T12数字信号处理MATLAB版上机实验操作.docx
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T12数字信号处理MATLAB版上机实验操作
实验一离散时间信号与系统
一、实验目的:
1、熟悉常见离散时间信号的产生方法;
2、熟悉离散时间系统的单位脉冲响应和单位阶跃响应的求解方法;
3、熟悉离散时间信号经过离散时间系统的响应的求解方法。
二、实验内容:
已知离散时间系统差分方程为y(n)-0.5y(n-1)+0.06y(n-2)=x(n)+x(n-1),求
1、该系统的单位脉冲响应并绘图;
2、该系统的单位阶跃响应并绘图;
3、已知x(n)=可自己指定用filter函数经过系统的响应并绘图;
4、用conv_m函数求系统响应并绘图。
三、实验平台:
MATLAB集成系统
四、设计流程:
此处写个人自己的设计流程
五、程序清单:
此处写程序内容
六、调试和测试结果:
此处写程序的执行结果和实验过程中的调试经过、出现的错误和对应的解决方法
七、教师评语与成绩评定
此处由老师填写
上机操作:
实验一离散时间信号与系统
实验内容:
1.脉冲响应
>>b=[1,1];a=[1,-0.5,0.06];n=[-10:
25];
>>impz(b,a,n);
>>title('ImpulseResponse');xlabel('n');ylabel('h(n)')
2.单位阶跃响应
>>t=-10:
25;x=(t>=0);s=filter(b,a,x);
>>stem(n,s)
>>title('StepResponse');xlabel('n');ylabel('s(n)')
3.>>a=[1,-0.5,0.06];b=[1,1];
>>n=-20:
120;
>>x1=exp(-0.05*n).*sin(0.1*pi*n+pi/3);
>>s1=filter(b,a,x1);%分子分母系数ba构成的滤波器对矢量x1滤波
>>stem(n,s1);;xlabel('n');ylabel('s1(n)');
4.>>a=[1,-0.5,0.06];b=[1,1];
>>n=-20:
120;
>>h=impz(b,a,n);
>>x1=exp(-0.05*n).*sin(0.1*pi*n+pi/3);
>>y=conv(x1,h);
>>m=-50:
length(y)-51;
>>stem(m,y);title('系统响应');xlabel('m');ylabel('y(m)');
实验二离散信号与系统的连续频域分析
一、实验目的:
1、掌握离散时间信号的DTFT的MATLAB实现;
2、掌握离散时间系统的DTFT分析;
3、掌握系统函数和频率相应之间的关系。
二、实验内容:
1、自定义一个长度为8点的信号,信号幅度值也由自己任意指定,对该信号作DTFT,分别画出幅度谱和相位谱
2、已知离散时间系统差分方程为y(n)-0.5y(n-1)+0.06y(n-2)=x(n)+x(n-1),求出并画出其频率响应
3、求该系统系统函数,并画极零点图,并通过freqz函数求频率响应。
三、实验平台:
MATLAB集成系统
四、设计流程:
此处写个人自己的设计流程
五、程序清单:
此处写程序内容
六、调试和测试结果:
此处写程序的执行结果和实验过程中的调试经过、出现的错误和对应的解决方法
七、教师评语与成绩评定
此处由老师填写
上机操作
1
>>n=0:
7;
>>x=(0.9*exp(j*pi/3)).^n;
>>w=-pi:
pi/200:
pi;
>>X=x*exp(-j).^(n'*w);
>>magX=abs(X);angX=angle(X);
>>subplot(2,1,1);plot(w/pi,magX);xlabel('w/pi');ylabel('幅度|X|');
>>subplot(2,1,2);plot(w/pi,angX);xlabel('w/pi');ylabel('相位(rad/π)');
2
>>a=[1,-0.5,0.06];b=[1,1,0];
>>m=0:
length(b)-1;l=0:
length(a)-1;
>>w=0:
pi/500:
pi;
>>num=b*exp(-j*m'*w);
>>den=a*exp(-j*l'*w);
>>H=num./den;
>>magH=abs(H);angH=angle(H);
>>H1=freqz(b,a,w);
