实验一Matlab软件的使用.docx
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实验一Matlab软件的使用
实验一Matlab软件的使用
1、实验目的和要求
㈠掌握Matlab软件的使用方法；
㈡常用离散时间信号的产生、显示和运算。
2、实验内容
㈠Matlab软件常用命令和工具箱的使用，学会简单的编程；
㈡编程实现常用离散时间信号；
㈢离散时间信号的叠加、移位、线性卷积等基本运算。
3、实验原理
利用软件生成数字信号处理系统中所涉及的信号及信号的加、移位、卷积等运算。
4、主要仪器设备
计算机，Matlab软件。
实验步骤：
程序1：
n=-5:
30;
x=[zeros（1,5）,1,zeros（1,30）];
stem（n,x,'fill'）;
gridon
程序2：
n=-5:
30;x=[zeros（1,5）,ones（1,8）,zeros（1,23）];stem（n,x,'fill'）;
gridon；
程序3：
n=-15:
20;
x=[zeros（1,15）,1,2,3,4,5,zeros（1,16）];
stem（n,x,'fill'）;
gridon;
程序4：
N=10;
M=10;
L=N+M-1;x=[1,2,3,4,5,zeros（1,5）];h=[1,2,1,2,zeros（1,6）];y=conv（x,h）;
n=0:
L-1;stem（n,y,'*k'）;gridon;
实验结果：
1、
2、
3、
实验二DTFT和Z变换的Matlab实现
1、实验目的和要求
㈠掌握DTFT和Z变换的Matlab实现的方法；
㈡进一步了解离散时域系统的时频特性。
2、实验内容
㈠DTFT和z变换的计算和基本性质；
㈡离散时域系统的仿真；
㈢利用函数实现离散时域系统的频率响应，分析零、极点的分布，进一步了解离散时域系统的时域特性。
3、实验原理
利用Matlab软件计算出系统函数的零极点分布、单位脉冲响应和系统频率响应等的图像并于笔算结果进行比较，找出异同。
编译合适程序能计算取值范围不同的离散卷积。
4、主要仪器设备
计算机，Matlab软件。
实验步骤：
stem（n,x）;
axis（[0,30,0,2]）;
title（'输入序列'）;xlabel（'n'）;
ylabel（'x（n）'）;
subplot（3,1,2）;
stem（n,h）;
axis（[0,30,0,2]）;
程序1：
n=0:
30;x=zeros（1,length（n））;h=zeros（1,length（n））;x（[find（（n>=0）&（n<=4））]）=1;h（[find（（n>=0）&（n<=8））]）=0.5;figure
（1）subplot（3,1,1）;
title（'冲激响应序列'）;
xlabel（'n'）;
ylabel（'h（n）'）;
y=conv（x,h）;
subplot（3,1,3）;
n=0:
length（y）-1;
stem（n,y）;
title（'输出响应'）;
xlabel（'n'）;
ylabel（'y（n）'）;
程序2：
b=[0.0181,0.0543,
0.0543,0.0181];a=[1.000,-1.76,1.1829,-0.2781];
实验结果：
1、
w=pi*freqspace（500）;
H=freqz（b,a,w）;
MH=abs（H）;
AH=angle（H）;
subplot（2,1,1）;
plot（w/pi,MH）;
grid;
axis（[0,1,0,1]）;
xlabel（'w（pi）'）;
ylabel（'|H|'）;
title（'幅度、相位响应'）;
subplot（2,1,2）;
plot（w/pi,AH）;
grid;
xlabel（'w（pi）'）;
ylabel（'angle（H）'）;
2、
实验三DFS和DFT的Matlab实现
1、实验目的和要求
㈠加深DFS和DFT的算法原理和基本性质的理解；
㈡熟悉利用FFT对典型数字信号进行频谱分析。
2、实验内容
㈠使用Matlab实现程序周期序列的DFS；
㈡利用FFT和IFFT编程实现两个有限长序列的循环卷积；
3、实验原理
对有限长序列使用离散Fouier变换（DFT）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。
4、主要仪器设备
计算机，Matlab软件。
实验步骤：
程序1：
functionshiyan22（）
F=50;
N=64;
T=0.000625;
n=1:
N;
x=cos（2*pi*F*n*T）;
subplot（2,1,1）;
plot（n,x）;
holdontitle（'x（n）'）;xlabel（'n'）;
X=fft（x）;
subplot（2,1,2）;
plot（n,X）;
gridtitle（'FFT|X|'）;xlabel（'f（pi）'）;
程序2：
n=0:
30;%输入x（n）和冲激响应h（n）x=zeros（1,length（n））;
h=zeros（1,length（n））;x（[find（（n>=0）&（n<=4））]）
=1;
h（[find（（n>=0）&（n<=8））]）
=0.5;subplot（3,1,1）;stem（x）;
title（'x（n）'）;axis（[0,30,0,2]）;subplot（3,1,2）;
stem（h）;
title（'h（n）'）;axis（[0,30,0,2]）;
X=fft（x）;
H=fft（h）;
Y=X.*H;
y=ifft（Y）;
subplot（3,1,3）;
实验结果：
1、
2、
实验四IIR数字滤波器的设计和实现
1、实验目的和要求
㈠掌握冲击响应不变法和双线形变换法设计IIR数字滤波器的原理和方法；
㈡通过观察对实际信号的滤波，获得对数字滤波的感性认识。
2、实验内容
㈠巴特沃思滤波器设计实现模拟低通滤波器；
㈡利用冲击响应不变法和双线形变换法对模拟滤波器进行A/D转换；
3、实验原理
用数字滤波器的单位脉冲响应序列h（n）模仿模拟滤波器的冲激响应ha（t）,让h（n）正好等于ha（t）的采样值，即h（n）ha（nT）。
4、主要仪器设备
