数字信号处理实验指导书思考题答案实验图.docx
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数字信号处理实验指导书思考题答案实验图
实验一Matlab与数字信号处理基础…………………………………………………………2
实验二离散傅里叶变换与快速傅里叶变换…………………………………………………4
实验三数字滤波器结构………………………………………………………………………6
注释…………………………………………………………………………………………9
主要参考文献……………………………………………………………………………………9
实验一Matlab与数字信号处理基础
一、实验目的和任务
1、熟悉Matlab的操作环境
2、学习用Matlab建立基本序列的方法;
3、学习用仿真界面进行信号抽样的方法。
二、实验内容
1、基本序列的产生:
单位抽样序列、单位阶跃序列、矩形序列、实指数序列和复指数序列的产生
2、用仿真界面进行信号抽样练习:
用simulink建模仿真信号的抽样
三、实验仪器、设备及材料
计算机、Matlab软件
四、实验原理
序列的运算、抽样定理
五、主要技术重点、难点
Matlab的各种命令与函数、建模仿真抽样定理
六、实验步骤
1、基本序列的产生:
单位抽样序列δ(n):
n=-2:
2;
x=[00100];
stem(n,x);
单位阶跃序列u(n):
n=-10:
10;
x=[zeros(1,10)ones(1,11)];
stem(n,x);
矩形序列RN(n):
n=-2:
10;
x=[00ones(1,5)zeros(1,6)];
stem(n,x);
实指数序列0.5n:
n=0:
30;
x=0.5.^n
stem(n,x);
复指数序列e(-0.2+j0.3)n:
n=0:
30;
x=exp((-0.2+j*0.3)*n);
模:
stem(n,abs(x));
幅角:
stem(n,angle(x));
2、用仿真界面进行信号抽样练习:
(1)在Matlab命令窗口中输入simulink并回车,以打开仿真模块库;
(2)按CTRL+N,以新建一仿真窗口;
在仿真模块库中用鼠标点击Sources(输入源模块库),从中选择sinewave(正弦波模块)并将其拖至仿真窗口;
(3)在仿真模块库中用鼠标点击Discrete(离散模块库),从中选择Zero-OrderHold(零阶保持器模块)并将其拖至仿真窗口;
(4)在仿真模块库中用鼠标点击Sinks(显示模块库),从中选择Scope(示波器模块)并将其拖至仿真窗口;
(5)在仿真窗口中把上述模块依次连接起来;
(6)用鼠标双击Scope模块,以打开示波器的显示界面;
(7)用鼠标点击仿真窗口工具条中的►图标开始仿真,结果显示在示波器中;
(8)用鼠标双击Zero-OrderHold模块,打开其参数设置窗口,改变sampletime参数值,例如1、0.5、0.1、0.05…,用鼠标点击仿真窗口工具条中的►图标开始仿真,比较示波器显示结果(选三个参数值,得三个结果);
(9)在仿真模块库中用鼠标点击Sinks(显示模块库),从中选择ToWorkspace(输出到当前工作空间的变量模块)并将其拖至仿真窗口;
(10)用鼠标双击ToWorkspace模块,打开其参数设置窗口,改变variablename参数值为x;同时把saveformat参数值设置为Array;
(11)在仿真窗口中先用鼠标点击Zero-OrderHold模块与Scope模块的连线,然后按住CTRL键,从选中连线的中部引出一条线到ToWorkspace模块;
(12)用鼠标双击Zero-OrderHold模块,打开其参数设置窗口,改变sampletime参数值,例如1、0.5、0.1、0.05…,用鼠标点击仿真窗口工具条中的►图标开始仿真,并返回命令窗口,用stem(x)作图,比较序列图显示结果(选三个参数值,得三个结果);
七、实验报告要求
1、实验步骤按实验内容指导进行;
2、对于实验内容1和2的数据必须给出的离散图,其相关参数应在图中注明;
3、具有关联性和比较性的图形最好用subplot()函数,把它们画在一起;
4、实验报告按规定格式填写,要求如下:
(1)实验步骤根据自己实际操作填写;
(2)各小组实验数据不能完全相同,否则以缺席论处;
5、实验结束,实验数据交指导教师检查,得到允许后可以离开,否则以缺席论处;
八、实验注意事项
1、Matlab编程、文件名、存盘目录均不能使用中文。
Matlab要区分英文大小写。
2、实验结果要保存,打印后贴在实验报告上。
3、拷图技巧
stem(n,x)得到的Figure
(1)在Figure界面下,先把整个窗口缩小;
(2)在Figure界面下,点击菜单Edit/CopyFigure;
(3)在Word界面下,用粘贴命令…
Scope显示的图
(1)键盘上按PrtScreen键
(2)打开Windows附件->画图->编辑->粘贴
(3)选画图板左边工具栏虚线方框按钮,用鼠标在图中选定所需区域,按CTRL+c
(4)在Word文档中按CTRL+v
九、思考题
1、已知离散系统的输入x(n)和冲激响应h(n)如下,求相应的响应y(n),在计算前估算y(n)的长度。
x(n)=[1,4,3,5,1,2,3,5]h(n)=[4,2,4,0,4,2]提示:
卷积命令c=conv(f,h);
2、实验步骤2中的奈奎斯特频率是多少?
