等因素評定；2.

4、設(shè)計報告（80%）：根據(jù)課程設(shè)計報告書內(nèi)容要求和實際完成情況評定；3. 設(shè)計效果（10%）：根據(jù)設(shè)計實際完成的質(zhì)量及設(shè)計中的創(chuàng)造性評定；對設(shè)計任務(wù)理解透徹，能夠全面、正確、獨立地完成設(shè)計內(nèi)容所規(guī)定的任務(wù)，得出正確的設(shè)計結(jié)果，并按時提交完整、規(guī)范的設(shè)計報告，可評為優(yōu)秀；按照設(shè)計任務(wù)要求能夠順利地完成任務(wù)，得出結(jié)果，按時提交較完整的、符合要求的設(shè)計報告，可評定為良好；按照設(shè)計要求完成了軟件的編程與調(diào)試，基本完成了任務(wù)要求，提交符合要求的設(shè)計報告，可評為中等；基本完成設(shè)計目標(biāo)，但不夠完善，存在缺陷，在幫助指導(dǎo)下能夠完成任務(wù)要求，提交設(shè)計報告，可評為及格；不能完成規(guī)定的任務(wù)和要求，未提交設(shè)計報告的，或

5、抄襲他人設(shè)計報告的評為不及格。六、課程設(shè)計報告撰寫格式要求課程設(shè)計報告格式按附錄三中的要求去做。報告應(yīng)認(rèn)真書寫，條理清晰，內(nèi)容充實、插圖規(guī)范，符合設(shè)計格式要求。程序執(zhí)行結(jié)果的圖形盡量打印出來。注：附錄一：可供參考的課程設(shè)計題目及具體內(nèi)容要求附錄二：MATLAB言簡介附錄三：課程設(shè)計報告撰寫格式附錄一：可供參考的設(shè)計題目及具體內(nèi)容要求設(shè)計一DFT在信號頻譜分析中的應(yīng)用一、設(shè)計目的1 .熟悉DFT的性質(zhì)。2 .加深理解信號頻譜的概念及性質(zhì)。3 .了解高密度譜與高分辨率頻譜的區(qū)別。二、設(shè)計任務(wù)與要求1 .學(xué)習(xí)用DFT和補零DFT的方法來計算信號的頻譜。2 .用MATLAB語言編程來實現(xiàn)，在做課程設(shè)計

6、前，必須充分預(yù)習(xí)課本DTFT、DFT及補零DFT的有關(guān)概念，熟悉MATLAB語言，獨立編寫程序。三、設(shè)計內(nèi)容1 .用MATLAB語言編寫計算序列x(n)的N點DFT的m函數(shù)文件dft.m。并與MATLAB中的內(nèi)部函數(shù)文件fft.m作比較。2 .對離散確定信號x(n)=cos(0.48n)+cos(0.52n)作如下譜分析：(1)截取x(n)使x(n)成為有限長序列N(0nN-1),(長度N自己選)寫程序計算出x(n)的N點DFTX(k),并畫出相應(yīng)白幅頻圖|X(k)|ko(2)將(1)中x(n)補零加長至M點(長度M自己選)，編寫程序計算x(n)的M點DFTX(k)，并畫出相應(yīng)的圖|X(k)卜

7、k。(3)利用補零DFT計算(1)中N點有限長序列x(n)頻譜X(ej8)并畫出相應(yīng)的幅頻圖X(ejw)|0。3 .研究高密度譜與高分辨率頻譜。對連續(xù)確定信號xa(t)=cos(2二6.5103t)cos(2二7103t)cos(2-9103t)以采樣頻率fs=32kHz對信號xa(t)采樣得離散信號x(n),分析下列三種情況的幅頻特性。(1)采集數(shù)據(jù)x(n)長度取N=16點，編寫程序計算出x(n)的16點DFTX(k)，并畫出相應(yīng)的幅頻圖。(2)采集數(shù)據(jù)x(n)長度N=16點，補零加長至M點(長度M自己選)，利用補零DFT計算x(n)的頻譜X(ej)并畫出相應(yīng)的幅頻圖X1(ej)0。(3)采