计算机，Matlab软件。
实验步骤：
设计一个巴特沃思数字低通滤波器，设计指标如下：
通带内p0.2幅度衰减不大于1dB；阻带s0.35幅度衰减不小于15dB。
编制实现该数字滤波器程序并且实
现数字滤波。
functionshiyan3（）fp=200*pi;fs=300*pi;wp=0.2*pi;ws=0.3*pi;
Rp=1;
As=15;
T=1;
Fs=1000;
[N,fc]=buttord（fp,fs,Rp,As,'s'）;[b,a]=butter（N,fc,'s'）;
w=[0:
1000*2*pi];[hf,w]=freqs（b,a,1000）;[d,c]=impinvar（b,a,Fs）;
wd=[0:
512]*pi/512;hw1=freqz（d,c,wd）;
[f,e]=bilinear（b,a,Fs）;hw2=freqz（f,e,wd）;
OmegaP=（2/T）*tan（wp/2）;
OmegaS=（2/T）*tan（ws/2）;ep=sqrt（10^（Rp/10）-1）;
Ripple=sqrt（1/（1+ep.^2））;
Attn=1/10^（As/20）;subplot（3,1,1）;plot（wd/pi,abs（hw1）/abs（hw1
（1）））;title（'幅度响应（冲击响应不变法）'）;xlabel（'w（pi）'）;
ylabel（'H'）;
ylabel（'H'）;
axis（[0,1,0,1.1]）;
set（gca,'XTickmode','manual','XTick',[0,0.2,0.35,1.1]）;set（gca,'YTickmode','manual','YTick',[0,Attn,Ripple,1]）;grid;
subplot（3,1,2）;plot（wd/pi,20*log10（（abs（hw2）+eps）/abs（hw2
（1））））;title（'幅度响应（双线性变换法（dB））'）;xlabel（'w（pi）'）;
ylabel（'H'）;axis（[0,1,-40,5]）;set（gca,'XTickmode','manual','XTick',[0,0.2,0.35,1.1]）;set（gca,'YTickmode','manual','YTick',[-50,-15,-1,0]）;grid;
subplot（3,1,3）;plot（wd/pi,-angle（hw2））;title（'相位响应'）;xlabel（'w（pi）'）;ylabel（'piunit'）;
%axis（[0,1,0,1.1]）;
set（gca,'XTickmode','manual','XTick',[0,0.2,0.35,1.1]）;set（gca,'YTickmode','manual','YTick',[-1,0,1]）;
grid;
实验结果：
1、实验目的和要求
㈠掌握用窗函数法设计FIR数字滤波器的原理和方法；
㈡熟悉线性相位FIR滤波器的幅频特性和相频特性；
㈢了解不同窗函数对滤波器性能的影响。
2、实验内容
㈠用Hanning窗设计线性相位带通滤波器；
㈡分别改用矩形窗和Blackman窗设计线性带通滤波器；
3、实验原理
确定数字滤波器的性能要求，根据性能要求，合理选择单位脉冲响应h（n）的奇偶对称性，从而确定理想频率响应Hd（e）的幅频特性和相频特性；求理想单位脉冲响应hd（n），
选择适当的窗函数w（n），根据h（n）hd（n）w（n）求所需设计的FIR滤波器单位脉冲响应；
4、主要仪器设备
计算机，Matlab软件。
实验步骤：
设计一个FIR数字滤波器，设计指标如下：
通带内p0.2幅度衰减不大于
1dB；阻带s0.35幅度衰减不小于15dB；编制计算设计的数字滤波器幅度特
性和相位特性的程序。
wp=0.2*pi;
ws=0.3*pi;tr_width=ws-wp;
M=ceil（6.6*pi/tr_width）+1;
n=0:
M-1;
wc=（ws+wp）/2;
alpha=（M-1）/2;m=n-alpha+eps;hd=sin（wc*m）./（pi*m）;w_ham=（hamming（M））';
[mag,db,pha,w]=freqz_m（h,[1]）;delta_w=2*pi/1000;
Rp=-（min（db（1:
wp/delta_w+1）））;
As=-round（max（db（ws/delta_w+1:
501）））;subplot（2,2,1）;
stem（n,hd）;
title（'理想冲激响应'）;axis（[0,M-1,-0.1,0.3]）;
ylabel（'hd（n）'）;subplot（2,2,2）;
stem（n,h）;
title（'实际冲激响应'）;
axis（[0,M-1,-0.1,0.3]）;ylabel（'h（n）'）;
subplot（2,2,3）;plot（w/pi,pha）;
title（'滤波器相位响应'）;axis（[0,1,-pi,pi]）;
ylabel（'pha'）;
set（gca,'XTickmode','manual','XTick',[0,0.2,0.3,1.1]）;set（gca,'YTickmode','manual','YTick',[-pi,0,pi]）;
grid;
subplot（2,2,4）;
plot（w/pi,db）;
title（'滤波器幅度响应'）;axis（[0,1,-100,10]）;
ylabel（'H（db）'）;
set（gca,'XTickmode','manual','XTick',[0,0.2,0.3,1.1]）;set（gca,'YTickmode','manual','YTick',[-50,-15,0]）;function[mag,db,pha,w]=freqz_m（b,a）[H,w]=freqz（b,a,1000,'whole'）;
H=（H（1:
501））';
w=（w（1:
501））';mag=abs（H）;
db=20*log10（（mag+eps）/max（mag））;
pha=angle（H）;
实验结果：
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