2011信與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)

1、信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)一熟悉Matlab軟件環(huán)境一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模菏煜atlab函數(shù)創(chuàng)建、基本計(jì)算及繪圖。二、試驗(yàn)內(nèi)容及要求：編制Matlab程序，實(shí)現(xiàn)以下內(nèi)容1 熟悉變量、矩陣及創(chuàng)建矩陣、向量等基本概念；創(chuàng)建基本矩陣函數(shù)：n=3、m=2ones(n,m)，zeros(n,m)，rand(n,m)，randn(n,m)，eye(n)2 創(chuàng)建函數(shù)：求10個(gè)數(shù)值的平均值、總和。3 繪制圖形：y=sint、y=exp(-0.1*t)*sin(t+1)三、實(shí)驗(yàn)步驟：打開(kāi)電腦，雙擊桌面Matlab程序圖標(biāo)，打開(kāi)文件菜單，點(diǎn)擊新建M文件，在M文件編輯器中編寫程序，編寫完畢后按F5鍵運(yùn)行調(diào)試。編寫函數(shù)時(shí)注意以

2、下幾點(diǎn)：.擴(kuò)展名為.m;.函數(shù)必須以關(guān)鍵字“functio開(kāi)頭；.函數(shù)文件的第一行為函數(shù)說(shuō)明語(yǔ)句：function返回參數(shù)1，返回參數(shù)2，=函數(shù)名(傳入?yún)?shù)1，).函數(shù)文件保存的文件名應(yīng)與用戶定義的函數(shù)名一致，并且函數(shù)名不能與Matlab自帶的函數(shù)名一致。四、試驗(yàn)報(bào)告：試驗(yàn)?zāi)康?、?nèi)容、步驟、程序、圖形(可打印)等。附錄%試驗(yàn)一,內(nèi)容1A=ones(3,2)B=zeros(3,2)C=rand(3,2)D=randn(3,2)E=eye(3)%試驗(yàn)一,內(nèi)容2x=input('x=')y,z=qiuhe(x);%函數(shù)見(jiàn)qiuhe.mfprintf('N個(gè)數(shù)總和為')

3、,yfprintf('N個(gè)數(shù)平均為'),z%試驗(yàn)一,內(nèi)容3t=0:0.1:30;y1=sin(t);y2=exp(-0.1.*t).*sin(t+1);subplot(2,1,1),plot(t,y1),grid;title('正弦信號(hào)');subplot(2,1,2),plot(t,y2),grid;title('衰減正弦信號(hào)');functiony,z=qiuhe(x)m,n=size(x);y=sum(x);z=sum(x)/n;functionr=polyadd(p,q)lp=length(p);lq=length(q);k=lp-lq;

4、ifk>=0r=p+zeros(1,k),q;elser=zeros(1,-k),p+q;end16試驗(yàn)二連續(xù)系統(tǒng)的時(shí)域分析一、試驗(yàn)?zāi)康模菏煜ふ莆绽肕atlab產(chǎn)生基本連續(xù)時(shí)間信號(hào)及時(shí)域分析方法。二、試驗(yàn)內(nèi)容及要求：編制Matlab程序，實(shí)現(xiàn)以下內(nèi)容1利用信號(hào)處理工具箱提供函數(shù)生成單位沖激函數(shù)、單位階躍函數(shù)、三角波、方波。2已知描述系統(tǒng)的微分方程和初始狀態(tài)如下，求其零輸入響應(yīng)。(1) y''(t)+5y'(t)+6y(t)=f(t);y(O_)=l,y'(O_)=-l;(2) y'、'(t)+4y1'(t)+5y'(t)+

5、2y(t)=f(t),y(0_)=0,y'(0_)=-1,y、(0)=-1；d2ydy3某LTI系統(tǒng)的微分方程為+2+8y二x(t)，求沖激響應(yīng)；dt2dt若輸入為x(t)=cos(0.1t)，求其零狀態(tài)響應(yīng)。三、實(shí)驗(yàn)步驟：打開(kāi)電腦，雙擊桌面Matlab程序圖標(biāo)，打開(kāi)文件菜單，點(diǎn)擊新建M文件，在M文件編輯器中編寫程序，編寫完畢后按F5鍵運(yùn)行調(diào)試。四、實(shí)驗(yàn)原理：對(duì)任何系統(tǒng)依據(jù)產(chǎn)生系統(tǒng)響應(yīng)的原因可以將完全響應(yīng)分解為零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)兩個(gè)分量，系統(tǒng)完全響應(yīng)=零輸入響應(yīng)+零狀態(tài)響應(yīng)，即r(t)=r.(t)+r(t)，其中r.(t)為零輸入響應(yīng)；r(t)為零狀態(tài)響應(yīng)。zizszizsdndt