8、集數(shù)據(jù)x(n)長度取為M點(注意不是補零至M),編寫程序計算出M點采集數(shù)據(jù)x(n)的的頻譜X(ej。)并畫出相應(yīng)的幅頻圖X2(e心|切。四、設(shè)計報告要求1 .簡述設(shè)計目的及原理。2 .完成設(shè)計中要求的各種理論推導(dǎo)和計算，并列出相應(yīng)的MATLA能序。3 .繪出設(shè)計中要求的各種曲線，并作出說明。4 .結(jié)合設(shè)計過程，歸納得出結(jié)論，并分析設(shè)計中遇到的問題及解決思路和方法。5 .寫出設(shè)計體會。6 .簡要回答如下思考題：(1) 對比設(shè)方t內(nèi)容2中(1)(2)(3)的圖，說明補零DF硒作用。(2)解釋設(shè)計內(nèi)容3中|Xi(ej叫S圖和|X2(ek0)|S圖有什么區(qū)別？補零DFT能否提高信號的頻譜分辨率，說明提

9、高頻譜密度、頻譜分辨率的措施各是什么？設(shè)計二有噪聲情況下信號幅度譜的研究一、設(shè)計目的1 .了解并掌握白噪聲的產(chǎn)生方法。2 .了解并掌握正弦信號及白噪聲信號的相關(guān)函數(shù)求法。二、設(shè)計任務(wù)與要求1 .仿真在正弦信號加白噪聲情況下，求其幅度譜及相關(guān)函數(shù)。2 .用MATLABm言編程來實現(xiàn)，在做課程設(shè)計前，應(yīng)查閱信號去噪的相關(guān)理論知識，熟悉MATLAB言，獨立編寫程序。三、設(shè)計內(nèi)容1 .編寫產(chǎn)生均勻分布白噪聲序列的M函數(shù)文件drand.m。2 .編寫計算序列x(n)的自相關(guān)序列的M函數(shù)文件dcor.m。3 .編寫m程序文件，分析含噪信號的相關(guān)函數(shù)及功率密度譜。四、設(shè)計報告要求1 .簡述設(shè)計目的及原理。2

10、 .完成設(shè)計中要求的各種理論推導(dǎo)和計算，并列出相應(yīng)的MATLAB序。3 .繪出設(shè)計中要求的各種曲線，并作出說明。4 .列出白噪聲序列的主要特性，并對實驗結(jié)果進行分析和比較。5 .結(jié)合設(shè)計過程，歸納得出結(jié)論，并分析設(shè)計中遇到的問題及解決思路和方法。6 .寫出設(shè)計體會。7 .簡要回答如下思考題：（1）分析白噪聲的特點，白噪聲有哪些主要參數(shù)?如何調(diào)整隨機序列的輸出平均率和平均值?（2）計算正弦信號的平均功率、功率密度譜和自相關(guān)函數(shù)？當(dāng)截取的點數(shù)N為正弦信號周期的整數(shù)倍時，會有什么結(jié)果?（3）設(shè)計中應(yīng)當(dāng)如何正確選擇點數(shù)？設(shè)計三取樣信號的混疊現(xiàn)象研究一、設(shè)計目的1. 了解線性調(diào)頻信號的特點。2. 加深理

11、解取樣頻率與取樣信號混疊現(xiàn)象之間的關(guān)系。二、設(shè)計任務(wù)與要求學(xué)習(xí)如彳S利用MATLAESi數(shù)播放信號的聲音。三、設(shè)計內(nèi)容1 .取chirp的參數(shù)為f1=4kHz,科=600kHz/s,少可以取任意值。如果chirp的持續(xù)時間是50ms,確定chirp掃頻所覆蓋的頻率范圍。2 設(shè)取樣頻率fs=8kHz，分別用函數(shù)stem和plot畫出chirp的離散時間樣點。由于chirp的掃頻帶寬超出了取樣頻率，因此有混疊發(fā)生。3 從chirp的離散波形中可以看出，在某些時間點頻率明顯很低，將chirp信號分隔成一定時間段的信號，事實上這些點的瞬時頻率正好過零點。從波形圖中確定這些點時間值，并驗證在這些點處正好

