數(shù)字信號處理實驗報告 MATLAB

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1、 數(shù)字信號處理實驗報告 姓名： 班級：09電信一班 學號： 實驗報告（一） 姓名： 學號： 實驗日期：8-12周 實驗題目：離散信號的時域運算與變換 實驗?zāi)康模?. 熟悉MATLAB編程特點 2. 了解離散序列的延遲、相加、相乘及平移、反折、及倒相變換 實驗內(nèi)容：1.設(shè)計一個實現(xiàn)序列移位的函數(shù) 將序列x(n)＝｛1,2,3,4,0,7｝,其中n＝0:5的每一個樣本都移動3個周期,移位后的序列y(n)=x(n-3) 2.序列的奇偶分解 將序列x(n

2、)＝｛0,1,2,3,4,3,2,1,0｝,其中n＝-3:5進行奇偶分解 用函數(shù)stem顯示其奇偶序列 3.序列的加法運算 設(shè)x1(n)＝｛1,0.5,0.3,0.4｝其中n=-1:2 ;x2(n)＝｛0.2,0.3,0.4,0.5,0.8,1｝其中n=-2:3 4.實現(xiàn)2中序列的翻轉(zhuǎn) 實驗地點：4305 實驗結(jié)果：1.將如下文件另存為：segshift.m文件， function [y,n] = segshift(x,n,n0) % 功能 y(n) = x(n-n0) % [y,n] = segshift(x,n,

3、n0) n = n+n0; y = x; 在命令窗口輸入：x=[1,2,3,4,0,7];n=0:5;n0=3;[y,n] = segshift(x,n,n0)按ENTER鍵得到如下結(jié)果， y = 1 2 3 4 0 7 n = 3 4 5 6 7 8 再在命令窗口輸入：[y,n] = segshift(x,n,n0);n=0:5;n0=3;stem(n,y)按ENTER鍵出圖如下圖1。 2. 在命令窗口輸入: m = -fliplr(n); m1 = min

4、([m,n]); m2 = max([m,n]); m = m1:m2; x1 =[ zeros(1,(length(m)-length(n))),x]; xe = 0.5*(x1 + fliplr(x1)) xo = 0.5*(x1 - fliplr(x1)) subplot(1,2,1),stem(m,xe),ylabel(xe), subplot(1,2,2),stem(m,xo),ylabel(xo), 得下圖二，

5、 圖二 圖一 3．將如下文件另存為：sigadd.m文件 function [y,n] = sigadd(x1,n1,x2,n2) % 實現(xiàn) y(n) = x1(n)+x2(n) % ----------------------------- % [y,n] = sigadd(x1,n1,x2,n2) % y = 在包含n1 和 n2 的n點上求序列和, % x1 = 在 n1上的第一序列 % x2 = 在 n2上的第二序列(n2可與 n1不等) n = min(min(n1),min

6、(n2)):max(max(n1),max(n2)); % y(n)的長度 y1 = zeros(1,length(n)); y2 = y1; % 初始化 y1(find((n>=min(n1))&(n<=max(n1))==1))=x1; % 具有y的長度的 x1 y2(find((n>=min(n2))&(n<=max(n2))==1))=x2; % 具有y的長度的x2 y = y1+y2; 在命令窗口輸入：x1=[1,0.5,0.3,0.4];n1=-1:2;x2=[0.2,0.3,0.4,0.5,0.8,1];n2=

7、-2:3; [y,n] = sigadd(x1,n1,x2,n2) 得：y = 0.2000 1.3000 0.9000 0.8000 1.2000 1.0000 n = -2 -1 0 1 2 3 再在命令窗口輸入：x1=[1,0.5,0.3,0.4];n1=-1:2;x2=[0.2,0.3,0.4,0.5,0.8,1];n2=-2:3;[y,n]=sigadd(x1,n1,x2,n2) ；stem(n,y)，得到下圖： 4. 將如下文件另存

8、為.m文件 n=-1:10; x=sin(0.4*pi*n); y=fliplr(x); n1=-fliplr(n); subplot(2,1,1),stem(n,x) subplot(2,1,2),stem(n1,y 在命令窗口鍵入: n=-1:10; x=sin(0.4*pi*n); y=fliplr(x); n1=-fliplr(n); subplot(2,1,1),stem(n,x) subplot(2,1,2),stem(n1,y) 得到如右圖， 結(jié)果分析：結(jié)果如上 總結(jié)：運用

