matlab综合实验一二三报告.docx

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matlab综合实验一二三报告

《信号与系统分析实习》

实验报告

第三组

组长：

胡佳南

组员

学号

胡佳南

094821529

毛盼盼

094821776

董榕

094821499

何良

094821505

杨样

094821744

上海第二工业大学通信与信息系

2012.5

综合实验一matlab基础编程

一、实验目的

1.熟悉Matlab编程环境和编程规范。

2.掌握Matlab语言语法和常见函数的使用。

3.掌握利用MATLAB帮助文件。

4.掌握信号与系统分析matlab基础编程。

二、实验环境

1．WINDOWS2000,WINDOWSXP或WINDOWS98

2．MATLAB6.5以上

三、实验内容和步骤

1.数据的基本处理

1）现有三个城市一个月的每日气温记录表如下,将该表格存为Excel文件：

temps.xls。

上海

北京

厦门

2）编写matlab程序,从Excel文件temps.xls中读取数据，并在同一幅图中绘制每个城市的温度曲线（用不同颜色的连续曲线表示，并进行标注）。

注:

①Excel文件的读入matlab语句：

x=xlsread（'文件名',''工作表名','数据范围'）；

例：

x=xlsread（'aa.xls','sheet1','A2:

B2'）

②标注:

legend（在matlab命令窗口输入：

helplegend,学习其用法）

程序：

prog11.m

x=xlsread（'temps.xls','sheet1','A2:

C34'）;

plot（x）;

legend（'上海','北京','厦门',-1）;

xlabel（'日期/日'）;title（'城市月温度曲线'）;ylabel（'温度/摄氏度'）;

图形：

3）编制函数function[x_max,x_min,x_avg]=calc_mm（x）,该函数能计算一组数据的最高值、最低值和平均值,并将该函数存为calc_mm.m。

注：

求最大、最小、平均的matlab语句分别为:

max（x）,min（x）,mean（x）（学习这些语句用法）

%函数：

calc_mm.m

function[x_max,x_min,x_avg]=calc_mm（x）

x_max=max（x）;

x_min=min（x）;

x_avg=mean（x）;

disp（[x_max,x_min,x_avg]）

4）调用函数calc_mm.m，找出每个城市最高气温、最低气温和平均气温，显示在命令窗口中。

注:

在命令窗口中显示文字的语句为：

disp（'文字'）;

程序：

prog12.m

clear

clc

x=xlsread（'temps.xls','sheet1','A2:

A34'）;

disp（'上海的最高、最低和平均气温:

'）;

disp（'y1='）

calc_mm（x）;

x=xlsread（'temps.xls','sheet1','B2:

B34'）;

disp（'北京的最高、最低和平均气温:

'）;

disp（'y2='）

calc_mm（x）;

x=xlsread（'temps.xls','sheet1','C2:

C34'）;

disp（'厦门的最高、最低和平均气温:

'）;

disp（'y3='）

calc_mm（x）;

显示结果：

（示例）

5）对上海的温度数据进行L点滑动平均，公式为:

y（n）=

（本例设:

L=9）

在同一幅图中分别以不同颜色显示原信号x（n）与滑动平均后的信号y（n）。

注：

相似程序见书p120）例3-41（倒数第2行开始）

实验要求：

%程序：

prog13.m

x=xlsread（'temps.xls','sheet1','A2:

A34'）;

b=[1/3,1/3,1/3];a=1;

y=filter（b,a,x）;

plot（[x,y]）;

legend（'平滑前','平滑后'）;

问：

信号经滑动平均后有何变化？

2.利用Matlab帮助系统学习matlab编程

1）在命令窗口用"helpXXX"格式分别学习下列函数的使用方法：

zeros,ones,linspace,wavread,wavwrite,sound，randn。

描述上述函数的主要功能：

zeros：

产生元素为0的矩阵

ones：

产生元素为1的矩阵

linspace：

产生范围内一定点数的行向量

wavread：

从WAV文件中读取音频

wavwrite：

向WAV中写入音频文件

sound：

播放WAV文件

randn：

产生随机数

2）在同一个文件中编写程序，分别完成以下功能：

1产生1行5个零。

2产生1行5个1。

3产生范围从0到2π，点数为200的行向量x,并画出x的波形。

4读取音乐文件chirp.wav，存入变量x,显示x的波形，并播放。

5给chirp.wav文件加上随机噪声（点数是该文件的长度，幅度为0.1）后显示并播放。

%程序：

prog14.m

clear

clc

%a=zeros（1,5）

%b=ones（1,5）

%t=linspace（0,2*pi,200）;