12、發(fā)生掃頻混疊現(xiàn)象。4 .聽混疊信號的聲音。如果你的計算機有聲卡，就可以利用MATLAE數(shù)sound.m聽到前面產(chǎn)生的chirp信號的有趣聲音。為了聽音，信號的持續(xù)時間應(yīng)為2s左右。5 .對于被采樣的正弦信號，以200ms為一個時間段，將10段具有微小頻率變化的正弦信號連接到一起組成一個信號，就可以聽到2s的聲音。6 .對于chirp信號，持續(xù)時間必須大于50ms,因此需要重新調(diào)整參數(shù)科。使得在掃頻范圍內(nèi)只有少數(shù)幾個混疊。對于2s的chirp要通過5個混疊點，如何確定參數(shù)科？注意的取值依賴于聲卡D/A的采樣率。四、設(shè)計報告要求1. 簡述設(shè)計目的及原理。2. 完成設(shè)計并繪出設(shè)計中的各種曲線,并作出

13、說明。3. 回答設(shè)計中的問題，并對選擇不同參數(shù)的結(jié)果進行分析。4. 寫出設(shè)計體會。設(shè)計四離散時間系統(tǒng)頻域分析、設(shè)計目的1 .學(xué)習(xí)離散時間系統(tǒng)頻率特性的計算方法。2 .深刻理解離散時間系統(tǒng)頻率特性與濾波特性的關(guān)系。3 .掌握離散時間系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)、系統(tǒng)零極點及系統(tǒng)頻率特性間的關(guān)系。二、設(shè)計任務(wù)與要求1用MATLAB語言編程分析數(shù)字濾波器的各種濾波特性及其與濾波特性相關(guān)的參數(shù)。4 .在做課程設(shè)計前，必須充分預(yù)習(xí)相關(guān)理論知識，熟悉MATLAB語言，獨立編寫程序。三、設(shè)計內(nèi)容1 .用MATLAB語言編寫計算N階差分方程所描述系統(tǒng)頻響函數(shù)H(e儂)的m函數(shù)文件fr.m。2 .根據(jù)頻響特性與系統(tǒng)零極點的關(guān)

14、系，自己構(gòu)造一個N階差分方程，使該差分方程為數(shù)字低通濾波器。利用MATLAB程序畫出相應(yīng)的幅頻圖|H(e毆)CO。3 .改變2.中差分方程的系數(shù)，使該差分方程分別為數(shù)字高通及全通濾波器。利用MATLAB程序畫出相應(yīng)的幅頻圖|H(ej)|切。四、設(shè)計報告要求1 .簡述設(shè)計目的及原理。2 .完成設(shè)計中要求的各種理論推導(dǎo)和計算，并列出相應(yīng)的MATLAB1序。3 .繪出設(shè)計中要求的各種曲線，并作出說明。4 .結(jié)合設(shè)計過程，歸納得出結(jié)論，并分析設(shè)計中遇到的問題及解決思路和方法。5 .寫出設(shè)計體會。6 .簡要回答如下思考題：(1)你所構(gòu)造的數(shù)字濾波器是IIR還是FIR?試畫出該濾波器的運算結(jié)構(gòu)圖。(2)解

15、釋系統(tǒng)參數(shù)、系統(tǒng)零極點與系統(tǒng)頻響特性的關(guān)系。(3)說明在數(shù)字域上如何定義高通、低通、帶通、全通濾波器。設(shè)計五用雙線性變換法設(shè)計IIR數(shù)字濾波器一、設(shè)計目的1 .熟悉IIR數(shù)字濾波器的原理與方法。2 .掌握數(shù)字濾波器的計算機仿真方法。3 .通過觀察對實際心電圖信號的濾波作用，獲得數(shù)字濾波的感性知識。二、設(shè)計任務(wù)與要求1 .用MATLAB語言編程來實現(xiàn)用雙線性變換法設(shè)計IIR數(shù)字濾波器。2 .用所設(shè)計的濾波器對實際心電圖信號采樣序列(在本設(shè)計后面給出)進行仿真濾波處理，并分別打印出濾波前后的心電圖信號波形圖，觀察總結(jié)濾波作用與效果。3 .在做課程設(shè)計前，復(fù)習(xí)有關(guān)巴特沃斯模擬濾波器設(shè)計和用雙線性變換

