數字信號處理課程設計2016

1溫情提示各位同學：數字信號處理課程設計分基礎實驗、綜合實驗和提高實驗三部分。基礎實驗、綜合實驗是必做內容，提高實驗也為必做內容，但是為六選一，根據你的興趣選擇一個實驗完成即可。由于課程設計內容涉及大量的編程，希望各位同學提前做好實驗準備。在進實驗室之前對實驗中涉及的原理進行復習，編制且部分調試好實驗程序。進入實驗室后進行程序的最后調試，及接受指導教師的檢查。請注意：凡是未帶預先編好的程序進入實驗室的同學，按未出勤處理。22

基礎實驗篇

綜合實驗篇

提高實驗篇數字信號處理課程設計33課程設計學時與成績分配項目分數出勤實驗報告基礎實驗綜合實驗提高實驗總分1010303020100（建議）學時分配410644課程設計準備與檢查

在進實驗室之前完成程序的編制和部分調試，在實驗室完成編制程序的最后調試并接受指導教師的檢查。

在進行綜合實驗的過程中，檢查基礎實驗結果；在做提高實驗的過程中，檢查綜合實驗結果；提高實驗結果在課程設計最后四個學時中檢查。檢查實驗結果的過程中隨機提問，回答問題計入考核成績。55實驗報告格式一、實驗目的和要求二、實驗原理三、實驗方法與內容（需求分析、算法設計思路、流程圖等）四、實驗原始紀錄（源程序等）五、實驗結果及分析（計算過程與結果、數據曲線、圖表等）六、實驗總結與思考6課程設計實驗報告要求一、實驗報告格式如前，ppt第5頁。二、實驗報告質量計10分。實驗報告中涉及的原理性的圖表要自己動手畫，不可以拷貝；涉及的公式要用公式編輯器編輯。MATLAB仿真結果以及編制的程序可以拷貝。三、如果發(fā)現實驗報告有明顯拷貝現象，拷貝者與被拷貝者課程設計成績均為零分。四、實驗報告電子版在課程設計結束一周內發(fā)送到指導教師的郵箱。李莉：dsplili@163.com趙曉暉：dspxhzhao@163.com王本平：dspwbp@163.com葉茵：dspyeyin@163.com梁輝：dsplianghui@163.com77基礎實驗篇

實驗一離散時間系統(tǒng)及離散卷積實驗二離散傅立葉變換與快速傅立葉變換實驗三IIR數字濾波器設計實驗四FIR數字濾波器設計88實驗一離散時間系統(tǒng)及離散卷積一、實驗目的（1）熟悉MATLAB軟件的使用方法。（2）熟悉系統(tǒng)函數的零極點分布、單位脈沖響應和系統(tǒng)頻率響應等概念。（3）利用MATLAB繪制系統(tǒng)函數的零極點分布圖、系統(tǒng)頻率響應和單位脈沖響應。

（4）熟悉離散卷積的概念，并利用MATLAB

計算離散卷積。99二、實驗內容

離散時間系統(tǒng)的單位脈沖響應（1）選擇一個離散時間系統(tǒng)；（2）用筆進行差分方程的遞推計算；（3）編制差分方程的遞推計算程序；（4）在計算機上實現遞推運算；（5）將程序計算結果與筆算的計算結果進行比較，驗證程序運行的正確性；10102.離散系統(tǒng)的幅頻、相頻的分析方法（1）給定一個系統(tǒng)的差分方程或單位取樣響應；（2）用筆計算幾個特殊的幅頻、相頻的值，畫出示意曲線圖；（3）編制離散系統(tǒng)的幅頻、相頻的分析程序；（4）在計算機上進行離散系統(tǒng)的幅頻、相頻特性計算，并畫出曲線；（5）通過比較，驗證程序的正確性；11113.離散卷積的計算（1）選擇兩個有限長序列，用筆計算其線性卷積；（2）編制有限長序列線性卷積程序；（3）利用計算程序對（1）選擇的有限長序列進行卷積運算；（4）比較結果驗證程序的正確性。1212三、實驗要求（1）編制實驗程序，并給編制程序加注釋；（2）按照實驗內容項要求完成筆算結果；（3）驗證編制程序的正確性，記錄實驗結果。（4）至少要求一個除參考實例以外的實例，在實驗報告中，要描述清楚實例中的系統(tǒng)，并對實驗結果進行解釋說明。1313a=[1,-1,0.9];b=1;參考實例：（1）單位脈沖響應141415151616（2）離散系統(tǒng)的幅頻、相頻的分析b=[0.0181,0.0543,0.0543,0.0181];a=[1.000,-1.76,1.1829,-0.2781];1717（3）卷積計算18181919實驗二離散傅立葉變換與快速傅立葉變換、實驗目的（1）加深理解離散傅立葉變換及快速傅立葉變換概念；（2）學會應用FFT對典型信號進行頻譜分析的方法；（3）研究如何利用FFT程序分析確定性時間連續(xù)信號；（4）熟悉應用FFT實現兩個序列的線性卷積的方法。2020二、實驗內容用離散傅立葉變換程序處理時間抽樣信號，并根據實序列離散傅立葉變換的對稱性，初步判定程序的正確性；頻特性，觀察兩者的序列形狀和頻譜曲線有什么異同？繪出兩序列及其幅頻特性曲線。2.觀察三角波和反三角波序列的時域和幅頻特性，用N=8點FFT分析信號序列和的幅2121三角波序列