6、ndn1r(t)+Cr(t)+zi1dtn1zi零輸入響應(yīng)：沒(méi)有外加激勵(lì)信號(hào)的作用，只由起始狀態(tài)(t=0)產(chǎn)生的響應(yīng)，滿足：+C£r(t)+Cr(t)二0n1dtzinzi及起始狀態(tài)r(k)(0)(k=0,l,2,.,n-l)的解；它是齊次解中的一部分：rzi(t)=乙Azikeakt,由于沒(méi)有外界激勵(lì)，系統(tǒng)狀態(tài)不會(huì)發(fā)生變化，即:r(k)(O_)=r(k)(O+)k=1零狀態(tài)響應(yīng)：不考慮起始時(shí)刻(t=0)系統(tǒng)儲(chǔ)能的作用，僅由系統(tǒng)的外加激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生響應(yīng)，滿足：dndn-1dCr(t)+Cr(t)+Cr(t)+Cr(t)0dtnzs1dtn-1zsn-1dtzsnzsdmdm-1d=Ee

7、(t)+Ee(t)+Ee(t)+Ee(t)0dtm1dtm-1m-1dtm及起始狀態(tài)r(k)(0)=0(k=0,l,.,n-1)的解；它是由特解和一部分齊次解構(gòu)成：r(t)=yAeakt+B(t)zszskk=1零狀態(tài)響應(yīng)也可由卷積的方法得出：r(t)=e(t)*h(t)zs五、試驗(yàn)報(bào)告：試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包含以下內(nèi)容試驗(yàn)?zāi)康?、?nèi)容、步驟、原理、程序、圖形(可打印)等。附錄%試驗(yàn)二,內(nèi)容1%產(chǎn)生單位沖激信號(hào)clearall;t0=0;t1=1;dt=0.05;t=0:0.05:5;st=length(t);n1=floor(t1-t0)/dt);x1=zeros(1,st);x1(n1)=1/dt;s

8、ubplot(4,1,1),stairs(t-0.95,x1),grid;axis(-1,4,-1,22)%產(chǎn)生單位階躍信號(hào)x2=zeros(1,n1-1),ones(1,st-n1+1);subplot(4,1,2),stairs(t-0.95,x2),grid;axis(-1,4,-0.1,1.1)%產(chǎn)生周期的三角波clearall;t=-4*pi:0.01:4*pi;a=sawtooth(t,0.5);subplot(4,1,3),plot(t,a),axis(-4*pi,4*pi,-1.1,1.1),grid;%產(chǎn)生周期的方波b=square(t,50);subplot(4,1,4),

9、plot(t,b),axis(-4*pi,4*pi,-1.1,1.1),grid;%實(shí)驗(yàn)二，內(nèi)容2a=input('輸入分母系數(shù)向量a=al,a2,.=');n=length(a)-1;y0=input('輸入初始條件向量yO=yO,dyO,.=');p=roots(a);v=rot90(vander(p);c=v/y0;dt=0.2;tf=8;t=0:dt:tf;y=zeros(l,length(t);fork=l:ny=y+c(k)*exp(p(k)*t);end;plot(t,y),grid;%實(shí)驗(yàn)二，內(nèi)容3a=input('輸入多項(xiàng)式分母系數(shù)向量

10、a=a1,a2,.=');b=input(輸入多項(xiàng)式分子系數(shù)向量b=b1,b2,.=');u=input('輸入信號(hào)u(t)=');dt=0.2;tf=8;t=0:dt:tf;r,p,k=residue(b,a);h=zeros(1,length(t);fori=1:length(a)-1;h=h+r(i)*exp(p(i)*t);endsubplot(2,1,1),plot(t,h),grid;title('沖激響應(yīng)')；y=conv(u,h);subplot(2,1,2),plot(t,y(1:length(t),grid;title(