16、法設(shè)計IIR數(shù)字濾波器的內(nèi)容，熟悉MATLAB語言，獨立編寫程序。三、設(shè)計內(nèi)容1 .用雙線性變換法設(shè)計一個巴特沃斯低通IIR數(shù)字濾波器。設(shè)計指標(biāo)參數(shù)為：在通帶內(nèi)頻率低于0.2兀時，最大衰減小于1dB;在阻帶內(nèi)0.3%,兀頻率區(qū)間上最小衰減大于15dB。2 .以0.02兀為采樣間隔，打印出數(shù)字濾波器在頻率區(qū)間0,兀/2上的幅頻響應(yīng)特性曲線H(e&)。3 .用所設(shè)計的濾波器對實際心電圖信號采樣序列(在后面給出)進行仿真濾波處理，并分別打印出濾波前后的心電圖信號波形圖，觀察總結(jié)濾波作用與效果。四、設(shè)計報告要求1 .簡述設(shè)計目的及原理。2 .完成設(shè)計中要求的各種理論推導(dǎo)和計算，并列出相應(yīng)的MATLAB

17、序3 .繪出設(shè)計中要求的各種曲線，并作出說明4 .對比濾波前后的心電圖信號波形，說明數(shù)字濾波器的濾波過程與濾波作用。5 .結(jié)合設(shè)計過程，歸納得出結(jié)論，并分析設(shè)計中遇到的問題及解決思路和方法，寫出設(shè)計體會6 .簡要回答如下思考題：21Z用雙線性變換法設(shè)計數(shù)字濾波器過程中，變換公式s=-11中T的取值，對設(shè)計結(jié)T1Z果有無影響？為什么？心電圖信號采樣序列z(,z)人體心電圖信號在測量過程中往往受到工業(yè)高頻干擾，所以必須經(jīng)過低通濾波處理后，才能作為判斷心臟功能的有用信息。下面給出一實際心電圖信號采樣序列樣本z(行)，其中存在高頻干擾。在實驗中，以z(,z)作為輸入序列，濾除其中的干擾成分。(x(n)

18、=(4,一2,O,一4,一6,一4,一2,一4,一6,一6,38,4,4,6,6,2,6,12,8,0,16,一60,一84,一90,一66,一32,10,6,6,6,4,O4,O,O,O,一2,一2,O)一4,一2,4,8,12,12,0,O,O,O,一2,一O,O,2,2,2,2,設(shè)計六雙音多頻撥號音編解碼系統(tǒng)一、設(shè)計目的本設(shè)計是一個綜合設(shè)計，目的在于了解IIR系統(tǒng)、譜分析方法以及濾波器的設(shè)計和具體應(yīng)用。二、設(shè)計任務(wù)與要求一個雙音多頻電話機(DTMFdualtonemulti-frequencytouch-tonephone)可以對16個按鍵編碼，每個碼都是兩個單頻正弦之和。這兩個單頻正弦

19、信號分別來自兩個頻率組，即列頻率組(或稱低頻群)與行頻率組(或稱高頻群)，它們與每個按鍵的對應(yīng)關(guān)系如下表所示：群低頻群1209Hz1336Hz1447Hz1633Hz23A769HHz456B852Hz789C*0#DH?DTMFg收機通過接收到的雙音信號的頻譜，再現(xiàn)每個按鍵所對應(yīng)的兩個頻率,從而確認(rèn)被發(fā)送的電話號碼。DTM或號音編解碼系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)要求如下：(1)采樣頻率：8kHz。(2)傳輸速率：10個數(shù)字/秒，或每個數(shù)字100ms(3)信號存在的時間t必須滿足45ms&t55ms100ms里的其余時間是無聲區(qū)。(4)高頻分量電平不能小于低頻分量電平，且電平差不大于2dB土ldB。(5)對

