数字信号处理实验指导书思考题答案实验图.docx
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数字信号处理实验指导书思考题答案实验图
实验一Matlab与数字信号处理基础…………………………………………………………2
实验二离散傅里叶变换与快速傅里叶变换…………………………………………………4
实验三数字滤波器结构………………………………………………………………………6
注释…………………………………………………………………………………………9
主要参考文献……………………………………………………………………………………9
实验一Matlab与数字信号处理基础
一、实验目的和任务
1、熟悉Matlab的操作环境
2、学习用Matlab建立基本序列的方法；
3、学习用仿真界面进行信号抽样的方法。
二、实验内容
1、基本序列的产生：
单位抽样序列、单位阶跃序列、矩形序列、实指数序列和复指数序列的产生
2、用仿真界面进行信号抽样练习：
用simulink建模仿真信号的抽样
三、实验仪器、设备及材料
计算机、Matlab软件
四、实验原理
序列的运算、抽样定理
五、主要技术重点、难点
Matlab的各种命令与函数、建模仿真抽样定理
六、实验步骤
1、基本序列的产生：
单位抽样序列δ（n）:
n=-2:
2;
x=[00100];
stem（n,x）;
单位阶跃序列u（n）：
n=-10:
10;
x=[zeros（1,10）ones（1,11）];
stem（n,x）;
矩形序列RN（n）：
n=-2:
10;
x=[00ones（1,5）zeros（1,6）];
stem（n,x）;
实指数序列0.5n：
n=0:
30;
x=0.5.^n
stem（n,x）;
复指数序列e（-0.2+j0.3）n：
n=0:
30;
x=exp（（-0.2+j*0.3）*n）;
模：
stem（n,abs（x））；
幅角：
stem（n,angle（x））；
2、用仿真界面进行信号抽样练习：
（1）在Matlab命令窗口中输入simulink并回车，以打开仿真模块库；
（2）按CTRL+N，以新建一仿真窗口；
在仿真模块库中用鼠标点击Sources（输入源模块库），从中选择sinewave（正弦波模块）并将其拖至仿真窗口；
（3）在仿真模块库中用鼠标点击Discrete（离散模块库），从中选择Zero-OrderHold（零阶保持器模块）并将其拖至仿真窗口；
（4）在仿真模块库中用鼠标点击Sinks（显示模块库），从中选择Scope（示波器模块）并将其拖至仿真窗口；
（5）在仿真窗口中把上述模块依次连接起来；
（6）用鼠标双击Scope模块，以打开示波器的显示界面；
（7）用鼠标点击仿真窗口工具条中的►图标开始仿真，结果显示在示波器中；
（8）用鼠标双击Zero-OrderHold模块，打开其参数设置窗口，改变sampletime参数值，例如1、0.5、0.1、0.05…，用鼠标点击仿真窗口工具条中的►图标开始仿真，比较示波器显示结果（选三个参数值，得三个结果）；
（9）在仿真模块库中用鼠标点击Sinks（显示模块库），从中选择ToWorkspace（输出到当前工作空间的变量模块）并将其拖至仿真窗口；
（10）用鼠标双击ToWorkspace模块，打开其参数设置窗口，改变variablename参数值为x；同时把saveformat参数值设置为Array；
（11）在仿真窗口中先用鼠标点击Zero-OrderHold模块与Scope模块的连线，然后按住CTRL键，从选中连线的中部引出一条线到ToWorkspace模块；
（12）用鼠标双击Zero-OrderHold模块，打开其参数设置窗口，改变sampletime参数值，例如1、0.5、0.1、0.05…，用鼠标点击仿真窗口工具条中的►图标开始仿真，并返回命令窗口，用stem（x）作图，比较序列图显示结果（选三个参数值，得三个结果）；
七、实验报告要求
1、实验步骤按实验内容指导进行；
2、对于实验内容1和2的数据必须给出的离散图，其相关参数应在图中注明；
3、具有关联性和比较性的图形最好用subplot（）函数，把它们画在一起；
4、实验报告按规定格式填写，要求如下：
（1）实验步骤根据自己实际操作填写；
（2）各小组实验数据不能完全相同，否则以缺席论处；
5、实验结束，实验数据交指导教师检查，得到允许后可以离开，否则以缺席论处；
八、实验注意事项
1、Matlab编程、文件名、存盘目录均不能使用中文。
Matlab要区分英文大小写。
2、实验结果要保存，打印后贴在实验报告上。
3、拷图技巧
stem（n,x）得到的Figure
（1）在Figure界面下，先把整个窗口缩小；
（2）在Figure界面下，点击菜单Edit/CopyFigure；