>>magH1=abs(H1);angH1=angle(H1);
>>subplot(2,2,2);plot(w/pi,angH/pi);grid;xlabel('w(frequencyinpiunits)');ylabel('相位(rad/π)');
>>subplot(2,2,1);plot(w/pi,magH);grid;xlabel('w(frequencyinpiunits)');ylabel('幅度|H|');
>>subplot(2,2,3);plot(w/pi,magH1);grid;xlabel('w(frequencyinpiunits)');ylabel('幅度|H1|');
>>subplot(2,2,4);plot(w/pi,angH1/pi);grid;xlabel('w(frequencyinpiunits)');ylabel('相位(rad/π)');axis([0,1,-0.8,0]);
>>figure
(2);zplane(b,a);
实验3离散信号与系统的离散频域分析(DFT)
一、实验目的:
1、掌握离散时间系统的DFT的MATLAB实现;
2、熟悉DTFT和DFT之间的关系。
3、了解信号不同变形的DFT与原信号DFT之间的关系
二、实验内容:
自定义一个长为8点的信号;
1、对信号分别做8点、16点、32点DFT,分别与DTFT合并作图并比较DFT与DTFT之间的关系。
2、在信号后加零扩展至八点,每两个相邻样本之间插入一个零值,扩充为16点序列,作DFT,画出幅度谱和相位谱,并与原序列的DFT进行比较。
3、将信号以8为周期扩展,得到长为16的两个周期,作DFT,画出幅度谱和相位谱,并与原序列的DFT进行比较。
三、实验平台:
MATLAB集成系统
四、设计流程:
此处写个人自己的设计流程
五、程序清单:
此处写程序内容
六、调试和测试结果:
此处写程序的执行结果和实验过程中的调试经过、出现的错误和对应的解决方法
七、教师评语与成绩评定
此处由老师填写
上机操作
1.
>>n=0:
7;
>>x=(0.9*exp(j*pi/3)).^n;
>>x1=[xzeros(1,8)];x2=[x1zeros(1,16)];
>>Xk=dft(x,8);Xk1=dft(x1,16);Xk2=dft(x2,32);
>>w=0:
pi/200:
2*pi;X=x*exp(-j).^(n'*w);
>>magX=abs(X);angX=angle(X);
>>magXk=abs(Xk);angXk=angle(Xk);magXk1=abs(Xk1);angXk1=angle(Xk1);
>>magXk2=abs(Xk2);angXk2=angle(Xk2);
>>subplot(4,2,1);plot(w/pi,magX);xlabel('w/pi');ylabel('幅度|X|');gridon;
>>subplot(4,2,2);plot(w/pi,angX);xlabel('w/pi');ylabel('相位(rad/π)');
>>subplot(4,2,3);stem(0:
7,magXk);xlabel('k');ylabel('幅度|X(k)|');axis([0,8,0,6]);
>>subplot(4,2,4);stem(0:
7,angXk);xlabel('k');ylabel('相位(rad/π)');axis([0,8,-2,2]);
>>subplot(4,2,5);stem(0:
15,magXk1);xlabel('k');ylabel('幅度|X1(k)|');axis([0,16,0,6]);
>>subplot(4,2,6);stem(0:
15,angXk1);xlabel('k');ylabel('相位(rad/π)');axis([0,16,-2,2]);
>>subplot(4,2,7);stem(0:
31,magXk2);xlabel('k');ylabel('幅度|X2(k)|');axis([0,32,0,6]);
>>subplot(4,2,8);stem(0:
31,angXk2);xlabel('k');ylabel('相位(rad/π)');axis([0,32,-2,2]);
function[Xk]=dft(xn,N)
n=0:
N-1;
k=0:
N-1;
Wn=exp(-j*2*pi/N);
nk=n'*k;
Xk=xn*(Wn.^nk);
2.