20、于給定的撥號頻率，允許的頻率偏移為3%。設(shè)計任務(wù)：(1)DTMF撥號音編碼系統(tǒng)。(2)DTMF撥號音解碼系統(tǒng)。方法一：頻譜分析法。方法二：帶通濾波法。三、設(shè)計內(nèi)容1 .設(shè)計數(shù)字波形發(fā)生器。2 .設(shè)計頻譜分析器。3 .設(shè)計帶通濾波器。4 .產(chǎn)生DTMF言號，并顯示時域和頻域波形。5 .由DTMF言號解出按鍵數(shù)字，并顯示時域和頻域波形以及按鍵數(shù)字。確定設(shè)計參數(shù)：(1)根據(jù)技術(shù)指標(biāo)確定DTMF言號的最小頻率分辨率。(2)定譜分析的最小截斷長度和截斷窗函數(shù)。(3)根據(jù)兩個頻率組的頻率差，確定各帶通濾波器的截止頻率和帶寬。(4)設(shè)定各單頻信號的幅度。(5)設(shè)定各帶通濾波器的檢測門限。編寫程序：(1)編寫

21、用IIR系統(tǒng)產(chǎn)生余弦振蕩波形的函數(shù)wagener.m。(2)編寫產(chǎn)生DTMF言號的函數(shù)DTMF.m(3) 編寫帶通濾波器函數(shù)BandpIIR.m或bandpFIR.m并輸出其階數(shù)或抽頭數(shù)。(4)編寫接收DTMF言號的函數(shù)Receiv.m,并顯示解碼結(jié)果，即按鍵數(shù)字。(5) 設(shè)計撥號鍵盤、電話號碼顯示、時域和頻域波形顯示的用戶圖形界面，并控制完整的撥號、識別過程。四、設(shè)計報告要求1 .簡述設(shè)計目的及原理。2 .完成設(shè)計中要求的各種理論推導(dǎo)和計算，并列出相應(yīng)的MATLAB序。3 .計算設(shè)計參數(shù)，列出完整的設(shè)計程序和實驗結(jié)果。4 .結(jié)合設(shè)計過程，歸納得出結(jié)論，并分析設(shè)計中遇到的問題及解決思路和方法，

22、寫出設(shè)計體會。5 .簡要回答如下思考題：(1)整個系統(tǒng)所需的運算量和存儲器的占用量是多少？(2)比較DTM激號音解碼系統(tǒng)中兩種方法各自的特點。(3)如果用濾波法解碼，采用IIR濾波器和FIR濾波器有什么區(qū)別？(4)波形發(fā)生器的零極點分布特點是什么？(5)你設(shè)計的DTM撥號音編解碼系統(tǒng)能用什么規(guī)模的處理器實現(xiàn)？為了降低成本，你將如何優(yōu)化你的設(shè)計？設(shè)計七用凱塞窗設(shè)計線性相位帶通FIR濾波器、設(shè)計目的1 .了解凱塞窗的特點，凱塞窗是對于給定的阻帶衰減，使主瓣具有最大能量意義下的最佳窗函數(shù)，因此具有最陡的過渡帶。2 .掌握利用窗函數(shù)法設(shè)計線性相位FIR數(shù)字帶通濾波器的原理和方法。、設(shè)計任務(wù)與要求1 .

