数字信号处理实验指导书(2016)
《数字信号处理》实验指导书(完整)
《数字信号处理》实验指导书通信教研室安阳工学院二零零九年三月第1章 系统响应及系统稳定性1.1 实验目的● 学会运用MATLAB 求解离散时间系统的零状态响应；● 学会运用MATLAB 求解离散时间系统的单位取样响应；● 学会运用MATLAB 求解离散时间系统的卷积和。
1.2 实验原理及实例分析1.2.1 离散时间系统的响应离散时间LTI 系统可用线性常系数差分方程来描述，即∑∑==-=-Mj jN i i j n x b i n y a 00)()( （1-1） 其中，i a （0=i ，1，…，N ）和j b （0=j ，1，…，M ）为实常数。
MATLAB 中函数filter 可对式（13-1）的差分方程在指定时间范围内的输入序列所产生的响应进行求解。
函数filter 的语句格式为y=filter(b,a,x)其中，x 为输入的离散序列；y 为输出的离散序列；y 的长度与x 的长度一样；b 与a 分别为差分方程右端与左端的系数向量。
【实例1-1】 已知某LTI 系统的差分方程为)1(2)()2(2)1(4)(3-+=-+--n x n x n y n y n y试用MATLAB 命令绘出当激励信号为)()2/1()(n u n x n=时，该系统的零状态响应。
解：MATLAB 源程序为>>a=[3 -4 2];>>b=[1 2];>>n=0:30;>>x=(1/2).^n;>>y=filter(b,a,x);>>stem(n,y,'fill'),grid on>>xlabel('n'),title('系统响应y(n)')程序运行结果如图1-1所示。
1.2.2 离散时间系统的单位取样响应系统的单位取样响应定义为系统在)(n 激励下系统的零状态响应，用)(n h 表示。
数字信号处理实验指导书2016
实验一信号、系统及系统响应........................................................................................ - 1 - 一实验目的................................................................................................................ - 1 - 二实验原理................................................................................................................ - 1 - 三实验内容及步骤.................................................................................................... - 3 - 四思考题.................................................................................................................... - 4 - 五实验报告要求........................................................................................................ - 5 - 实验二应用FFT对信号进行频谱分析........................................................................... - 6 - 一实验目的................................................................................................................ - 6 - 二实验原理与方法.................................................................................................... - 6 - 三实验内容及步骤.................................................................................................... - 8 - 四思考题.................................................................................................................... - 9 - 五实验报告要求........................................................................................................ - 9 - 实验三用双线性变换法设计IIR滤波器....................................................................... - 11 - 一实验目的.............................................................................................................. - 11 - 二实验原理与方法.................................................................................................. - 11 - 三实验内容及步骤.................................................................................................. - 14 - 四思考题.................................................................................................................. - 15 - 五实验报告要求...................................................................................................... - 15 - 实验四用窗函数设计FIR滤波器................................................................................ - 16 - 一实验目的.............................................................................................................. - 16 - 二实验原理和方法.................................................................................................. - 16 - 三实验内容及步骤.................................................................................................. - 19 - 四思考题.................................................................................................................. - 21 - 五实验报告要求...................................................................................................... - 21 - 附录MATLAB 下的数字信号处理实现示例.................................................................... - 22 -1 信号、系统和系统响应........................................................................................ - 22 -2 用FFT 进行信号的频谱分析............................................................................... - 26 -3 窗函数法设计FIR 滤波器................................................................................... - 28 -4 IIR 滤波器的实现 .............................................................................................. - 31 -5 窗函数设计FIR滤波器基本示例........................................................................ - 34 -实验一 信号、系统及系统响应一 实验目的1．熟悉理想采样的性质，了解信号采样前后的频谱变化，加深对采样定理的理解。
数字信号处理实验指导书
数字信号处理实验指导书实验一离散时间系统及离散卷积一、实验目的（1）熟悉MA TLAB软件的使用方法。
（2）熟悉系统函数的零极点分布、单位脉冲响应和系统频率响应等概念。
（3）利用MATLAB绘制系统函数的零极点分布图、系统频率响应和单位脉冲响应。
（4）熟悉离散卷积的概念，并利用MATLAB计算离散卷积。
二、实验内容1、离散时间系统的单位脉冲响应（1）选择一个离散时间系统；（2）用笔进行差分方程的递推计算；（3）编制差分方程的递推计算程序；（4）在计算机上实现递推运算；（5）将程序计算结果与笔算的计算结果进行比较，验证程序运行的正确性；2、离散系统的幅频、相频的分析方法（1）给定一个系统的差分方程或单位取样响应；（2）用笔计算几个特殊的幅频、相频的值，画出示意曲线图；（3）编制离散系统的幅频、相频的分析程序；（4）在计算机上进行离散系统的幅频、相频特性计算，并画出曲线；（5）通过比较，验证程序的正确性；3、离散卷积的计算（1）选择两个有限长序列，用笔计算其线性卷积；（2）编制有限长序列线性卷积程序；（3）利用计算程序对（1）选择的有限长序列进行卷积运算；（4）比较结果验证程序的正确性。
三、实验要求a)自编并调试实验程序，并且，给实验程序加注释；b)按照实验内容完成笔算结果；c)验证计算程序的正确性，记录实验结果。
d) 至少要求一个除参考实例以外的实验结果，在实验报告中，要描述清楚实验结果对应的系统，并对实验结果进行解释说明。
实验二 离散傅立叶变换与快速傅立叶变换一、实验目的1、加深理解离散傅立叶变换及快速傅立叶变换概念；2、学会应用FFT 对典型信号进行频谱分析的方法；3、研究如何利用FFT 程序分析确定性时间连续信号；4、熟悉应用FFT 实现两个序列的线性卷积的方法。
二、实验原理在各种信号序列中，有限长序列信号处理占有很重要地位，对有限长序列，我们可以使用离散Fouier 变换(DFT)。
这一变换不但可以很好的反映序列的频谱特性，而且易于用快速算法在计算机上实现，当序列x(n)的长度为N 时，它的DFT 定义为()()[]()∑==-=10N n nk NWn x n x DFT k X 10-≤≤N k反变换为()()[]()∑==-=-101N n nk N Wk X Nk X IDFT n x 10-≤≤N n有限长序列的DFT 是其Z 变换在单位圆上的等距采样，或者说是序列Fourier变换的等距采样，因此可以用于序列的谱分析。
数字信号处理实验指导书(15-16-2)课案
数字信号处理实验讲义二O一六年三月目录实验一离散时间信号的时域分析 (5)实验二离散时间系统的时域分析 (10)实验三离散时间信号的频域分析 (14)实验四线性时不变离散时间系统的频域分析 (20)实验五IIR数字滤波器的设计 (23)实验六FIR数字滤波器的设计 (33)附录A MATLAB系统的常用概念 (36)附录B 信号处理工具箱函数 (44)前言数字信号处理研究数字序列信号的表示方法，并对信号进行运算，以提取包含在其中的特殊信息。
近几十年来，由于在研究及应用两方面均取得了进展，数字信号处理领域已日趋成熟。
由于计算机的大量使用，从而很容易向学生提供实际环境，以验证所学的概念和算法。
本指导书编程语言是MATLAB，它广泛应用于高性能数值计算和可视化。
本书假定读者已具备MATLAB基础知识。
前面的一些实验帮助学生理解信号处理的重要概念，后面以设计性实验项目为主，有利于加强对原理的理解并且加强对技术的应用。
附录中给出了本书中用到的MATALB函数及简要解释。
实验一离散时间信号的时域分析一．实验目的熟悉MATLAB中产生信号和绘制信号的基本命令；熟悉序列的简单运算，如：加法、标量乘法、时间反转、延时、乘法等。