%plot（t）;

w=wavread（'chirp.wav'）;

sound（w）;

d=0.1*randn（1,length（w））;

z=d+w';

figure（3）;

plot（z）;title（'¼ÓÔëÐÅºÅ²¨ÐÎ'）;

wavwrite（z,'123.wav'）;

sound（z）;

四、实验小结（100~200字）

1.实验过程中遇到的问题和解决的途径

遇到了读声音函数不能正常读取音频文件的问题。

通过helpwavread在matlab中找到了函数的用法，结果是声音文件没有加引号。

2.本次实验心得体会

本次实验掌握了matlab在引用外部数据文件的用法，今后可以很方便的对数据文件的matlab处理。

另外本次试验还完全理解matlab中函数的定义和调用，对于以后进一步使用matlab奠定了基础。

综合实验二信号的时域分析和频域分析

一、实验目的

1.掌握连续和离散信号的时域分析方法

2.掌握连续和离散信号的Matlab仿真方法

3.掌握信号和系统的频域分析方法

二、实验环境

1.WINDOWS2000,WINDOWSXP或WINDOWS98

2.MATLAB6.5以上

三、实验内容和步骤

1.本实验可能用到的函数有exp（），sqrt（）,sin（）,cos（）,real（）,image（）,abs（）,angle（）,fft（）,ifft（）,

用"help"学习这些函数的用法,并简单描述这些函数的功能：

exp：

求指数函数

sqrt：

开平方

sin：

正弦

cos：

余弦

real：

实部

image：

虚部

abs：

幅频

angle：

相频

fft：

傅里叶变换

ifft：

傅里叶逆变换

2.选择适当的时间范围，编程产生下列信号,并显示波形：

（1）

（t=0~1,步长为0.01）

%程序prog21.m

A=5;w0=10*pi;phi=pi/3;

t=0:

0.01:

xt=A*sin（w0*t+phi）;

plot（t,abs（xt））;

（2）

（t=0~8,步长为0.001）,选择适当参数a,ω（举例说明），使该信号成为：

①实指数信号:

a=1;ω=0

②纯虚指数信号:

a=0;ω=1

③直流信号:

a=0;ω=0

④复指数信号:

a=1;ω=1

%程序prog22.m（编程可参考：

《信号与系统分析实训指导书》p1）四1

（1））

clear

clc

A=4;

sig=input（'衰减因子sig='）;

w=input（'角频率w='）;

t=0:

0.001:

ft=A*exp（（sig+j*w）*t）;

subplot（221）;plot（t,real（ft））;grid on;title（'ft的实部'）;

subplot（212）;plot（t,imag（ft））;grid on;title（'ft的虚部'）;

分别显示4种情况的实部和虚部波形：

*（3）对x2（t）信号进行奇偶分解（a=-2,ω=0）,即x2（t）=x2e（t）+x2o（t）,

画出：

奇分量x2o（t）和偶分量x2e（t）。

注：

x2e（t）=0.5*[x2（t）+x2（-t）];x2o（t）=0.5*[x2（t）-x2（-t）]。

%程序prog23.m（编程可参考：

《信号与系统分析实训指导书》p4）三

（1）中加/乘法和翻转函数。

x2=4*exp（-2*t）;

x22=4*exp（-2*（-t））;

stem（x2）;

x2e=0.5*（x2+x22）;

figure

（2）;stem（x2e）;

x2o=0.5*（x2-x22）;

figure（3）;stem（x2o）;

波形：

（4）

（k=0~100），画出该离散波形。

%程序prog24.m

k=0:

100;

x3=5*（0.8.^k）.*cos（0.9*pi*k）;

stem（x3）;

波形：

3.采用fft函数对信号x3（k）进行频谱分析（N=128），在同一幅图中画出其幅频谱、相频谱和功率谱（功率谱=幅频谱平方/N）。

%程序prog25.m

x=0:

20;N=128;

y1=abs（fft（x,N））;

y2=angle（fft（x,N））;

y3=（abs（fft（x,N）））.^2;

subplot（221）;stem（y1）;

title（'幅频谱'）;

subplot（222）;stem（y2）;

title（'相频谱'）;

subplot（223）;stem（y3）;

title（'功率谱'）;

波形：

*4.已知某LTI系统的频响特性如图所示，采用ifft函数求：

该系统的单位冲激响应h（t），并画出h（t）的波形。

H（jω）=|H（jω）|ejΦ（ω）=|H（j）|e-jω（-pi/3<ω

%程序prog26.m

w=-pi/3:

0.01*pi:

pi/3;

N1=ceil（200/3）;

H=[zeros（1,N1）exp（-j*w）zeros（1,N1）];

h=ifft（H）;

plot（fftshift（real（h）））;

