基于matlab数字信号处理实验平台设计.docx

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基于matlab数字信号处理实验平台设计

本科毕业设计论文

题目：

基于matlab数字信号处理实验平台设计

专业名称：

通信工程

学生姓名：

温贤福

指导老师：

毕业时间：

2011年6月

摘要

matlab软件是由MathWork公司于1984年推出的数学软件，最早的开发理念是提供一套完善的矩阵运算命令，随着数值运算需求的演变，Matlab已经成为各种系统仿真，数字信号处理和可视化的标准语言，已是目前国际上最为流行的软件之一。

它是众多科研工作者和工程设计人员的首选工作平台，掌握Matlab的使用，对于拓宽学生就业选择面，也有较大帮助。

数字信号处理是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。

它是把数字或符号表示的序列，通过计算机或专用处理设备，用数字的方式进行处理，以达到更符合人们要求的信号形式。

它可以将自然界的模拟、连续的信号进行抽样、量化转换为数字信号，再进行滤波、变换、估值、增强、压缩、及识别等处理。

随着计算机技术和大规模集成电路的飞速发展，数字信号处理技术也得到了迅速的发展和广泛的应用。

本文主要是介绍matlab在数字信号处理中的运用，包括用matlab表示和实现离散时间和系统。

典型信号的产生和信号运算子函数，在数字信号处理理论和matlab信号处理工具箱的基础上编写子函数，子函数包括:

信号的加、乘、位移和卷积运算.matlab在Z变换、傅立叶变换中的应用。

用matlab实现极点留数分解、Z反变换、求数字滤波器的频率响应、绘制滤波器的零极点图、快速傅里叶变换和反变换、线性调频Z变换、离散余弦正变换和反变换等。

基于matlab的IIR数字滤波器的设计。

基于matlab的FIR滤波器的设计。

本文的目的是把实验器材搬上电脑屏幕上，由于时间有限，本文只是用matlab设计一个简单的平台，这个平台可以一些简单的数字信号处理实验。

关键词：

matlab，数字信号处理，新兴

ABSTRACT

Matlabsoftwareislaunchedin1984MathWorkmathematicalsoftware.Thefirstdevelopmentphilosophyistoprovideacompletematrixoperationscommand.Withtheevolutionofnumericalcomputingneeds,matlabhasbecomeavarietyofsystemsimulation,digitalsignalprocessingandvisualizationofthestandardlanguage.Itistheinternationaloneofthemostpopularsoftware.Withawiderangeofsystemsanalysistosolveproblems,itisoneofmanyscientistsandengineersworkingplatformofchoicefordesignersandmastertheuseofmatlab,andishelpfultostudentstobroadenemploymentoptionsforthesurface.

Digitalsignalprocessingisawidelyusedbutmanydisciplinesinvolvedinmanyareasofemergingdisciplines.Itisthesequenceofnumbersorsymbols,orspecialhandlingbycomputerequipment,processedusingdigitalmeanstoachievemoreinlinewiththerequirementsofthesignalformofthepeople.Itcanbeanaloginnature,continuoussignalsampling,quantizationisconvertedtodigitalsignals,thenthefilter,transform,valuation,enhancement,compression,andrecognitionprocessing.Withthecomputertechnologyandtherapiddevelopmentoflargescaleintegratedcircuit,digitalsignalprocessingtechnologyhasalsobeenrapiddevelopmentandwideapplication.

Matlabinthispaperistointroducetheuseofdigitalsignalprocessing,includingtheuseofthediscretetimerepresentationandmatlabandsystems.AtypicalsignalgenerationandsignaloperationFunctions,indigitalsignalprocessingtheoryandsignalprocessingtoolboxofmatlabbasedonthepreparationofFunctions,Functionsinclude:

thesignaloftheaddition,multiplication,shiftandparityConvolution.matlabintheZtransform,Fouriertransformof.Achievedbypoleresiduesdecompositionmatlab,Zinversetransform,findthedigitalfilterfrequencyresponse,pole-zerofiltertodrawmaps,fastFouriertransformandinversetransform,chirpZtransform,discretecosinetransformandinversetransformisAndsoon.IIRdigitalfilterdesignbasedonmatlab.FIRfilterdesignbasedonmatlab.itistotestequipmentontoacomputerscreen,duetotimeconstraints,thisisjustasimpledesignwithmatlabplatform,theplatformcanbesomesimpledigitalsignalprocessingexperiments.