二．实验相关知识准备1．用到的MATLAB命令运算符号：：. + - * / ; %基本矩阵：i ones pi rand randn zeros基本函数：cos exp imag real数据分析：sum二维图形：axis grid legend plot subplot stairs stem title xlableylable clf工具箱：sawtooth square离散时间信号用数字序列x[n]来表示，常用的信号有单位冲激信号，单位阶跃信号，正弦信号，指数信号等三．实验内容1．离散时间序列的产生(1) 单位抽样序列（单位冲激信号）的产生和绘制%program 1clf; % 清除图形窗口n=-10:20; % 产生向量n，取值-10 - 20，间隔为1u=[zeros(1,10) 1 zeros(1,20)]; % 生成单位冲激信号，前面10个0，后面20个0stem(n,u); % 以n为横坐标，u为纵坐标画杆状图xlabel('Time index n');ylabel('Amplitude');%定义横纵坐标轴名称title('Unit Sample Sequence'); %标注图形名称axis([-10 20 0 1.2]); %定义坐标轴范围(2) 单位阶跃信号的产生用S=ones(1, N)(表示产生长度为N的一维行向量), 请采用与程序1相似的过程产生单位阶跃信号并画图。
数字信号处理实验指导书2016-通信
数字信号处理实验指导书2016-通信数字信号处理实验徐俊2016年8⽉⽬录实验⼀离散时间系统及系统响应 (2)实验⼆离散傅⽴叶变换及其特性验证 (8)实验三时域采样与频域采样 (17)实验四冲激响应不变法IIR数字滤波器设计 (24)实验⼀离散时间系统及系统响应⼀、实验⽬的1、掌握求解离散时间系统脉冲响应和阶跃响应的⽅法；2、掌握⽤线性卷积求解离散时间系统响应的基本⽅法。
⼆、实验原理与设计⽅法1、⽤impz和dstep函数求解离散系统的单位脉冲响应和阶跃响应【例1-1】已知某因果系统的差分⽅程为y n+0.5y n?1=x n+2x(n?2)系统为零状态，求系统的脉冲响应和阶跃响应。
解：该系统是⼀个2阶系统，列出b m和a k系数为a0=1，a1=0.5，a2=0，b0=1，b1=0，b2=2MALAB程序如下（取16点作图）：a=[1,0.5,0];b=[1,0,2];n=16;hn=impz(b,a,n); %脉冲响应gn=dstep(b,a,n); %阶跃响应subplot(1,2,1),stem(hn,'k');title('系统的单位脉冲响应');ylabel('h(n)');xlabel('n');axis([0,n,1.1*min(hn),1.1*max(hn)]);subplot(1,2,2),stem(gn,'k');title('系统的单位阶跃响应');ylabel('g(n)');xlabel('n');axis([0,n,1.1*min(gn),1.1*max(gn)]);结果如下图所⽰：2、⽤conv函数进⾏卷积计算求系统响应【例1-2】某离散时间系统的脉冲响应为h b(n)=δ(n)+2.5δ(n-1)+2.5δ(n-2)+δ(n-3)激励信号为x t=Ae?αnT sinΩ0nT 0≤n<50设A=444.128，α=502π，Ω0=502π。
《数字信号处理》实验指导书学生版
2015－2016学年第1学期学院物理与电子信息学院教研室信息与通信工程教研室课程名称数字信号处理授课班级13电信本、13电信卓越主讲教师黄隆胜职称副教授2014年03月目录前言 (1)实验一熟悉MATLAB环境 (4)实验二用MATLAB进行离散系统的Z域分析 (6)实验三傅立叶变换 (8)实验四IIR及FIR滤波器的MATLAB实现 (11)前言MATLAB是由美国Math Works公司推出的软件产品。
MATLAB是“Matrix Laboratory”的缩写，意及“矩阵实验室”。
MATLAB是一完整的并可扩展的计算机环境，是一种进行科学和工程计算的交互式程序语言。
它的基本数据单元是不需要指定维数的矩阵，它可直接用于表达数学的算式和技术概念，而普通的高级语言只能对一个个具体的数据单元进行操作。
因此，解决同样的数值计算问题，使用MATLAB要比使用Basic、Fortran和C语言等提高效率许多倍。
许多人赞誉它为万能的数学“演算纸”。
MATLAB采用开放式的环境，你可以读到它的算法，并能改变当前的函数或增添你自己编写的函数。
在欧美的大学和研究机构中，MATLAB是一种非常流行的计算机语言，许多重要的学术刊物上发表的论文均是用MATLAB来分析计算以及绘制出各种图形。
它还是一种有利的教学工具，它在大学的线性代数课程以及其它领域的高一级课程的教学中，已成为标准的教学工具。
最初的MATLAB是用FORTRAN编写的，在DOS环境下运行。
新版的MATLAB 是C语言编写的高度集成系统。
它在几乎所有流行的计算机机种，诸如PC、MACINTOSH、SUN、VAX上都有相应的MATLAB版本。
新版的MATLAB增强了图形处理功能，并在WINDOWS环境下运行。
现今，MATLAB的发展已大大超出了“矩阵实验室”的范围，在许多国际一流专家学者的支持下，Maths Works公司还为MATLAB 配备了涉及到自动控制、信息处理、计算机仿真等种类繁多的工具箱（Tool Box），这些工具箱有数理统计、信号处理、系统辨识、最优化、稳健等等。
《数字信号处理》实验指导书
数字信号处理实验指导书电子与信息工程学院二○一二年前言数字信号处理(DSP)研究数字序列信号的表示方法，并对信号进行运算，以提取包含在其中的特殊信息。
数字信号处理是一门技术基础课程，实验是该课程教学的重要内容，是理论联系实际的重要手段。
学生通过实验，可以验证和巩固所学的理论知识，掌握数字信号处理实验的基本技能，提高分析和解决实际问题的能力，培养认真、严谨、实事求是的工作作风。
我们根据当前通信类新课程体系的流行趋势，充分考虑通信工程类专业的特殊要求，编写了这门实验课程指导书。
在内容安排上，我们在自身的教学基础上，吸收了兄弟院校的先进经验。
我们把重点放在对学生理论联系实际、分析和解决问题能力的训练上，力求丰富实验内容，简化实验方法与步骤，化抽象为具体，让学生通过实验能够举一反三，融会贯通，提高信息处理和信息加工的能力，为以后在信息领域的发明和创造打下牢固的基础。
在实验的具体编排上，我们按照循序渐进的原则，逐步加深实验内容，注意前后实验之间的连贯性，强化基本实验技能的培养，保证实验内容的丰富性、生动性，增强学生对数字信号处理实验课程的兴趣。
目录实验一信号的谱分析 (1)实验二基-2FFT算法的软件实现 (6)实验三 IIR数字滤波器的设计 (12)实验四 FIR数字滤波器的设计 (16)实验一 信号的谱分析一、实验目的1、熟练掌握快速离散傅里叶变换（FFT ）的原理及用FFT 进行频谱分析的基本方法；2、熟悉连续信号经理想采样前后的频谱变化关系，加深对时域采样定理的理解；3、进一步了解离散傅里叶变换的主要性质及FFT 在数字信号处理中的重要作用。
二、基本原理1、离散傅里叶变换（DFT ）及其主要性质DFT 表示离散信号的离散频谱，DFT 的主要性质中有奇偶对称特性，虚实特性等。
通过实验可以加深理解。