波形：

四、实验小结

信号的频率是多少？

如果将其频率改成原来的100倍，原程序是否还能用，如果不能，采样频率该如何修正？

Fs=w/2*pi不能用了Fs>2fc

2.在对信号进行fft频谱分析后，其横坐标代表什么？

频率点

3.对本次实验的心得体会。

本次实验最大的收获就是发挥了组员之间的相互合作，在不到两个小时的时间里，做完了本次试验的全部内容。

综合实验三数字滤波器的应用设计

一、实验目的

1.掌握求解离散时间系统响应（滤波）的matlab实现方法。

2.掌握数字陷波器、数字谐振器的设计方法。

二、实验环境

1．WINDOWS2000,WINDOWSXP或WINDOWS98

2．MATLAB6.5以上

三、实验原理

1.一个N阶常系数线性差分方程表达式（见书p993-40式）:

2.系统函数H（z）与X（z）,Y（z）的关系为：

H（z）=Y（z）/X（z）。

3.H（z）零点定义为：

H（z）=0时的z；H（z）极点定义为：

H（z）分母为零。

4.本实验涉及的Matlab函数

1）求解差分方程（数字滤波）：

y=filter（b,a,x）

其中：

x---输入信号；y---差分方程的解（滤波输出）；b,a----输入/输出信号前的系数（也是H（z）分子/分母系数）。

2）画零极点图:

zplane（b,a,n）

其中：

b,a----H（z）分子/分母系数；n—点数。

3）求H（z）的频响特性H（ejw）:

[H,w]=freqz（b,a,N）

其中：

b,a----H（z）分子/分母系数；N—点数;w---数字频率。

四、实验内容

1.数字陷波器

陷波器是一种简单的二阶IIR滤波器，其幅度响应在某一频率上为零，可用来消除某个频率分量，如：

滤除信号中由电源引起的50Hz工频干扰。

其系统函数为：

<1>

其中：

ω0=2πf0/fs---陷波数字频率（rad）;f0---陷波频率（Hz）;fs---取样频率（Hz）；

r----常数。

实验要求：

编程实现以下功能：

1）设陷波频率f0=50Hz,取样频率fs=600Hz,r=0.9,画H（z）的幅频和相频特性。

2）画H（z）的零极点图，体会陷波原理。

3）利用该陷波器对信号：

x（n）=2*sin（2*pi*50/fs*n）+sin（2*pi*100/fs*n）（n=0~599）进行滤波，画出x（n）及滤波输出y（n）。

f0=50;fs=600;r=0.9;n=0:

599;

w0=2*pi*f0/fs;

b=[1-2*cos（w0）1];a=[1-2*r*cos（w0）r^2];

[H,w]=freqz（b,a）;

x=2*sin（2*pi*50/fs*n）+sin（2*pi*100/fs*n）;

y=filter（b,a,x）;

subplot（231）;plot（w/pi,abs（H））;

title（'幅频特性'）;

subplot（232）;plot（w/pi,angle（H））;

title（'相频特性'）;

subplot（233）;zplane（b,a）;

title（'零极点图'）;

subplot（234）;plot（y）;

title（'滤波输出'）;

subplot（235）;plot（abs（fft（x）））;

title（'滤波前'）;

subplot（236）;plot（abs（fft（y）））;

title（'滤波之后'）;

2.数字谐振器

谐振器如同LC并联谐振回路那样，在指定的谐振频率上信号达到最大，而在该频率之外急剧衰减。

其系统函数为：

<2>

其中：

ω0=2πf0/fs---谐振数字频率（rad）;f0---谐振频率（Hz）;fs---取样频率（Hz）；

r----常数；

。

实验要求：

编程实现以下功能：

1）设ω0=π/3,r=0.99,画H（z）的幅频和相频特性。

2）画H（z）的零极点图，体会谐振原理。

3）利用该谐振器对信号：

x（n）=2*sin（pi/3*n）+sin（pi/6*n）（n=0~599）进行滤波，画出x（n）及滤波输出y（n）。

r=0.99;n=0:

599;

w0=pi/3;

b0=（1-r）*sqrt（1+r^2-2*r*cos（2*w0））;

b=[b000];a=[1-2*r*cos（w0）r^2];

[H,w]=freqz（b,a）;

x=2*sin（pi/3*n）+sin（pi/6*n）;

y=filter（b,a,x）;

subplot（231）;plot（w/pi,abs（H））;

title（'幅频特性'）;

subplot（232）;plot（w/pi,angle（H））;

title（'相频特性'）;

subplot（233）;zplane（b,a）;

title（'零极点图'）;

subplot（234）;plot（y）;

title（'滤波输出'）;

subplot（235）;plot（abs（fft（x）））;

title（'滤波前'）;

subplot（236）;plot（abs（fft（y）））;

title（'滤波之后'）;

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