数字信号处理实验指导书用 1资料Word文件下载.docx
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数字信号处理实验指导书用 1资料Word文件下载.docx
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用做单下标援引。
注释号%后面的物理行作注释。
单引号‘’字符串记述符。
圆括号()函数指令时用;
数组援引时用。
方括号[]输入数组时用;
函数指令输出宗量列表时用。
续行号…由三个以上连续黑点构成,用于长指令。
常用操作指定主要有:
clc清除指令窗中显示内容
clear清除MATLAB工作空间中保存的变量。
closeall关闭所有打开的图形窗口
type显示指定m文件的内容。
disp显示变量的内容。
(3)标识符、特殊变量、函数
标识符是标志变量名、常量名、函数名和文件名的字符串的总称。
标识符可由字母、数字和下划线组成,但必须以英文字母开头。
标识符区分字母大小写。
特殊变量是MATLAB内部用来表达特殊含义的变量(包括常量),又称为MATLAB的预定义变量。
如:
ans(指当前未定义变量名的答案);
eps(表示浮点相对精度,eps=2-52≈2.2204e-016);
inf(无穷大);
nan(不是数);
i或j(虚单元);
pi(圆周率)。
在编写程序指定时,应尽可能不对这些预定义变量重新赋值。
MATLAB语言的优点和难点是函数多,仅基本部分就有700多个函数,共分22大类(即22个函数库)。
学习函数的基本方法是利用help命令或help窗口文件,在应用中逐步扩展掌握。
(4)矩阵运算和数组(元素群)运算
矩阵在结构上和二维数组没有区别,但矩阵是一种具有线性变换意义的二维数组,矩阵运算有明确而且严格的数学规则。
把矩阵作为一个整体进行运算的常用运算符有五个“’、*、/、\、^”,常用运算函数有三个“expm、logm、sqrtm”。
在做矩阵运算时,往往还需要进行行列提取、抽除、转置、重排等操作。
数组(元素群)运算是指对数组中所有元素按单个元素进行运算。
MATLAB所有的运算符和函数都适用于做数组运算。
如果是对数组进行“转置、乘、除、幂”等运算,必须在运算符前加一个小黑点。
(5)编辑调试m文件
对于比较简单的问题或一次性问题,可通过在指令窗中直接输入指令求解,但当指令较复杂,或一组指令只需改变少量参数就可解决不同问题时,直接在指令窗中逐条输入指令的方法就显得烦琐、累赘和笨拙。
m文件可以很好地解决这个问题。
m文件编辑器:
m文件可用编辑调试器(Edit/Debugger)进行编辑调试。
缺省情况下,m文件编辑器不随MATLAB的启动而开启,新建或打开m文件时均可启动m文件编辑器。
m文件的编写:
用clear,closeall,clc等语句清除工作空间的变量、关闭所有图形窗口和清空命令窗口;
除单引号内部的字符及注释外,程序语句必须用半角英文字母和符号(建议在程序输入时从头到尾用英文,汉字在程序调试完毕后加入);
编辑器可对程序的字体格式和段落缩进自动排版;
程序路径和标识符不允许出现汉字字符;
以%开头的物理行后面是注释(可用汉字)。
m文件的运行:
在m文件编辑调试器(Edit/Debugger)中执行Debug:
Run命令即可运行调试,可在命令窗口及工作空间窗口了解运行情况。
想退出运行的m文件可在命令窗中用“Ctrl+C”中止m文件的运行。
(6)matlab绘图
matlab绘图函数比较多,常用的MATLAB绘图函数有plot、stem、subplot、figure等。
利用plot函数可绘连续图象、利用stem函数可绘离散图象。
利用subplot函数可分割窗口。
利用figure函数可创建新的图形窗口或指定当前窗口。
title命令可给图加上标题;
xlabel/ylabel命令可给坐标轴加说明;
text或gtext命令可在图上任何位置加标注;
grid命令可在图上画坐标网格线;
holdon命令可保持当前图形绘图。
这些函数命令的调用格式,可参阅help查找。
表1基本线型和颜色
符号
颜色
线型
y
黄色
.
点
m
紫红
圆圈
c
青色
x
x标记
r
红色
+
加号
g
绿色
*
星号
b
兰色
-
实线
w
白色
:
点线
k
黑色
-.