例如：实序列的DFT 具有偶对称的实部和奇对称的虚部，这可以证明如下： 由定义∑-==10)()(N n knNW n x k X∑∑-=-=-=1010)2sin()()2cos()(N n N n kn N n x j kn N n x ππ ∑-=-=-10)()()(N n nk N NW n x k N X∑-=-=1)(N n kn NNnW Wn x∑-=-=10)(N n knN W n x∑∑-=-=+=1010)2sin()()2cos()(N n N n kn N n x j kn N n x ππ)(*)(k N X k X -=∴对于单一频率的三角序列来说它的DFT 谱线也是单一的，这个物理意义我们可以从实验中得到验证，在理论上可以推导如下： 设：)()2sin()(n R n N n x N π=其DFT 为：∑-=-=102)()(N n kn Njen x k X πkn Nj N n e n N ππ210)2sin(--=∑=kn N j N n n Nj nN j e e e j πππ21022)(21--=-∑-=∑-=+----=10)1(2)1(2)(21N n k n Nj k n N j e e j ππ从而∑-=-=-=10220)(21)0(N n n Nj nN j e e j X ππ∑-=--==-=10422)1(21)1(N n n Nj N j j N e j X π0)2(=X0)2(=-N X22)(21)1(102)2(2N j j N e e j N X N n n j n N N j =-=-=-∑-=--ππ以上这串式中)0(X 反映了)(n x 的直流分量，)1(X 是)(n x 的一次谐波，又根据虚实特性)1()1(X N X -=-，而其它分量均为零。
数字信号处理实验指导书2016
《数字信号处理》实验指导书王宏志吕洪武张李梅孙慧然计算机科学与工程学院2016年3月目录网络资源-基于WEB的数字信号处理实验教学系统 .... - 1 - 实验一熟悉MATLAB语言环境 .................................. - 2 - 实验二离散系统分析..................................................... - 7 - 实验三用FFT进行信号的频谱分析............................ - 9 - 实验四用窗函数设计FIR数字滤波器 ......................- 12 - 实验五设计IIR数字滤波器 .......................................- 13 - 实验六随机功率谱估计及MATLAB实现................- 18 - 附录：MATLAB简介 ...................................................- 19 -网络资源基于WEB的数字信号处理实验教学系统/单击”软件下载”即可下载实验系统,如下图所示:软件安装界面如下所示:软件运行界面如下所示:实验一熟悉MATLAB语言环境一、实验目的1．熟悉Matlab的基本使用方法，重点掌握常用于数字信号处理的相关指令。
2．利用Matlab实现序列的显示，运算等，加深对信号处理原理课程所学内容的理解。
二、实验内容及步骤1.双击Matlab 图标，进入主窗口，如图1所示。
其中右侧的是命令窗口(Command Window)。
Current Directory显示的是当前的目录，如果要在命令窗口中直接调用一个M文件，则必须保证其在这个目录下。
不同的机器上，Current Directory可能不同。
图1 进入Matlab时的画面2.下面的操作都在命令窗口(Command Window)中进行。
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数字信号处理实验指导书颜华刘笑楠刘斌主编二○○八年三前言目录前言 ....................................................................................................................................................................... - 1 - 目录 ....................................................................................................................................................................... - 1 - 实验一信号、系统及系统响应 ......................................................................................................................... - 2 -1.1实验目的及要求 ..................................................................................................................................... - 2 -1.2实验内容 ................................................................................................................................................. - 2 -1.3实验步骤 ................................................................................................................................................. - 2 -1.4思考题 ..................................................................................................................................................... - 4 -1.5选做题 ..................................................................................................................................................... - 4 -1.6实验报告要求 ......................................................................................................................................... - 4 - 实验二信号的谱分析 ......................................................................................................................................... - 5 -2.1实验目的及要求 ..................................................................................................................................... - 5 -2.2实验内容 ................................................................................................................................................. - 5 -2.3实验步骤、实验原理及思考题 ............................................................................................................. - 5 -2.4选做题 ..................................................................................................................................................... - 7 -2.5实验报告要求 ......................................................................................................................................... - 7 - 实验三IIR滤波器设计 ...................................................................................................................................... - 8 -3.1实验目的及要求 ..................................................................................................................................... - 8 -3.2实验内容 ................................................................................................................................................. - 8 -3.3实验步骤及实验报告要求 ..................................................................................................................... - 8 -3.4 选做题 .................................................................................................................................................... - 9 -3.5实验报告要求 ....................................................................................................................................... - 10 - 实验四FIR滤波器设计 ................................................................................................................................... - 11 -4.1实验目的及要求 ................................................................................................................................... - 11 -4.2实验原理与方法 ................................................................................................................................... - 11 -4.3实验步骤及内容 ................................................................................................................................... - 12 -4.4思考题： ............................................................................................................................................... - 13 -4.5选做题 ................................................................................................................................................... - 13 -4.6 实验报告要求 ...................................................................................................................................... - 13 -1、打开电脑时选择Windows XP系统2、打开MATLAB3、将Current Dictionary改成D：\MATLAB6P5\work\实验指导书及实验程序\数字信号处理实验程序4、输入dsp1(或dsp2)根据提示进行实验，并将实验结果截图，根据要求写报告5、交报告时，要求封皮统一，按学号从小到大顺序交上来6、实验完成后，务必将自己座位旁的垃圾带走实验一信号、系统及系统响应1.1实验目的及要求1、加深对线时不变系统、时域卷积定理的理解。