11、9;零狀態(tài)響應(yīng)');試驗(yàn)三連續(xù)系統(tǒng)的頻域分析一、試驗(yàn)?zāi)康模悍治龈道锶~級(jí)數(shù)以及利用傅氏變換研究信號(hào)頻譜。二、試驗(yàn)內(nèi)容及要求：編制Matlab程序，實(shí)現(xiàn)以下內(nèi)容1傅氏級(jí)數(shù):將周期為T=2兀,幅度為1的對(duì)稱方波分解為多次正弦波之和，用Matlab演示諧波合成情況。(取到7次諧波)2利用Matlab分析矩形脈沖信號(hào)的頻譜；求f(t)=u(t+0.5)-u(t-0.5)的傅立葉變換三、實(shí)驗(yàn)步驟:打開(kāi)電腦，雙擊桌面Matlab程序圖標(biāo)，打開(kāi)文件菜單，點(diǎn)擊新建M文件，在M文件編輯器中編寫程序，編寫完畢后按F5鍵運(yùn)行調(diào)試。四、實(shí)驗(yàn)原理:傅式級(jí)數(shù)所選項(xiàng)數(shù)越多，相加后波形越逼進(jìn)原信號(hào)，二者方均誤差越小；當(dāng)

12、信號(hào)是脈沖信號(hào)時(shí)，其高頻分量主要影響脈沖的跳變沿，低頻分量主要影響脈沖的頂部，即信號(hào)波形變化越劇烈，包含的高頻成分越豐富；變化越緩慢，包含的低頻成分越豐富；當(dāng)信號(hào)中任一頻譜分量的幅度或相位發(fā)生相對(duì)變化時(shí)，輸出波形一般要發(fā)生失真。傅立葉變換對(duì):F(®)=f(t)eTotdt傅立葉正變換;gf(t)二1貯fGoL®td®2兀g傅立葉逆變換，簡(jiǎn)寫fG)oFeo)傅立葉變換的物理意義在于信號(hào)可分解為無(wú)窮多個(gè)幅度為無(wú)窮小的連續(xù)指數(shù)信號(hào)d“I之和,整個(gè)頻域-8T8由于幅度無(wú)窮小，所以頻譜不能再用幅度表示，而改用密度函數(shù)表示。五、試驗(yàn)報(bào)告要求：試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包含以下內(nèi)容試驗(yàn)?zāi)康?、?nèi)

13、容、步驟、原理、程序、圖形(可打印)等附錄%實(shí)驗(yàn)三，內(nèi)容1functionh=my301(a);t=0:0.01:2*pi;nn=a;y1=0;fori=1:nn;xb=i*2-1;subplot(2,1,1),y=sin(xb*t)/xb;plot(t,y),grid,holdon;title('對(duì)稱方波傅式級(jí)數(shù)');subplot(2,1,2)y1=y1+y;endplot(t,y1),gridh=0;%實(shí)驗(yàn)三，內(nèi)容2clear,tf=1;N=256;dt=1/N;t=-N+1:N*dt;f=zeros(1,N/2),ones(1,N),zeros(1,N/2);wf=50

14、;nf=64;w1=linspace(0,wf,nf);dw=wf/(nf-1);f1=f*exp(-j*t'*w1)*dt;w=-fliplr(w1),w1(2:nf);f2=-fliplr(f1),f1(2:nf);subplot(l,2,l),plot(t,f,'linewidth',1.5),axis(-l,l,-0.1,l.l),grid;title('時(shí)域方波');subplot(l,2,2),plot(w,abs(f2),'linewidth',1.5),grid;title('方波頻譜')；試驗(yàn)四連續(xù)系統(tǒng)的

15、復(fù)頻域分析一、試驗(yàn)?zāi)康?觀察系統(tǒng)的零極點(diǎn)分布對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響以及系統(tǒng)的串并聯(lián)。2練習(xí)建立Simulink模型。二、試驗(yàn)內(nèi)容及要求：1編制Matlab程序，實(shí)現(xiàn)以下內(nèi)容：系統(tǒng)的串、并聯(lián)及反饋：兩個(gè)單入單出系統(tǒng)W=10(0鬆+»、w=一-一,A5s2+2s+1Bs(s+1)繪制出構(gòu)成串聯(lián)、并聯(lián)及反饋系統(tǒng)后的零極點(diǎn)分布圖，并判斷穩(wěn)定性。2試用Simulink建立上題兩系統(tǒng)串聯(lián)、并聯(lián)的模型；設(shè)輸入信號(hào)為階躍信號(hào)，用示波器觀察輸出。三、實(shí)驗(yàn)步驟：打開(kāi)電腦，雙擊桌面Matlab程序圖標(biāo)，打開(kāi)文件菜單，點(diǎn)擊新建M文件，在M文件編輯器中編寫程序，編寫完畢后按F5鍵運(yùn)行調(diào)試。點(diǎn)擊Simulink圖標(biāo)