点划线
--
虚线
3.实验内容及步骤
(1)用plot函数在0到2π范围内绘制两条正弦信号波形,波形需用不同线形区分,需加必要说明。
clc;
clear;
closeall;
formatcompact
x=linspace(0,2*pi,100);
y1=sin(x);
y2=sin(x-pi/4);
plot(x,y1,'
r'
);
holdon
plot(x,y2,'
b:
'
axis([0,2*pi,-1.1,1.1]);
xlabel('
x'
),ylabel('
y'
),
title('
正弦波形图'
),gridon
(2)用stem函数绘15点指数序列波形,需加必要说明。
n=0:
14,
xn=2*0.8.^n,
stem(n,xn,'
.'
n'
x(n)'
指数序列波形'
(3)已知序列,,计算卷积,并用三个子窗口绘制x(n),h(n)和y(n)的波形,需加必要说明。
formatcompact
xn=[2,3,1,-1,0,2],Nx=length(xn),
hn=[2,-1,1],Nh=length(hn),
yn=conv(xn,hn),Ny=length(yn),
(Ny-1),
subplot(3,1,1);
stem(n,[xn,zeros(1,Ny-Nx)],'
b.'
grid,title('
输入信号x(n)'
subplot(3,1,2);
stem(n,[hn,zeros(1,Ny-Nh)],'
h(n)'
脉冲响应h(n)'
subplot(3,1,3);
stem(n,yn,'
r.'
y(n)'
输出信号y(n)'
(4)已知系统的差分方程为
,令,判断系统是否稳定,绘出系统的幅频特性曲线和相频特性曲线。
A=[1,-1.8237,0.9801],B=[1/100.49,0,-1/100.49],
%系统差分方程系数向量A和B
[r,p,k]=tf2zp(B,A),%求系统的零、极点及增益
figure
(1);
zplane(B,A),%绘零极点图
figure
(2);
freqz(B,A);
%观察系统的谐振频率
实验一:
系统响应及系统稳定性
(1)掌握求系统响应的方法。
(2)掌握时域离散系统的时域特性。
(3)分析、观察及判断系统的稳定性。
描述系统特性有多种方式,时域描述有差分方程和单位脉冲响应,频域描述有系统函数和频率响应。
已知输入信号可以由差分方程、单位脉冲响应、系统函数或频率响应求系统输出信号。
(1)求系统响应本实验仅在时域求系统响应。
在计算机上,已知差分方程可调用filter函数求系统响应;
已知单位脉冲响应可调用conv函数计算系统响应。
(2)系统的时域特性系统的时域特性是指系统的线性、时不变性质、因果性和稳定性。
本实验重点分析系统的稳定性,包括观察系统的暂态响应和稳态响应。
(3)系统的稳定性判断系统的稳定性是指对任意有界的输入信号,系统都能得到有界的系统响应。
或者系统的单位脉冲响应满足绝对可和条件。
实际中,检查系统是否稳定,不可能检查系统对所有有界的输入信号,输出是否都是有界输出,或者检查系统的单位脉冲响应满足绝对可和的条件。
可行的方法是在系统的输入端加入单位阶跃序列,如果系统的输出趋近一个常数(包括零),就可以断定系统是稳定的。
(4)系统的稳态响应系统的稳态输出是指当时,系统的输出。
如果系统稳定,信号加入系统后,系统输出的开始一段称为暂态效应,随n的加大,幅度趋于稳定,达到稳态输出。
注意在以下实验中均假设系统的初始状态为零。
(1)已知差分方程求系统响应设输入信号,。
已知低通滤波器的差分方程为。
试求系统的单位冲响应,及系统对和的输出信号,画出输出波形。
(2)已知单位脉冲响应求系统响应设输入信号,已知系统的单位脉冲响应分别为,,试用线性卷积法分别求出各系统的输出响应,并画出波形。
(3)系统的稳定性判断给定一谐振系统的差分方程为
令,谐振器的谐振频率为0.4rad。
①输入信号为时,画出系统输出波形。
判断系统是否稳定。
②给定输入信号为,求出系统的输出响应,并画出其波形。
4.思考题
(1)如果输入信号为接近无限长的序列,系统的单位脉冲响应是有限长序列,可否用线性卷积法求系统的响应?
应如何求?
(2)如果信号经过低通滤波器,把信号的高频分量滤掉,时域信号会有何变化,结合实验
(1)结果进行分析说明。
5.实验报告要求
(1)结合实验内容打印程序清单和信号波形。
(2)对各实验结果进行简单分析和解释。
(3)简要回答思考题。
%
(1)已知差分方程求系统响应(显示50个数据)
clear;
closeall;
A=[1,-0.9];
B=[0.05,0.05];
49,%显示50个数据
x1n=[1,1,1,1,1,1,1,1,zeros(1,42)];
%产生信号x1(n)=R8(n)
x2n=ones(1,50);
%产生信号x2(n)=u(n)
hn=impz(B,A,50);
%求系统单位脉冲响应h(n)
stem(n,hn,'
grid;
%绘制点状图并加网格
ylabel('
hn'
系统的单位脉冲响应'
y1n=filter(B,A,x1n);
%求系统对x1(n)的响应y1(n)
stem(n,y1n,'
y1n'
系统对R8(n)的响应'
y2n=filter(B,A,x2n);
%求系统对x2(n)的响应y2(n)
stem(n,y2n,'
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