9、MATLAB實現(xiàn)離散信號的時域運算與變換，主要包括兩步，首先賦初值然后再調(diào)用函數(shù)，在帶哦用函數(shù)時，注意不要把function復制進來了。。 實驗報告（二） 姓名： 學號： 實驗日期：8-12周 實驗題目：因果離散線性系統(tǒng)的時域分析 實驗?zāi)康模簩崿F(xiàn)由差分方程構(gòu)成的數(shù)字濾波器: 實驗內(nèi)容：1.用兩種不同的程序計算數(shù)字濾波器的單位抽樣響應(yīng), 給定差分方程:y(n)-y(n-1)+0.9y(n-2)=x(n) a.編制文件himpz.m,實現(xiàn)數(shù)字濾波器的單位抽樣響應(yīng) b. 編制函數(shù)文件hfilter.m,實現(xiàn)數(shù)字濾波器的單位抽樣響應(yīng)

10、 2.給定計算此數(shù)字濾波器的單位階躍響應(yīng),并判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。用stem(n,y)畫出相應(yīng)的圖形。 實驗地點：4305 實驗結(jié)果：1.（1）在命令窗口鍵入：a=[1,-1,0.9];b=1; impz(b,a) title('單位抽樣響應(yīng)')，得到右圖： （2）在命令窗口鍵入： a=[1,-1,0.9];b=1; impz(b,a)

11、 title(‘單位沖激響應(yīng)’) (2)hfilter.m a=[1,-1,0.9];b=1; % 求h(n) x=impuls (0,-10,100);n=[-10:100]; h=filter(b,a,x); subplot(2,1,1);stem(n,h) axis([-10,100,-1.1,1.1]) title(‘單位激響應(yīng)’);xlabel(‘n’);ylabel(‘h(n)’) 得到右圖 2.在命令窗口輸入：a=[1,-1,0.9];b=1; x=[zeros(1,10),ones(1

12、,101)]; n=-10:100; s=filter(b,a,x); subplot(2,1,2);stem(n,s) axis([-10,100,-.5,2.5]) 得到右圖階躍響應(yīng)： 在命令窗口鍵入：sum(abs(h)) z=roots(a); magz=abs(z) 程序運行結(jié)果: ans = 14.8337 magz = 0.9487 0.9487 h(n)累加的結(jié)果是一個實數(shù),說明系統(tǒng)穩(wěn)定;magz說明極點的模小于1,所以系統(tǒng)穩(wěn)定。 結(jié)果分

13、析：結(jié)果如上 總結(jié)：用MATLAB可以實現(xiàn)求沖擊響應(yīng)及階躍響應(yīng)。 實驗報告（三） 姓名： 學號： 實驗日期：8-12周 實驗題目：DFT變換的性質(zhì)及應(yīng)用 實驗?zāi)康模?.實現(xiàn)信號的DFT變換 2. 了解DFT 應(yīng)用: (1)用DFT計算卷積 (2)用DFT 對序列進行譜分析 實驗內(nèi)容：1.用三種不同的DFT程序計算的傅立葉變換X(k),并比較三種程序的計算機運行時間 2.給定,利用DFT實現(xiàn)兩序列的線性卷積運算,并研究DFT的

14、點數(shù)與混疊的關(guān)系,并用stem(n,y)畫出相應(yīng)的圖形。 3. 討論序列補零及增加數(shù)據(jù)長度對信號頻譜的影響 (1)求出序列x(n)=cos(0.48 n)+cos(0.52 n)基于有限個樣點n=10的頻譜 (2) 求n=100時,取x(n)的前10個,后90個設(shè)為零,得到x(n)的頻譜 (3) 增加x(n)有效的樣點數(shù),取100個樣點得到x(n)的頻譜 實驗地點：4305 實驗結(jié)果：1.（1）在命令窗口輸入： tic; [am,pha]=dft1(x) N=length(x); w=exp(-j*2*pi/N); for k=1:N sum=0; for n=1:

15、N sum=sum+x(n)*w^((k-1)*(n-1)); end am(k)=abs(sum); pha(k)=angle(sum); end ;toc 得到如下結(jié)果： am = Columns 1 through 11 120.0000 41.0066 20.9050 14.3996 11.3137 9.6215 8.6591 8.1567 8.0000 8.1567 8.6591 Columns 12 through 16 9.6215 11.

