电子科技大学signal软件实验报告Word格式文档下载.docx

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任课教师：

完成日期：

实验一表示信号与系统的MATLAB函数、工具箱

一、实验目的与任务：

目的：

1、加深对常用离散信号的理解；

2、熟悉表示信号的基本MATLAB函数。

任务：

基本MATLAB函数产生离散信号；

基本信号之间的简单运算；

判断信号周期。

二、实验原理

利用MATLAB强大的数值处理工具来实现信号的分析和处理，首先就是要学会应用MATLAB函数来构成信号。

常见的基本信号可以简要归纳如下：

1、单位抽样序列

在MATLAB中可以利用zeros（）函数实现。

如果在时间轴上延迟了k个单位，得到即：

2、单位阶跃序列

在MATLAB中可以利用ones（）函数实现。

3、正弦序列

采用MATLAB实现

4、复正弦序列

5、指数序列

三、实验仪器设备与器件

计算机、MATLAB软件

四、实验内容：

实验内容

（一）、使用实验仿真系统

实验步骤：

1、在MATLAB环境下输入命令

>

xhxt

启动《信号与系统》MATLAB实验工具箱，界面如图4.1-1。

点击按钮“点击进入”，进入工具箱主界面，如图4.1-2所示。

选中实验模块对应列表框的第一项“实验一表示信号、系统的MATLAB函数、工具箱”，点击按钮“进入实验”；

图4.1-1启动界面

图4.1-2实验仿真系统主界面

2、实验一的启动界面，如图4.1-3所示。

仔细阅读实验目的和实验内容，然后点击按钮“进入实验”，打开实验一主界面，如图4.1-4。

图4.1-3实验一启动界面

图4.1-4实验一

3、点击信号下拉列表，可以选择感兴趣的信号，如单位阶跃序列、正弦序列、指数序列、方波序列等等。

同时可以改变信号的幅值、频率和初相，如图4.1-5所示。

图4.1-5选择信号示意图

4、点击实验界面上的按钮“信号相加”，可以将信号一和信号二相加得到一个新的信号，如图4.1-6所示。

图中的新信号是由一个正弦序列和一个方波序列相加所得。

图4.1-6

5、点击实验界面上的按钮“信号相乘”，可以将信号一和信号二相乘得到一个新的信号。

图4.1-7

6、点击实验界面上的按钮“拆分序列”，将启动图4.1-8来演示一个离散序列可以分解成一个奇序列和一个偶序列之和。

此图是以单位阶跃序列为例，拆分而得到一个奇序列和一个偶序列。

图4.1-8

实验内容

（二）、MATLAB仿真

1、编制程序产生上述5种信号（长度可输入确定），并绘出其图形。

（1）单位抽样序列的matlab程序为：

图形为：

其matlab程序为（延迟5个单位）：

其图像为：

（2）单位阶跃序列的matlab程序为：

图像为:

（3）正弦序列的图像和matlab程序为：

（4）复正弦序列的Matlab程序为：

图像为：

（5）指数序列的程序为：

图像为：

2、在内画出下面每一个信号：

如下图

（1）为的仿真实验图以及程序为：

如下图

（2）为的图像和程序：

（3）如下图为的程序为；

思考问题：

每个信号的基波周期是什么？

对于这3个信号中的每一个，不依赖MATLAB，如何来确定基波周期？

答：

第一个信号的基波周期是4；

第二个信号的基波周期是4；

第三个信号的基波周期是16；

若不依赖matlab，可以通过三角公式计算来确定各个信号的基波周期。

实验二离散系统的冲激响应、卷积和

一．实验目的与任务：

加深对离散系统冲激响应、卷积和分析方法的理解。

利用MATLAB函数conv、filter计算卷积及系统输出

二．实验原理：

在离散时间情况下，最重要的是线性时不变（LTI）系统。

线性时不变系统的输入输出关系可通过冲激响应表示

其中表示卷积运算，MATLAB提供了求卷积函数conv，即

y=conv（x,h）

这里假设x[n]和h[n]都是有限长序列。

如果x[n]仅在区间内为非零，而h[n]仅在上为非零，那么y[n]就仅在

内为非零值。

同时也表明conv只需要在上述区间内计算y[n]的个样本值。

需要注意的是，conv并不产生存储在y中的y[n]样本的序号，而这个序号是有意义的，因为x和h的区间都不是conv的输入区间，这样就应负责保持这些序号之间的联系。

filter命令计算线性常系数差分方程表征的因果LTI系统在某一给定输入时的输出。

具体地说，考虑一个满足下列差分方程的LTI系统：

式中x[n]是系统输入，y[n]是系统输出。

若x是包含在区间内x[n]的一个MATLAB向量，而向量a和b包含系数和，那么

y=filter（b,a,x）

就会得出满足下面差分方程的因果LTI系统的输出：

注意，和，因为MATLAB要求所有的向量序号都从1开始。

例如，为了表示差分方程表征的系统，就应该定义a=[12]和b＝[1－3]。

由filter产生的输出向量y包含了y[n]在与向量x中所在样本同一区间上的样本，即，以使得两个向量x和y中都包含了个样本。

三．实验仪器设备与器材

计算机、MATLAB软件。

四．实验内容

1、启动工具箱主界面，选中“实验二离散系统的冲激响应、卷积和”，点击按钮“进入实验”，启动实验二的启动界面，如图：

图4.2-1实验二启动界面

2、仔细阅读实验目的和实验内容，点击按钮“进入实验”，打开实验二主界面，如图4.2-2。

图4.2-2实验二

3求离散信号的卷积和。

设定输入序列和，以及它们相应的取值范围和，点击“确定”按钮，可以得到信号x和y的卷积结果的图形。

注意输入序列的长度和相应取值范围的长度要相等，否则会得到警告消息。

4、由离散信号的差分方程求系统输出。

根据线性常系数差分方程：

和输入序列，求得输出序列。

因此输入系数向量a和b的值，以及输入信号x的值及其取值范围，点击按钮“确定”，将得到输出信号y的图形。

如果没有输入x的取值范围，将默认为x的起始坐标点为1。

如下图所示：

1、考虑有限长信号

（a）首先用解析方法计算。

（b）接下来利用conv计算的非零样本值，并将这些样本存入向量y中。

构造一个标号向量ny，对应向量y样本的序号。

用stem（ny,y）画出这一结果。

验证其结果与（a）是否一致。

如下图所示为该题的仿真过程：

程序为：

Y[n]的图像为：

2、对以下差分方程描述的系统

分别利用filter计算出输入信号在区间内的响应y[n]。

（1）。

对进行仿真：

计算结果为：

（2）对进行仿真：

程序为：

计算结果为：

（3）对进行仿真：

思考问题：

考虑函数conv和filter之间的关系，试利用filter函数来实现离散时间信号的卷积。

函数conv是在系统的冲激响应已知的条件下，来计算离散时间信号的卷积。

函数filter是已知系统的差分方程来计算离散时间输出信号。

两者之间的关系是：

通过离散世间信号的差分方程可以确定系统的冲激响应，从而在可以使用filter的情况下，也可以使用函数conv来计算离散时间信号的卷积。

反之亦然。