23、學(xué)會計算濾波器各項性能指標(biāo)及如何來滿足給定的指標(biāo)要求。2 .用MATLAB語言編程實現(xiàn)給定指標(biāo)要求的濾波器的設(shè)計。3 .熟悉MATLAB語言，獨立編寫程序。4 .設(shè)計帶通FIR濾波器的指標(biāo)：通帶允許起伏-1dB,6=0.31,6n2=0.5npp阻帶衰減-40dB,8s1=0.15n，os2=0.65!三、設(shè)計內(nèi)容5 .編寫計算理想帶通濾波器單位抽樣響應(yīng)hd(n)的M函數(shù)文件dbp.m。6 .編寫計算凱塞窗函數(shù)Wk(n)的m函數(shù)文件kwind.m。7 .編寫.m程序文件，通過調(diào)用dbp.m和kwind.m文件。四、設(shè)計報告要求1 .簡述設(shè)計目的及原理。2 .列出本設(shè)計編寫的所有文件及各項結(jié)果(

24、包括數(shù)據(jù)、曲線)，并加注必要的說明。3 .寫出計算理想帶通濾波器單位抽樣響應(yīng)hd(n)的方法。4 .對給定指標(biāo)要求的帶通濾波器，理論計算用凱塞窗設(shè)計所需的濾波器長度腳口形狀參數(shù)3。5 .分析設(shè)計結(jié)果及設(shè)計中存在的問題，寫出設(shè)計體會。6 .簡要回答如下思考題：(1)窗函數(shù)有哪些指標(biāo)要求？(2)用窗函數(shù)法設(shè)計FIR濾波器時，濾波器的過渡帶寬度和阻帶衰減各與哪些因素有關(guān)？(3)計算理想帶通濾波器單位抽樣響應(yīng)hd(n)時取財奇數(shù)和N為偶數(shù)有沒有區(qū)別？你計算時所用的方法是僅適合于N奇數(shù)(設(shè)計要求)，還是兩種都可以用？(4)凱塞窗窗函的3參數(shù)一般選取范圍是多少？的大小對窗函數(shù)的形狀以及頻譜有何影響？設(shè)計八

25、用窗函數(shù)法設(shè)計FIR數(shù)字低通濾波器、設(shè)計目的1 .熟悉設(shè)計線性相位數(shù)字濾波器的一般步驟。2 .掌握用窗函數(shù)法設(shè)計FIR數(shù)字濾波器的原理和方法。3 .熟悉各種窗函數(shù)的作用以及各種窗函數(shù)對濾波特性的影響。4 .學(xué)會根據(jù)指標(biāo)要求選取合適的窗函數(shù)。二、設(shè)計任務(wù)與要求1 .學(xué)會計算濾波器各項性能指標(biāo)及如何來滿足給定的指標(biāo)要求。2 .用MATLAB語言編程實現(xiàn)給定指標(biāo)要求的濾波器的設(shè)計。3 .熟悉MATLAB語言，獨立編寫程序。4 .設(shè)計低通FIR濾波器的指標(biāo)：通帶最大波動RP=0.25dB，p=02阻帶最小衰減入=50dB,他二0守三、設(shè)計內(nèi)容1 .熟悉各種窗函數(shù)，在MATLA瑜令窗下瀏覽各種窗函數(shù)，繪

26、出(或打印)所看到的窗函數(shù)圖。2 .編寫計算理想低通濾波器單位抽樣響應(yīng)hd(n)的m函數(shù)文件ideal.m)3 .編寫計算N階差分方程所描述系統(tǒng)頻響函數(shù)H(ej0)的m函數(shù)文件fr.m。4 .根據(jù)指標(biāo)要求選擇窗函數(shù)的形狀與長度No(至少選擇兩種符合要求的窗函數(shù)及其對應(yīng)的長度)。5 .編寫.m程序文件，通過調(diào)用ideal.m和fr.m文件，計算你設(shè)計的實際低通FIR濾波器的單位抽樣響應(yīng)h(n)和頻率響應(yīng)H(ej8),打印在頻率區(qū)間O,兀上的幅頻響應(yīng)特性曲線|H(ej)|切，幅度用分貝表示。6 .驗證所設(shè)計的濾波器是否滿足指標(biāo)要求。四、設(shè)計報告要求1. 簡述設(shè)計目的及原理。2. 完成設(shè)計中要求的各