16、3137 14.3996 20.9050 41.0066 pha = Columns 1 through 11 0 1.7671 1.9635 2.1598 2.3562 2.5525 2.7489 2.9452 3.1416 -2.9452 -2.7489 Columns 12 through 16 -2.5525 -2.3562 -2.1598 -1.9635 -1.7671 Elapsed time is 0.047000 sec

17、onds. （2）在命令窗口輸入： tic;[am,pha]=dft2(x) N=length(x); n=[0:N-1]; k=[0:N-1]; w=exp(-j*2*pi/N); nk=n’*k; wnk=w.^(nk); Xk=x*wnk; am= abs(Xk); pha=angle(Xk); toc 得到如下結(jié)果： Elapsed time is 0.020000 seconds. (3) 在命令窗口輸入： tic;[amfft,phafft]=dft3(x) N=length(x); Xk=fft(x); amfft= abs(Xk);

18、phafft=angle(Xk); toc 得到如下結(jié)果 Elapsed time is 0.016000 seconds. 所以，第三種時間最小，第一種時間最多。 2.在命令窗口鍵入： %N1+N2-1=23<32 N=32; x=[0:15]; xx=[x,zeros(1,16) ]; h=[ones(1,8),zeros(1,24)]; Xk=fft(xx,N); Hk=fft(h,N); Yk=Xk.* Hk; y=ifft(Yk,N); n=0:N-1; stem(n,y); hold on %N=N1=16 N1=16; x1=[0:15];

19、 h1=[ones(1,8),zeros(1,8)]; Xk1=fft(x1,N1); Hk1=fft(h1,N1); Yk1=Xk1.* Hk1; y1=ifft(Yk1,N1); n1=0:N1-1; stem(n1,y1,’.’,’m’); 得到下圖， 3.（1） figure(1)：在命令窗口鍵入： n=[0:1:99]; x=cos(0.48*pi*n)+cos(0.52*pi*n); n1=[0:1:9];y1=x(1:1:10); subplot(2,1,1);stem(n1,y1);title('signal x(n), 0 <= n <= 9

20、');xlabel('n') axis([0,10,-2.5,2.5]) Y1=fft(y1);magY1=abs(Y1(1:1:6)); k1=0:1:5;w1=2*pi/10*k1; subplot(2,1,2);stem(w1/pi,magY1);title(‘10點DFT'); xlabel('w/pi')，axis([0,1,0,10]) 得到下圖：figure(1) （2）在命令窗口鍵入： n3=[0:1:99];y3=[x(1:1:10) zeros(1,90)]; ％添90個零。得到100個數(shù)據(jù) subpl

21、ot(2,1,1);stem(n3,y3);title('signal x(n), 0 <= n <= 9 + 90 zeros');xlabel('n') axis([0,100,-2.5,2.5]) Y3=fft(y3);magY3=abs(Y3(1:1:51)); k3=0:1:50;w3=2*pi/100*k3; subplot(2,1,2);stem(w3/pi,magY3);title('100點DFT');xlabel('w/pi') axis([0,1,0,10]) 得到下圖figure(2) （3）在命令窗口鍵入： n=[0:1:99]; x=cos(0.4

22、8*pi*n)+cos(0.52*pi*n); subplot(2,1,1);stem(n,x);title('signal x(n), 0 <= n <= 99');xlabel('n') axis([0,100,-2.5,2.5]) X=fft(x);magX=abs(X(1:1:51)); k=0:1:50;w=2*pi/100*k; subplot(2,1,2);stem(w/pi,magX);title('100點DFT);xlabel('w/pi') axis([0,1,0,60]) 得到下圖figure(3) 結(jié)果分析：結(jié)果如上 總結(jié)：利用matlab7.0

23、可以實現(xiàn)DFT變換，并繪制圖形。 實驗報告（四） 姓名： 學號： 實驗日期：8-12周 實驗題目：數(shù)字低通巴特沃斯濾波器的設(shè)計 實驗?zāi)康模赫莆誌IR數(shù)字濾波器的設(shè)計方法 實驗內(nèi)容：1.設(shè)計一個低通巴特沃斯模擬濾波器，繪制濾波器的的幅頻響應(yīng)及零極點圖。指標如下： 通帶截止頻率：WP＝1000HZ, 通帶最大衰減：RP=3dB 阻帶截止頻率：Ws＝2000HZ, 阻帶最小衰減：Rs=40 dB 2. 用沖激響應(yīng)不變法和雙線性變換法將一模擬低通濾波器轉(zhuǎn)換為數(shù)字低通濾波器 并圖釋H(S)和H(Z)，采樣頻率Fs＝1000Hz 實驗地點