反三角波序列22223.已知余弦信號如下采樣長度時，對該信號進行傅立葉變換。當信號頻率，采樣間隔，行，并且分析比較結果。用FFT程序分析正弦信號，分別在以下情況下進（1）F=50,N=32,T=0.000625；（2）F=50,N=32,T=0.005；2323（3）F=50,N=32,T=0.0046875；（4）F=50,N=32,T=0.004；（5）F=50,N=64=0.0006254.選定某一時間信號進行N=64點離散傅立葉變換，并且，對同一信號進行快速傅立葉變換，并比較它們的速度。2424三、實驗要求編制DFT程序及FFT程序，并比較DFT程序與FFT程序的運行時間。給編制的程序加注釋；2.完成實驗內容2，并對結果進行分析。實驗中的信號序列和，在單位圓上的Z變換頻譜和會相同嗎？如果你能說出哪一個低頻分量更多一些嗎？不同，為什么？25253.完成實驗內容3，并對結果進行分析；4.利用編制的計算卷積的計算程序，分別給出一下三組函數的卷積結果。（1）2626（2）（3）2727四、參考實例1、離散傅立葉變換（DFT)

28282、快速傅立葉變換（FFT）29293、卷積的快速算法3030實驗三IIR數字濾波器設計一、試驗目的學習模擬－數字變換濾波器的設計方法；2.掌握雙線性變換數字濾波器設計方法；3.掌握實現數字濾波器的具體方法。3131二、實驗內容設計一個巴特沃思數字低通濾波器，設計指標如下：通帶內

幅度衰減不大于1dB；

阻帶內幅度衰減不小于15dB；

2.編制計算設計的數字濾波器幅度特性和相位特性的程序，并進行實驗驗證。32323.編制實現該數字濾波器程序并且實現數字濾波（1）分別讓滿足所設計的濾波器的通帶、過渡帶、阻帶頻率特性的正弦波通過濾波器，驗證濾波器性能；（2）改變正弦抽樣時間，驗證數字低通濾波器的模擬截止頻率實抽樣時間的函數。3333三、實驗要求編制實驗內容要求的程序，并給程序加注釋；2.根據實驗結果，給出自己設計的數字濾波器的幅度特性和相位特性；3.用所設計的濾波器對不同頻率的正弦波信號進行濾波，以說明其特性；34344.fp=0.2KHz,Rp=1dB,fs=0.3KHz,As=25dB,T=1ms；分別用脈沖響應不變法及雙線性變換法設計一Butterworth數字低通濾波器，觀察所設計數字濾波器的幅頻特性曲線，記錄帶寬和衰減量，檢查是否滿足要求。比較這兩種方法的優(yōu)缺點。3535四、參考實例3636實驗四FIR數字濾波器設計一、實驗目的學習FIR數字濾波器窗口函數設計法；2.熟悉線性相位FIR濾波器的幅頻特性和相頻特性；3.了解各種不同窗函數對濾波器性能的影響4.進行FIR、IIR濾波器的性能比較。3737二、實驗內容設計一個FIR數字濾波器，設計指標如下：通帶內

幅度衰減不大于1dB；

阻帶內幅度衰減不小于15dB；

2.編制計算設計的數字濾波器幅度特性和相位特性的程序，并進行實驗驗證。38383.編制實現該數字濾波器程序并且實現數字濾波（1）分別讓滿足所設計的濾波器的通帶、過渡帶、阻帶頻率特性的正弦波通過濾波器，驗證濾波器性能；（2）改變?yōu)V波器的階數，觀察數字低通濾波器的特性的變換。3939三、實驗要求調試實驗參考程序，并且，給參考程序加注釋；2.根據實驗結果，記錄自己設計的數字濾波器的幅度特性和相位特性；3.比較相同設計指標情況下，FIR濾波器和IIR、濾波器的幅度特性和相位特性。4.分別用矩形窗、漢寧窗、海明窗、三角窗和