>>n=0:
7;
>>x=(0.9*exp(j*pi/3)).^n;
>>fori=1:
8%将原序列每两个相邻样本之间插入一个零值,扩展为长为16的序列
y1(2*i-1:
2*i)=[x(i)0];
end
>>Yk1=dft(y1,16);
Warning:
FunctioncalldftinvokesinexactmatchD:
\MATLAB7\work\DFT.M.
>>magYk1=abs(Yk1);angYk1=angle(Yk1);
>>y2=[xx];%将信号以8为周期扩展,得到长为16的两个周期
>>Yk2=dft(y2,16);
>>magYk2=abs(Yk2);angYk2=angle(Yk2);
>>Xk=dft(x,8);
>>magXk=abs(Xk);angXk=angle(Xk);
>>subplot(3,2,1);stem(0:
7,magXk);xlabel('k');ylabel('幅度|X(k)|');
>>subplot(3,2,2);stem(0:
7,angXk);xlabel('k');ylabel('相位(rad/π)');
>>subplot(3,2,3);stem(0:
15,magYk1);xlabel('k');ylabel('幅度|Y1(k)|');
>>subplot(3,2,4);stem(0:
15,angYk1);xlabel('k');ylabel('相位(rad/π)');
>>subplot(3,2,5);stem(0:
15,magYk2);xlabel('k');ylabel('幅度|Y2(k)|');
>>subplot(3,2,6);stem(0:
15,angYk2);xlabel('k');ylabel('相位(rad/π)');
对照:
n=0:
63;
x=(0.9*exp(j*pi/3)).^n;
fori=1:
64%将原序列每两个相邻样本之间插入一个零值,扩展为长为128的序列
y1(2*i-1:
2*i)=[x(i)0];
end
Yk1=dft(y1,128);
magYk1=abs(Yk1);angYk1=angle(Yk1);
n2=0:
127;
y2=(0.9*exp(j*pi/3)).^n2;;%信号长为128
Yk2=dft(y2,128);
magYk2=abs(Yk2);angYk2=angle(Yk2);
Xk=dft(x,64);
magXk=abs(Xk);angXk=angle(Xk);
subplot(3,2,1);stem(0:
63,magXk);xlabel('k');ylabel('幅度|X(k)|');
subplot(3,2,2);stem(0:
63,angXk);xlabel('k');ylabel('相位(rad/π)');
subplot(3,2,3);stem(0:
127,magYk1);xlabel('k');ylabel('幅度|Y1(k)|');
subplot(3,2,4);stem(0:
127,angYk1);xlabel('k');ylabel('相位(rad/π)');
subplot(3,2,5);stem(0:
127,magYk2);xlabel('k');ylabel('幅度|Y2(k)|');
subplot(3,2,6);stem(0:
127,angYk2);xlabel('k');ylabel('相位(rad/π)');
实验四IIR滤波器设计
一、实验目的:
1、掌握各种模拟原型滤波器的滤波特性;
2、掌握模数滤波器变换时的脉冲响应不变法和双线性变换法;
3、掌握低通滤波器变换成其他类型滤波器的方法;
4、能够根据指标选择合适的原型滤波器和合适的方法设计IIR滤波器。
二、实验内容:
1、自定设计指标(通带截止频率、通带波纹、阻带截止频率、阻带衰减),选择合适的模拟原型低通滤波器和合适的设计方法(脉冲响应不变法或双线性变换法),设计符合要求的IIR滤波器;并验证设计好的滤波器是否满足要求。
2、将此低通滤波器映射为高通、带通或带阻滤波器,并验证变换后的滤波器是否满足指标。
3、求输入x(n)=[cos(w1n)+cos(w2n)]u(n)经过系统后的输出y(n)。
其中w1位于通带内,w2位于阻带内,要求做一个两行两列的子图,第一个做x的时域波形,第二个做x的幅度谱,第三个做y的时域波形,第四个做y的幅度谱。
三、实验平台:
MATLAB集成系统
四、设计流程:
此处写个人自己的设计流程