27、種理論推導(dǎo)和計算，并列出相應(yīng)的MATLAB(程序。3. 繪出(或打印)設(shè)計中要求的各種曲線及數(shù)據(jù),并作出說明。4. 將你所設(shè)計的濾波器的技術(shù)指標(biāo)計算出來，并與給定的指標(biāo)作比較，歸納得出結(jié)論。5. 寫出設(shè)計體會。6. 簡要回答如下思考題：(1) 設(shè)計線性相位數(shù)字濾波器的一般步驟。(2) 窗函數(shù)有哪些指標(biāo)要求?對給定指標(biāo)要求的低通濾波器，理論計算所需窗函數(shù)的長度N。(3) 用窗函數(shù)法設(shè)計FIR濾波器，濾波器的過渡帶寬度和阻帶衰減與哪些因素有關(guān)？(4)計算理想帶通濾波器單位抽樣響應(yīng)hd(n)時取N為奇數(shù)和N為偶數(shù)有沒有區(qū)別?你計算時所用的方法是僅適合于N為奇數(shù)或偶數(shù)的一種還是兩種都可以用？(5)比較

28、所選窗長N相同但窗形狀不同對濾波器設(shè)計結(jié)果的影響以及選同一種窗函數(shù)但窗長N不同時對濾波器設(shè)計結(jié)果的影響，將結(jié)論寫在報告中。附錄二：MATLA漪介本課程設(shè)計是以MATLAB言程序用法為基礎(chǔ)，在MATLA碑境下完成各項設(shè)計內(nèi)容。下面介紹MATLAB言及其用法。(一)MATLABg言概述1、MATLABg言的發(fā)展MATLA的言是由美國的CleverMoler博士于1980年開發(fā)的，設(shè)計者的初衷是為解決“線性代數(shù)”課程的矩陣運算問題，取名MATLA由口MatrixLaboratory矩陣實驗室的意思。MATLASB經(jīng)不僅僅是一個“矩陣實驗室”了，它集科學(xué)計算、圖象處理；聲音處理于一身，并提供了豐富的W

29、indows圖形界面設(shè)計方法。MATLAB言是功能強大的計算機高級語言，它以超群的風(fēng)格與性能風(fēng)靡全世界，成功地應(yīng)用于各工程學(xué)科的研究領(lǐng)域。MATLABB美國已經(jīng)作為大學(xué)工科學(xué)生必修的計算機語言之一(C、FOR-TRANASSEMBLERMATLAB)近年來，MATLA的言已在我國推廣使用，現(xiàn)在已應(yīng)用于各學(xué)科研究部門和許多高等院校。2、MATLAB在各領(lǐng)域做什么工業(yè)研究與開發(fā)；數(shù)學(xué)教學(xué)，特別是線性代數(shù)；數(shù)值分析和科學(xué)計算方面的教學(xué)與研究；電子學(xué)、控制理論和物理學(xué)等工程和科學(xué)學(xué)科方面的教學(xué)與研究；經(jīng)濟學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)等計算問題的所有其他領(lǐng)域中的教學(xué)與研究，等等。3、MATLAB言的功能強大的數(shù)值(

30、矩陣)運算功能；廣泛的符號運算功能；高級與低級兼?zhèn)涞膱D形功能(計算結(jié)果的可視化功能)；可靠的容錯功能；應(yīng)用靈活的兼容與接口功能；信息量豐富的聯(lián)機檢索功能。(二)MATLAB勺程序設(shè)計MATLA的言稱為第四代編程語言，程序簡潔、可讀性很強而且調(diào)試十分容易。m文件簡介：用戶如想靈活應(yīng)用matlab去解決實際問題，充分調(diào)用matlab的科學(xué)技術(shù)資源，就需要編輯m文件。包含matlab語言代碼的文件稱為m文件，其擴展名為編輯m文件可使用各種文本編輯器。1 、matlab的工作模式窗口+m文件窗口。(1)指令驅(qū)動模式通常matlab以指令驅(qū)動模式工作，即在matlab窗口下當(dāng)用戶輸入單行指令時，matl