Keywords:

matlab,digitalsignalprocessing,new

第一章绪论

1.1研究的意义和背景

matlab是一个高性能的科学计算软件，广泛应用于数学计算、算法开发、数学建模、系统仿真、数据分析处理及可视化、科学和工程绘图、应用系统开发等。

当前它的使用范围涵盖了工业、电子、医学、医疗、建筑等领域。

自20世纪80年代推出后，matlab便得到了广大工程技术人员的极大欢迎和认可，并得到了快速的发展。

到20世纪90年代，matlab已经成为国际控制界公认的标准计算软件。

matlab语言是一种简单、高效、功能极强的高级语言，具有强大的矩阵运算能力和极高的编程效率，这一方面使得matlab程序可以被高度向量化，另一方面使得程序易读易写。

目前在欧美各国matlab的使用十分普及。

在大学的数学、工程和科学系科，matlab被用作许多课程的辅助教学手段；在科研机构和工业界，matlab是高质量新产品研究、开发和分析的主要工具之一。

matlab开放的产品体系使matlab成为了诸多领域的首选开发软件，matlab也成为目前数值计算、信号与系统的可视化等领域设计和仿真不可或缺的技术，在机械、电子、自动化、水利工程等领域有着广泛的应用前景。

matlab提供的工具箱已覆盖信号处理、系统控制、统计计算、优化计算、神经网络、小波分析、偏微分方程、模糊逻辑、动态系统模拟、系统辨识和符号运算等各个领域[1]。

目前，matlab用于数字信号处理仿真实验平台的设计已经十分普遍，很多实验在真正在实验室操作之前，一般先进行仿真，而matlab为此提供了十分便利的条件。

在现在社会分工及其复杂，实验成为了科学研究的必需。

而实验室有限和实验越来越多的矛盾就凸显出来了。

所以，人们想出了在计算机上，利用一定的软件进行模拟实验的办法，而matlab就是其中一款十分受欢迎的软件。

用matlab设计出来的数字信号处理仿真平台，使更多的能够参与到实验中来，由于平台有高度仿真的效果，所以对科学的发展也起到很大的推动作用[2]。

在计算机演主角的21世纪，仿真平台使得实验能在计算机上进行，使实验跟上了时代的步伐，是科学史上的一大进步。

1.2研究的目的

在matlab环境下建立一个实验平台，这个平台能够进行一些简单的模拟实验。

例如：

极点留数分解、Z反变换、求数字滤波器的频率响应、绘制滤波器的零极点图等。

鉴于很多实验的实际操作相当复杂，先这个平台上进行模拟，成功后再到实验室进行实验。

很好地提高实验的准确性和效率。

该平台主要用于学生的模拟实验，在实验室条件有限的情况下，使学生能掌握基本的实验技巧，通过实验更好地理解和掌握有关知识[3]。

1.3研究的内容

本文主要研究和涉及的内容有有以下几方面：

（1）用matlab表示和实现离散时间和系统。

典型信号的产生和信号运算子函数，在数字信号处理理论和MATLAB信号处理工具箱的基础上编写子函数，子函数包括:

信号的加、乘、位移、翻褶、抽取、插值、奇偶综合和卷积运算（信号应包含正弦信号，方波信号和三角波信号）。

（2）matlab在Z变换、傅立叶变换中的应用。

用matlab实现极点留数分解、Z反变换、求数字滤波器的频率响应、绘制滤波器的零极点图、快速傅里叶变换和反变换、线性调频Z变换、离散余弦正变换和反变换等。

（3）基于matlab的IIR数字滤波器的设计。

采用巴特沃兹型设计数字低通滤波器、采用巴特沃兹型设计数字带通、采用巴特沃兹型设计数字高通、采用巴特沃兹型设计数字带阻滤波器、用双线法设计数字滤波器、IIR数字滤波器的综合设计。

（4）基于matlab的FIR滤波器的设计。

7种窗函数的产生、设计多带滤波器、利用切比雪夫最佳一致逼近法设计低通、利用切比雪夫最佳一致逼近法设计多带陷波器、频率采样法设计数字滤波器、FIR数字滤波器的最优字滤波器的综合设计。

1.4国内外研究发展情况

随着科学技术的发展,传统的实验室不足，不能满足越来越多的实验需求,远远满足不了现代教学的需要.另外学生在实验室操作往往无法在短时间内达到很好的效果.计算机技术的飞速发展和MATLAB软件的推出,利用计算机进行模拟仿真实验越来越受欢迎。

MATLAB是数字信号处理的一个卓越平台,具