五、程序清单:
此处写程序内容
六、调试和测试结果:
此处写程序的执行结果和实验过程中的调试经过、出现的错误和对应的解决方法
七、教师评语与成绩评定
此处由老师填写
上机操作
模拟原型Butterworth滤波器:
>>wp=0.4*pi;ws=0.6*pi;Rp=0.5;As=50;
>>[b,a]=afd_butt(wp,ws,Rp,As);
***ButterworthFilterOrder=17
>>[db,mag,pha,w]=freqs_m(b,a,pi);
>>[ha,x,t]=impulse(b,a,100);
>>subplot(2,2,1);plot(w/pi,mag);xlabel('w');ylabel('|H|');gridon
>>subplot(2,2,2);plot(w/pi,pha);xlabel('w');ylabel('相位');gridon
>>subplot(2,2,3);plot(w/pi,db);xlabel('w');ylabel('db');gridon
>>subplot(2,2,4);plot(t,ha);xlabel('t');ylabel('ha(t)');axis([0,100,-0.2,0.4]);gridon
双线性变换法求得的数字Butterworth低通滤波器:
>>wp=0.4*pi;ws=0.6*pi;Rp=0.5;As=50;
>>T=2;OmegaP=(2/T)*tan(wp/2);OmegaS=(2/T)*tan(ws/2);
>>N=ceil((log10((10^(Rp/10)-1)/(10^(As/10)-1)))/(2*log10(OmegaP/OmegaS)));
>>OmegaC=OmegaP/((10^(Rp/10)-1)^(1/(2*N)));wn=2/pi*atan(OmegaC*T/2);
>>[b,a]=butter(N,wn);
>>[db,mag,pha,grd,w]=freqz_m(b,a);
>>n=0:
100;
>>h=impz(b,a,n);
>>subplot(2,2,1);plot(w/pi,mag);xlabel('w');ylabel('|H|');axis([0,1,0,1.15]);gridon
>>subplot(2,2,2);plot(w/pi,pha);xlabel('w');ylabel('相位');axis([0,1,-4,4]);gridon
>>subplot(2,2,3);plot(w/pi,db);xlabel('w');ylabel('db');axis([0,1,-140,20]);gridon
>>subplot(2,2,4);stem(n,h);xlabel('n');ylabel('h(n)');axis([0,100,-0.2,0.4]);gridon
由前面的数字Butterworth低通滤波器映射得到的高通滤波器:
接上面的程序
>>wp1=ws;ws1=wp;
>>[N1,wn1]=buttord(wp1/pi,ws1/pi,Rp,As);
>>[b1,a1]=butter(N1,wn1,'high');
>>[db1,mag1,pha1,grd1,w1]=freqz_m(b1,a1);
>>h1=impz(b1,a1,n);
>>subplot(2,2,1);plot(w1/pi,mag1);xlabel('w1');ylabel('|H1|');axis([0,1,0,1.15]);gridon
>>subplot(2,2,2);plot(w1/pi,pha1);xlabel('w1');ylabel('相位');axis([0,1,-4,4]);gridon
>>subplot(2,2,3);plot(w1/pi,db1);xlabel('w1');ylabel('db1');axis([0,1,-140,20]);gridon
>>subplot(2,2,4);stem(n,h1);xlabel('n');ylabel('h1(n)');gridon
信号x(n)通过数字Butterworth低通滤波器:
接上面程序
>>w1=0.3*pi;w2=0.7*pi;
>>x=cos(w1*n)+cos(w2*n);
>>[y,ny]=conv_m(x,n,h',n);
>>X=dtft(x,n,w);
>>Y=dtft(y,ny,w);
>>magX=abs(X);magY=abs(Y);figure