1/3Hz
实验二离散傅里叶变换与快速傅里叶变换
一、实验目的和任务
1、练习M文件(函数)的编写;
2、学习DFT、FFT的初步应用;
二、实验内容
1、编写离散傅里叶变换式的M文件:
2、自编函数dft、idft与工具函数fft、ifft的比较:
用simulink建模仿真信号的抽样
三、实验仪器、设备及材料
计算机、Matlab软件
四、实验原理
DFT、IDFT、FFT、IFFT
五、主要技术重点、难点
Matlab的各种命令与函数、分别绘出DFT、IDFT的实部和虚部
六、实验步骤
1、编写自己的离散傅里叶变换式:
说明:
离散傅里叶变对表达式如下
编写M文件(函数)的具体步骤
(1)用鼠标点击Matlab主界面工具条上的NewM-File图标,打开M文件编辑窗口;
(2)在编辑框中输入以下程序后以文件名“dft.m”存盘(请不要改变路径设置);
DFT.m程序
程序说明
function[Xk]=dft(xn)
定义函数dft,xn为参数
xn为需要进行DFT的序列
ifnargin<1error('needx(n)!
');end
dft需要参数
N=length(xn);
取序列的点数
n=0:
N-1;
k=0:
N-1;
WN=exp(-j*2*pi/N);
计算
nk=n'*k;
WNnk=WN.^nk;
Xk=xn*WNnk;
(3)重复步骤
(1),在编辑框中输入以下程序后以文件名“idft.m”存盘;
IDFT.m程序代码
程序说明
function[xn]=idft(Xk)
定义函数dft,xn为参数
xn为需要进行DFT的序列
ifnargin<1error('needX(k)!
');end
dft需要参数
N=length(Xk);
取序列的点数
n=0:
N-1;
k=0:
N-1;
WN=exp(-j*2*pi/N);
计算
nk=n'*k;
WNnk=WN.^(-nk);
xn=Xk*WNnk/N;
2、自编函数dft、idft与工具函数fft、ifft的比较:
(1)在命令窗口中建立一序列x(6点);x=[521组号*]
(2)分别用dft和fft对x进行离散傅立叶变换(X1=dft(x);X2=fft(x);),比较结果;
(3)分别用idft和ifft进行逆离散傅立叶变换(x1=idft(X1);x2=ifft(X2);),比较结果(x1、x2与原序列x进行比较,x1和x2相互比较);
3、DFT的应用:
(1)在Matlab主界面中,用鼠标点击菜单File/ImportData…;
(2)在文件对话框中选择数据文件dsp01.mat,导入信号x;(x为512点的序列)
(3)对信号进行fft变换,作出幅度谱和相位谱。
程序代码
程序说明
N=length(x);
取得信号点数
n=0:
N-1;
X=fft(x);
进行DFT
mX=abs(X);
取模
aX=angle(X);
取幅角
w=2*pi*n/N;
计算各点频率
subplot(2,1,1);
plot(w(1:
256),mX(1:
256));
作幅度谱(线图)
subplot(2,1,2);
plot(w(1:
256),aX(1:
256));
作相位谱(线图)
七、实验报告要求
1、实验步骤按实验内容指导进行;
2、对于实验内容1要给出程序;
3、对于实验内容2要给出对比数据和相关结论;
4、对于实验内容3要给出相关谱线;
5、实验报告按规定格式填写,要求如下:
(1)实验步骤根据自己实际操作填写;
(2)各小组实验数据不能完全相同,否则以缺席论处;
6、实验结束,实验数据交指导教师检查,得到允许后可以离开,否则以缺席论处。
八、实验注意事项
1、Matlab编程、文件名、存盘目录均不能使用中文。
2、实验结果要保存,打印后贴在实验报告上。
3、拷图技巧
(1)在Figure界面下,先把整个窗口缩小;
(2)在Figure界面下,点击菜单Edit/CopyFigure;
(3)在Word界面下,用粘贴命令…
九、思考题
1、在离散幅度谱中本已分开的谱线,用线图表示时却没有分开,为什么?