16、，運(yùn)行仿真工具箱，在對(duì)話框中拖拽各模塊建立系統(tǒng)模型，完成之后按F5鍵運(yùn)行調(diào)試四、實(shí)驗(yàn)原理：根據(jù)系統(tǒng)函數(shù)極點(diǎn)的分布，可判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性(零點(diǎn)分布只影響原函數(shù)幅度和相位)。系統(tǒng)極點(diǎn)為一階極點(diǎn)時(shí)，極點(diǎn)位于s平面左側(cè)，h(t)收斂，系統(tǒng)穩(wěn)定；極點(diǎn)位于s平面右側(cè)，h(t)發(fā)散，系統(tǒng)不穩(wěn)定；極點(diǎn)位于s平面虛軸上，h(t)等幅振蕩，系統(tǒng)處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)。系統(tǒng)極點(diǎn)為二階極點(diǎn)時(shí)，極點(diǎn)位于s平面左側(cè)，h(t)收斂，系統(tǒng)穩(wěn)定；極點(diǎn)位于s平面右側(cè)或虛軸上，h(t)發(fā)散，系統(tǒng)不穩(wěn)定。LTIS互聯(lián)的系統(tǒng)函數(shù)：LTI系統(tǒng)的并聯(lián)：H(s)二H(s)+h2(s)LTI系統(tǒng)的級(jí)聯(lián)：H(s)二H(s)-H2(s)H(s)H(s)L

17、TI系統(tǒng)的反饋連接：(s)+h(s)H(s)12建立Simulink仿真框圖參見(jiàn)下圖例雙擊模塊可更改參數(shù))五、試驗(yàn)報(bào)告要求：試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包含以下內(nèi)容試驗(yàn)?zāi)康?、?nèi)容、步驟、原理、程序、圖形(可打印)等附錄%實(shí)驗(yàn)四，內(nèi)容1a%計(jì)算傳遞函數(shù)fA=5,10;gA=5,2,1;fB=4;gB=1,1,0;%串聯(lián)fh1=conv(fA,fB);gh1=conv(gA,gB);disp('串聯(lián)后傳遞函數(shù)')printsys(fh1,gh1,'s')%并聯(lián)fh2=polyadd(conv(fA,fB),conv(gA,gB);gh2=conv(gA,gB);disp('并

18、聯(lián)后傳遞函數(shù)')printsys(fh2,gh2,'s')%反饋后傳遞函數(shù)fh3=conv(fA,gB);gh3=polyadd(conv(fA,fB),conv(gA,gB);disp('反饋后傳遞函數(shù)')printsys(fh3,gh3,'s')%實(shí)驗(yàn)四，內(nèi)容1b%畫(huà)零極點(diǎn)圖num=input('輸入分子系數(shù)sum=al,a2,.=');den=input('輸入分母系數(shù)den=b1,b2,.=');z,p=tf2zp(num,den);zplane(z,p),grid試驗(yàn)五信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

19、：1、了解用Matlab實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制與解調(diào)的方法。2、利用仿真工具箱實(shí)現(xiàn)調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的框圖。二、試驗(yàn)內(nèi)容：1編制Matlab程序，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)制：將一低頻信號(hào)g（t）=cos5t進(jìn)行調(diào)制，載波頻率叫=100,并繪制頻譜圖。g（t）f（t）=g（t）cos®0t相乘COS®0t2利用Simulink建立內(nèi)容1中所示框圖的調(diào)制與解調(diào)模型（同步解調(diào)），并用示波器觀察各點(diǎn)的時(shí)域波形，繪制頻譜圖。三、實(shí)驗(yàn)步驟：打開(kāi)電腦，雙擊桌面Matlab程序圖標(biāo)，打開(kāi)文件菜單，點(diǎn)擊新建M文件，在M文件編輯器中編寫程序，編寫完畢后按F5鍵運(yùn)行調(diào)試。點(diǎn)擊Simulink圖標(biāo)，運(yùn)行仿真工具箱，在對(duì)話框