(2);
>>subplot(2,2,1);stem(n,x);xlabel('n');ylabel('x(n)');gridon
>>subplot(2,2,2);plot(w/pi,magX);xlabel('w');ylabel('幅度|X|');gridon
>>subplot(2,2,3);stem(ny,y);xlabel('n');ylabel('y(n)');gridon
>>subplot(2,2,4);plot(w/pi,magY);xlabel('w');ylabel('幅度|Y|');gridon
实验五FIR滤波器设计方法
一、实验目的:
1、掌握不同窗函数的性能指标;
2、根据指标选择窗函数设计FIR滤波器。
3、掌握频率采样法设计FIR滤波器
二、实验内容:
自定滤波器的类型(低通,高通或带通)、设计指标(通带截止频率、通带波纹、阻带截止频率、阻带衰减)
1、根据指标选择合适的窗函数,用窗口设计法设计符合指标的FIR滤波器;并验证其性能是否满足预定指标。
参考书上例题
2、根据指标选择合适的采样点数,用频率采样法设计符合指标的FIR滤波器;并验证其性能是否满足预定指标。
参考书上例题
求出通带内的Rp和阻带内的As,或者用两行两列的子图分别将结果列出来。
3、求输入x(n)=[cos(w1n)+cos(w2n)]u(n)经过系统后的输出y(n)。
其中w1位于通带内,w2位于阻带内,要求做一个两行两列的子图,第一个做x的时域波形,第二个做x的幅度谱,第三个做y的时域波形,第四个做y的幅度谱。
三、实验平台:
MATLAB集成系统
四、设计流程:
此处写个人自己的设计流程
五、程序清单:
此处写程序内容
六、调试和测试结果:
此处写程序的执行结果和实验过程中的调试经过、出现的错误和对应的解决方法
参考结果
设计指标:
wp=0.3*pi;ws=0.4*pi;Rp=1;As=40;
要点:
设计指标要与结果图一致
七、教师评语与成绩评定
此处由老师填写
上机操作
窗口设计法:
>>ws1=0.2*pi;wp1=0.35*pi;wp2=0.65*pi;ws2=0.8*pi;As=60;
>>tr_width=min((wp1-ws1),(ws2-wp2));M=ceil(11*pi/tr_width)+1
M=
75
>>n=[0:
1:
M-1];wc1=(ws1+wp1)/2;wc2=(ws2+wp2)/2;
>>hd=ideal_lp(wc2,M)-ideal_lp(wc1,M);
Warning:
Functioncallideal_lpinvokesinexactmatchD:
\MATLAB7\work\IDEAL_LP.M.
>>w_bla=(blackman(M))';h=hd.*w_bla;
>>[db,mag,pha,grd,w]=freqz_m(h,[1]);delta_w=2*pi/1000;
>>Rp=-min(db(wp1/delta_w+1:
1:
wp2/delta_w))
Rp=
0.0030
>>As=-round(max(db(ws2/delta_w+1:
1:
501)))
As=
75
>>subplot(2,2,1);stem(n,hd);xlabel('n');ylabel('hd(n)');axis([0,M-1,-0.4,0.5]);
>>subplot(2,2,2);stem(n,w_bla);xlabel('n');ylabel('w(n)');axis([0,M-1,0,1.1]);
>>subplot(2,2,3);stem(n,h);xlabel('n');ylabel('h(n)');axis([0,M-1,-0.4,0.5);
>>subplot(2,2,4);plot(w/pi,db);xlabel('w');ylabel('db');axis([0,1,-139,10);
接上面的程序:
>>w1=0.5*pi;w2=0.1*pi;
>>x=cos(w1*n)+cos(w2*n);
>>[y,ny]=conv(x,h);
>>X=dtft(x,w);
>>Y=dtft(y,w);
>>magX=abs(X);magY=abs(Y);figure
(2);
>>subplot(2,2,1);stem(n,x);xlabel('n');ylabel('x(n)');axis([
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