提示:
stem与plot命令的区别
实验三数字滤波器结构
一、实验目的和任务
1、学习Matlab的离散仿真环境;
2、学习用Matlab建立离散系统的方法;
3、通过实验操作熟悉滤波器结构;
二、实验内容
1、用Matlab仿真离散系统:
2、用直接Ⅰ型结构实现滤波器:
3、用直接Ⅱ型结构实现滤波器:
4、用级联型结构实现滤波器(选作):
三、实验仪器、设备及材料
计算机、Matlab软件
四、实验原理
FIR滤波器、IIR滤波器的各种结构
五、主要技术重点、难点
用Matlab提供的模块组建各种滤波器。
六、实验步骤
1、用Matlab仿真离散系统:
已知某系统的差分方程为y(n)=x(n)+2.5y(n-1)-y(n-2),
其冲激响应为
,
试用Matlab仿真差分方程,求其冲激响应,并把结果与h(n)比较。
具体操作步骤:
(1)在Matlab命令窗口中输入simulink并回车,以打开仿真模块库;
(2)在该窗口中选择File/Open…菜单,打开IIR01.mdl文件;
(3)打开的窗口中已有所需模块,请按下图连接各模块;
(4)用鼠标点击仿真窗口工具条中的►图标开始仿真;
(5)回到Matlab命令窗口中,输入以下程序,比较结果:
程序代码
程序说明
n=0:
10;
h=(4/3)*2.^n-(1/3)*(0.5).^n;
求理论上的冲激序列
subplot(2,1,1);
stem(n,h);
作出理论上的冲激序列
subplot(2,1,2);
stem(n,y);
作出实验上的冲激序列
2、用直接Ⅰ型结构实现滤波器:
已知某滤波器的差分方程(见下),试用直接Ⅰ型结构实现该滤波器,求冲激响应。
y(n)=x(n)+1.4x(n-1)+0.3x(n-2)-0.3y(n-1)+0.2y(n-2),
具体操作步骤:
(4)打开IIR02.mdl文件,窗口中已有所需模块,请按下图连接各模块;
(5)用鼠标点击仿真窗口工具条中的►图标开始仿真;
(6)回到Matlab命令窗口中,输入以下程序,观察冲激响应序列;
程序代码
程序说明
n=0:
10;
stem(n,y1);
作出冲激序列
3、用直接Ⅱ型结构实现滤波器:
试用直接Ⅱ型结构实现内容2中的滤波器,求冲激响应。
具体操作步骤:
(1)打开IIR03.mdl文件,窗口中已有所需模块,请按下图连接各模块;
(2)用鼠标点击仿真窗口工具条中的►图标开始仿真;
(3)回到Matlab命令窗口中,输入以下程序,观察冲激响应序列(比较结果);
程序代码
程序说明
subplot(2,1,1);
stem(n,y1);
直接Ⅰ型冲激序列
subplot(2,1,2);
stem(n,y2);
直接Ⅱ型冲激序列
4、用级联型结构实现滤波器(选作):
已知某滤波器的系统函数H(z)可进行如下分解,试用级联型结构实现该滤波器
(1)打开Filter04.mdl文件,点击►图标进行仿真;
(2)回到Matlab命令窗口中,输入以下程序,观察冲激响应序列;
程序代码
程序说明
stem(n,y3(1,1:
11));
级联型冲激序列
(3)打开Filter05.mdl文件(交换子系统的顺序),点击►图标进行仿真;
(4)回到Matlab命令窗口中,输入以下程序,观察冲激响应序列(比较结果);
程序代码
程序说明
subplot(2,1,1);
stem(n,y3(1,1:
11));
subplot(2,1,2);
stem(n,y4(1,1:
11));
七、实验报告要求
1、实验步骤按实验内容指导进行;
2、对于实验内容1、2和3的数据必须给出的仿真模块图和冲激响应图;
3、实验内容4仅作为练习,不用给出相关数据;;
4、实验报告按规定格式填写,要求如下:
(1)实验步骤根据自己实际操作填写;
(2)各小组实验数据不能完全相同,否则以缺席论处;
5、实验结束,实验数据交指导教师检查,得到允许后可以离开,否则以缺席论处;
八、实验注意事项
1、Matlab编程、文件名、存盘目录均不能使用中文。
2、实验结果要保存,打印后贴在实验报告上。
3、仿真模块图的拷贝
(1)在仿真界面下,先把整个窗口缩放到合适的大小;
(2)点击菜单Edit/Copymodeltoclipboard;
(3)在Word界面下,进行粘贴操作;
九、思考题
1、要得到一个方便调节零极点的IIR滤波器应用什么结构,为什么?
采用级联结构的。
从级联型结构中看到,它的每一个基本节只是关系到滤波器的某一对极点和一对零点,调整系数、只单独调整了滤波器第i对零点而不影响其他任何零点。
同样,调整系数、也只单独调整了滤波器第i对极点。
因此,这种结构便于准确地实现单节滤波器的零极点,也便于性能调整。
然而从总体看,某频率成分在某一节阻断即表现为整体上的阻断,必须在每一节畅通才能表现为整体的畅通,所以,容易控制零点而难于调整极点。
注释
无
主要参考文献:
[1]《MATLAB符号运算及应用》,黄忠霖编,国防工业出版社,2004
实验一
思考题
实验二
实验三
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- 关 键 词:
- 数字信号 处理 实验 指导书 思考题 答案