24、：4305 實驗結(jié)果：1.在命令窗口輸入：subplot(1,2,1) wp=1000;ws=2000;rp=3;rs=40; [N,wn]=buttord(wp,ws,rp,rs,'s') [B,A]=butter(N,wn,'s'); [Z,P,K]=buttap(N); [h,w]=freqs(B,A,1024); plot(w,20*log10(abs(h)/abs(h(1)))) grid; xlabel('頻率Hz');ylabel('幅度（dB）') title('巴特沃斯幅頻響應(yīng)')

25、 axis([0,3000, -40,3]); line([0,2000],[-3,-3]); line([1000,1000],[-40,3]); subplot(1,2,2) p=P';q=Z'; x=max(abs([p,q])); x=x+0.1;y=x; axis([-x,x,-y,y]); axis('square') plot([-x,x],[0,0]);hold on plot([0,0],[-y,y]);hold on plot(real(p),imag(p),'x') 得到如下結(jié)果： N = 7

26、 wn = 1.0359e+003 2:在命令窗口鍵入： b=1;a=[1,1000]; w=[0:1000]*2*pi; [h,w]=freqs(b,a,w); subplot(2,2,1) plot(w/2/pi,abs(h)/abs(h(1)));grid; title('模擬頻率響應(yīng)'); xlabel('f(Hz)');ylabel('幅度'); Fs=1000; [bz,az]=impinvar(b,a,Fs);

27、 [bzl,azl]=bilinear(b,a,Fs); wz=[0:pi/512:pi]; hz1=freqz(bz,az,wz); hz2=freqz(bzl,azl,wz); subplot(2,2,2);plot(wz/pi,abs(hz1)/hz1(1));grid; axis([0,1,0,1]) title('沖激響應(yīng)不變法數(shù)字頻率響應(yīng)') subplot(2,2,3);plot(wz/pi,abs(hz2)/hz2(1));grid; axis([0,1,0,1])

28、 title('雙線性變換法數(shù)字頻率響應(yīng)'); 得到結(jié)果如右圖：： 結(jié)果分析：結(jié)果如上 總結(jié)：matlaB可以實現(xiàn)低通數(shù)字巴特沃斯濾波器的設(shè)計 實驗報告（五） 姓名： 學號： 實驗日期：8-12周 實驗題目：窗函數(shù)設(shè)計FIR濾波器 實驗?zāi)康模赫莆绽么昂瘮?shù)法設(shè)計線性相位FIR數(shù)字濾波器的方法 實驗內(nèi)容：1. 利

29、用窗生成函數(shù)boxcar，hanning，bartlett設(shè)計FIR低通數(shù)字濾波器，指標如下：采樣頻率Fs＝1000Hz，截止頻率ws＝200Hz，濾波器階數(shù)N＝65，畫出濾波器的幅度頻率特性和窗的形狀，參考程序chfir1.m 2. 用基于窗函數(shù)的濾波器設(shè)計函數(shù)fir1，重新設(shè)計上述濾波器 實驗地點：4305 實驗結(jié)果：在命令窗口鍵入： wp=200/1000*2*pi; n=1:65; hd=sin(wp*(n-32))./(pi*(n-32)); hd(32)=wp/pi; w1=boxcar(65);

30、 subplot(2,3,1) h1=hd.*rot90(w1); [mag1,r1]=freqz(h1); plot(r1,20*log(abs(mag1))); title('矩形窗') w2=triang(65); subplot(2,3,2) h2=hd.*rot90(w2); [mag2,r2]=freqz(h2); plot(r2,20*log(abs(mag2))); title('巴特里特窗') w3=hanning(65); subplot(2,3,3) h3=hd.*rot90(w3); [mag3,r3]=freqz(h3); plot(r3,20*log(abs(mag3))); title('漢寧窗') subplot(2,3,4); plot(n,w1); subplot(2,3,5); plot(n,w2); subplot(2,3,6); plot(n,w3); 得到右圖結(jié)果： 結(jié)果分析：結(jié)果如上 總結(jié)：matlab可以實現(xiàn)利用窗函數(shù)設(shè)計濾波器。 13