31、ab立即處理這條指令，并顯示結(jié)果，這就是matlab命令行方式。命令行操作時，matlab窗口只允許一次執(zhí)行一行上的一個或幾個語句。2 2)m文件模式將matlab語句構(gòu)成的程序存儲成以m為擴展名的文件，然后再執(zhí)行該程序文件，這種工作模式稱為程序文件模式。程序文件不能在指令窗口下建立，因為指令窗口只允許一次執(zhí)行一行上的一個或幾個語句。2、m文件的創(chuàng)建m文件的類型是普通的文本文件，我們可以使用系統(tǒng)認(rèn)可的文本文件編輯器來建立m文件。如dos下的edit，windows的記事本和word等。3 、matlab文件的類型(1) 數(shù)據(jù)文件(mat)mat文件是matlab以標(biāo)準(zhǔn)二進制格式保存的數(shù)據(jù)文件，

32、可將工作空間中有用的數(shù)據(jù)變量保存下來。mat文件的生成和調(diào)用是由函數(shù)save和load完成的。(2)m文件m文件的語法類似于c語言，但又有其自身特點。它只是一個簡單的ASCII碼文本文件，執(zhí)行程序時逐行解釋運行程序，matlab是解釋性的編程語言。m文件有兩類獨立的m文件：命令文件和函數(shù)文件。函數(shù)文件為可調(diào)用的m文件，即簡單的m文件；命令文件實際上是一串指令的集合，與在命令窗口逐行執(zhí)行文件中的所有指令，其結(jié)果是一樣的。沒有輸入輸出參數(shù)。命令文件包括兩部分：注釋文件和程序文件。(3)matlab內(nèi)置函數(shù)文件matlab自定義的函數(shù)文件稱內(nèi)置函數(shù)文件。調(diào)用內(nèi)置函數(shù)的方法：使用函數(shù)名并給出相應(yīng)的入口

33、、出口參數(shù)即可。(4)函數(shù)m文件需要輸入變量，返回輸出變量。matlab用戶可以根據(jù)需要編輯自己的m文件，它們可以像庫函數(shù)一樣方便的調(diào)用，從而極大地擴展了matlab的能力。對于某一類特殊問題，如創(chuàng)建了許多m函數(shù)文件，則可形成新的工具箱。這種用matlab語言創(chuàng)建定義新的matlab函數(shù)的功能，正體現(xiàn)了matlab語言強大的擴展功能。函數(shù)m文件的格式：function返回變量=函數(shù)名(輸入變量)注釋說明語句段程序語句段(三)MATLAB巨陣運算1、矩陣的輸入在命令窗口中輸入 a=1;b=2;c=3; x=5bc;a*ba+cc/bx=5.0002.0003.0002.0004.0001.500

34、語句生成用線性等間距生成向量矩陣(start:step:end)a=1:2:10a=13579一些常用的特殊矩陣單位矩陣：eye(m,n);eye(m)零矩陣：zeros(m,n);zeros(m)一矩陣：ones(m,n);ones(m)對角矩陣：對角元素向量V=a1,a2,anA=diag(V)隨機矩陣：rand(m,n)產(chǎn)生一個mxn的均勻分別的隨機矩陣2、矩陣的運算轉(zhuǎn)置。對于實矩陣用()符號或(.)求轉(zhuǎn)置結(jié)果是一樣的；然而對于含復(fù)數(shù)的矩陣，則()將同時對復(fù)數(shù)進行共軛處理，而(.)則只是將其排列形式進行轉(zhuǎn)置。四則運算與冪運算。逆矩陣與行列式計算。求逆inv(A)。求行列式det(A)。(四)繪圖簡介MATLA邈供了豐富的繪圖功能：helpgraph2d可得到所有畫二維圖形的命令。helpgraph3d可得到所有畫三維圖形的命令。下面介紹常用的二維圖形命令。1、基本的繪圖命令plot(x1,y1,option1,x2,y2,option2,)。x1,y1給出的數(shù)據(jù)分別為x,y