20、中拖拽各模塊建立系統(tǒng)模型，完成之后按F5鍵運(yùn)行調(diào)試四、實(shí)驗(yàn)原理：在通信系統(tǒng)中，信號(hào)從發(fā)射端傳輸?shù)浇邮斩耍瑸閷?shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸，往往要進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)。調(diào)制是將信號(hào)的頻譜搬移到任何所需的較高頻段上的過(guò)程。調(diào)制有很多種比如調(diào)幅分為振幅調(diào)制（AM）、抑制載波振幅調(diào)制（AM-SC）、單邊帶調(diào)制（SSB）、殘留邊帶調(diào)制（VSB）等，按控制載波的其他參數(shù)也有調(diào)頻（FM）與調(diào)相（PM）等。1、調(diào)制：我們這里介紹抑制載波振幅調(diào)制(AM-SC),將調(diào)制信號(hào)g(t)與載波信號(hào)cos叫t(叫)相乘，如圖所示，得到已調(diào)信號(hào)f(t)=g(t)cos叫t。g(t)根據(jù)傅氏變換性質(zhì)知時(shí)域相乘，頻域f(t)=g(t)cos

21、4;0t卷積可求出已調(diào)信號(hào)f(t)的頻譜COS®0tF(o)=1lG(o，這200樣就將調(diào)制信號(hào)g(t)的頻譜G(®)搬移到了比較高的一個(gè)頻段上，搬移過(guò)程見(jiàn)下圖。解調(diào)是將已調(diào)信號(hào)恢復(fù)成原始信號(hào)的過(guò)程，與調(diào)制相反，如下圖所示(同步解調(diào))f(t)=g(t)cosw0t這種解調(diào)方式要求接收段的本地載波與發(fā)送端的載波同頻同相，所以成為同步解調(diào)，已調(diào)信號(hào)經(jīng)乘法器輸出g0(t)g(t)=g(t)cos2(tot)=1g(t)l1+cos(2®tU=.!g(t)+g(t)cos(2®t)0020220對(duì)應(yīng)頻譜為G0（）二2G（）+4G（2°0）+4F（+2&

22、#176;0）,g0（t）通過(guò)截止頻率®m<®c<2®0-®m的低通濾波器就可以恢復(fù)出原調(diào)制信號(hào)g（t）,完成解調(diào)，頻譜圖如下：“G(w)1/20濾波器1/4m2®0卞二:增益為2J1plGn(TO)0TOto1/4嚴(yán)2toto0m五、試驗(yàn)報(bào)告要求：試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包含以下內(nèi)容試驗(yàn)?zāi)康摹?nèi)容、步驟、原理、程序、圖形（可打印）等附錄%實(shí)驗(yàn)五，內(nèi)容1%信號(hào)調(diào)制cleart=linspace(0,2*pi,1001);u=0.5,0.5;u1=cos(5*t);u2=cos(100*t);u31=u(1)*cos(95*t);u32=u(2)*

23、cos(105*t);u3=u31+u32;subplot(3,1,1),plot(t,u1),grid;title('調(diào)制');subplot(3,1,2),plot(t,u2),gridsubplot(3,1,3),plot(t,u3),grid試驗(yàn)六調(diào)幅信號(hào)通過(guò)帶通濾波器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?掌握調(diào)幅信號(hào)通過(guò)帶通濾波器的原理，以及其分析過(guò)程;2練習(xí)建立Simulink模型。二、試驗(yàn)內(nèi)容：1編制Matlab程序，實(shí)現(xiàn)以下內(nèi)容調(diào)幅信號(hào)通過(guò)帶通濾波器：已知帶通濾波器系統(tǒng)函數(shù)為：H(s)=虬(S+1)2+1002激勵(lì)電壓U(t)=(l+cost)coslOOt,求(1) 帶通濾波器的頻率響應(yīng)；(2) 輸出的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。2試用Simulink建立上題的模型；(觀察濾波器前后的波形)討論結(jié)果。三、實(shí)驗(yàn)步驟：打開(kāi)電腦，雙擊桌面Matlab程序圖標(biāo)，打開(kāi)文件菜單，點(diǎn)擊新建M文件，在M文件編輯器中編寫程序，編寫完畢后按F5鍵運(yùn)行調(diào)試。點(diǎn)擊Simulink圖標(biāo)，運(yùn)行仿真工具箱，在對(duì)話框中拖拽各模塊建立系統(tǒng)模型，完成