Blackman窗設計一的線性相位帶通濾波器，觀察它們的3dB和20dB帶寬，并比較五種窗的特點。4040四、參考實例4141綜合實驗篇

一、實驗目的

借助基礎實驗篇編制的程序，對語音信號進行處理。

通過綜合實驗篇，使得學生能夠充分了解信號處理及數字信號處理的過程；使得學生能夠對自己設計的頻譜分析程序與濾波器程序得到靈活的應用；使得學生能夠綜合分析信號處理過程各個階段信號時域與頻域特性。42423、給定濾波器的性能指標，采用窗函數法或雙線性變換設計濾波器，并畫出濾波器的頻率響應；2、對錄制的信號進行采樣；畫出采樣后語音信號的時域波形和頻譜圖；1、錄制一段各人自己的語音信號。二、實驗內容4343

6、回放語音信號，并與錄制語音信號比較；5、對濾波前后的信號進行對比，分析信號的變化；7、設計出一信號處理系統(tǒng)界面。4、用自己設計的濾波器對采集的語音信號進行濾波，畫出濾波后信號的時域波形和頻譜。4444三、實驗要求1、完成實驗內容要求的各項內容。寫明設計思路及其設計原理；2、給出MATLAB代碼，并給編制的程序加注釋；3、給出仿真測試結果并對測試結果進行分析；

要有仿真驗證過程、波形、結果分析、所遇問題及問題解決。4、對設計成果做出評價，說明本設計的特點和存在問題，提出改進設計意見；4545提高實驗篇

（以下實驗五選一）提高實驗一自適應信道均衡

提高實驗二系統(tǒng)辨識或系統(tǒng)建模

提高實驗三譜估計的參數化模型方法實驗提高實驗四LMS自適應濾波器實驗

提高實驗五基于TECHV-5509DSP開發(fā)平臺的語音信號處理實驗4646提高實驗一自適應信道均衡

這個實驗的目的是借助數字信號處理課程中的FIR濾波器設計相關知識研究在一個會產生碼間干擾的信道上進行數據傳輸時的自適應均衡器的性能。一、實驗目的

4747二、實驗內容1、數據源模塊：隨機產生二進制數據，經星座映射轉換為四進制或十六進制數據源；2、信道濾波器模塊：建立多徑信道模型；3、噪聲發(fā)生器模塊：產生加性高斯白噪聲；4、自適應均衡器模塊：設計均衡器，使得均衡器輸出端的數字信號的碼間干擾比輸入端要小。4848三、實驗要求1、完成實驗內容要求；2、仿真對下面三種信道狀況進行（1）無ISI（2）適度ISI（3）很強ISI3、能夠直觀反映碼間干擾大小，最好用圖形。4、給出不同情形下系統(tǒng)的誤碼率。5、對仿真結果進行總結、分析。4949提高實驗二系統(tǒng)辨識或系統(tǒng)建模

利用所學的數字信號處理的IIR濾波器和FIR濾波器的相關知識實現一個未知的線性系統(tǒng)識別。

一、實驗目的5050噪聲信號發(fā)生器未知系統(tǒng)自適應FIR濾波器+-：用于LMS算法的誤差信號圖1系統(tǒng)辨識或系統(tǒng)建模問題方框圖二、實驗內容5151實驗框圖如圖1所示。

1、假設未知系統(tǒng)是一個FIR系統(tǒng)，請辨識這個系統(tǒng)。

2、假設未知系統(tǒng)是一個IIR系統(tǒng)，請辨識這個系統(tǒng)。

5252三、實驗要求1、FIR濾波器模型階數至少5階，IIR

濾波器可以是一個零、極點的系統(tǒng)。2、給出未知系統(tǒng)的系統(tǒng)函數及頻譜圖；3、給出未知系統(tǒng)的沖激響應序列圖；4、給出未知系統(tǒng)的零、極點圖；5、對仿真結果進行總結、分析。5353提高實驗三譜估計的參數化模型方法實驗一、實驗目的

掌握有關理論，利用MATLAB中的SignalPrcessingToolBox來實現對給定信號的譜估計。二、實驗要求

寫出完整的有關理論計算和相關的理論依據，給出MATLAB仿真實驗結果和必要的結果分析，給出MATLAB仿真程序清單。5454三、實驗內容1、已知信號其中，N=64，是方差為的實高斯白噪聲，且和為均勻分布在上的獨立隨機變量。利用譜估計的基本理論，驗證理論計算上述信號的功率譜為55552、當時，對AR（8），AR（12）和Yule-Walker方程計算AR模型多項式的參數，畫出每種情況下的，并求出的根。模型階次為何時可以區(qū)分這兩個正弦信號？3、分別N=32和N=128，討論的變化情況。56564、改變的大小等價于改變信噪比，改變它，討論論信噪比變化時，的變化情況。5757提高實驗四LMS自適應濾波器實驗

一、實驗目的掌握有關理論，利用MATLAB中