（3）在Word界面下，用粘贴命令…
Scope显示的图
（1）键盘上按PrtScreen键
（2）打开Windows附件->画图->编辑->粘贴
（3）选画图板左边工具栏虚线方框按钮，用鼠标在图中选定所需区域,按CTRL+c
（4）在Word文档中按CTRL+v
九、思考题
1、已知离散系统的输入x（n）和冲激响应h（n）如下，求相应的响应y（n），在计算前估算y（n）的长度。
x（n）=[1,4,3,5,1,2,3,5]h（n）=[4,2,4,0,4,2]提示：
卷积命令c=conv（f,h）;
2、实验步骤2中的奈奎斯特频率是多少？
1/3Hz
实验二离散傅里叶变换与快速傅里叶变换
一、实验目的和任务
1、练习M文件（函数）的编写；
2、学习DFT、FFT的初步应用；
二、实验内容
1、编写离散傅里叶变换式的M文件：
2、自编函数dft、idft与工具函数fft、ifft的比较：
用simulink建模仿真信号的抽样
三、实验仪器、设备及材料
计算机、Matlab软件
四、实验原理
DFT、IDFT、FFT、IFFT
五、主要技术重点、难点
Matlab的各种命令与函数、分别绘出DFT、IDFT的实部和虚部
六、实验步骤
1、编写自己的离散傅里叶变换式：
说明：
离散傅里叶变对表达式如下
编写M文件（函数）的具体步骤
（1）用鼠标点击Matlab主界面工具条上的NewM-File图标，打开M文件编辑窗口；
（2）在编辑框中输入以下程序后以文件名“dft.m”存盘（请不要改变路径设置）;
DFT.m程序
程序说明
function[Xk]=dft（xn）
定义函数dft，xn为参数
xn为需要进行DFT的序列
ifnargin<1error（'needx（n）!
'）;end
dft需要参数
N=length（xn）;
取序列的点数
n=0:
N-1;
k=0:
N-1;
WN=exp（-j*2*pi/N）;
计算
nk=n'*k;
WNnk=WN.^nk;
Xk=xn*WNnk;
（3）重复步骤
（1），在编辑框中输入以下程序后以文件名“idft.m”存盘;
IDFT.m程序代码
程序说明
function[xn]=idft（Xk）
定义函数dft，xn为参数
xn为需要进行DFT的序列
ifnargin<1error（'needX（k）!
'）;end
dft需要参数
N=length（Xk）;
取序列的点数
n=0:
N-1;
k=0:
N-1;
WN=exp（-j*2*pi/N）;
计算
nk=n'*k;
WNnk=WN.^（-nk）;
xn=Xk*WNnk/N;
2、自编函数dft、idft与工具函数fft、ifft的比较：
（1）在命令窗口中建立一序列x（6点）；x=[521组号*]
（2）分别用dft和fft对x进行离散傅立叶变换（X1=dft（x）;X2=fft（x）;），比较结果；
（3）分别用idft和ifft进行逆离散傅立叶变换（x1=idft（X1）;x2=ifft（X2）;），比较结果（x1、x2与原序列x进行比较，x1和x2相互比较）；
3、DFT的应用：
（1）在Matlab主界面中，用鼠标点击菜单File/ImportData…；
（2）在文件对话框中选择数据文件dsp01.mat，导入信号x；（x为512点的序列）
（3）对信号进行fft变换，作出幅度谱和相位谱。
程序代码
程序说明
N=length（x）;
取得信号点数
n=0:
N-1;
X=fft（x）;
进行DFT
mX=abs（X）;
取模
aX=angle（X）;
取幅角
w=2*pi*n/N;
计算各点频率
subplot（2,1,1）;
plot（w（1:
256）,mX（1:
256））;
作幅度谱（线图）
subplot（2,1,2）;
plot（w（1:
256）,aX（1:
256））;
作相位谱（线图）
七、实验报告要求
1、实验步骤按实验内容指导进行；
2、对于实验内容1要给出程序；
3、对于实验内容2要给出对比数据和相关结论；
4、对于实验内容3要给出相关谱线；
5、实验报告按规定格式填写，要求如下：
（1）实验步骤根据自己实际操作填写；
（2）各小组实验数据不能完全相同，否则以缺席论处；
6、实验结束，实验数据交指导教师检查，得到允许后可以离开，否则以缺席论处。
八、实验注意事项
1、Matlab编程、文件名、存盘目录均不能使用中文。
2、实验结果要保存，打印后贴在实验报告上。
3、拷图技巧
（1）在Figure界面下，先把整个窗口缩小；
（2）在Figure界面下，点击菜单Edit/CopyFigure；
（3）在Word界面下，用粘贴命令…
九、思考题
1、在离散幅度谱中本已分开的谱线，用线图表示时却没有分开，为什么？
提示：
stem与plot命令的区别
实验三数字滤波器结构
一、实验目的和任务
1、学习Matlab的离散仿真环境；
2、学习用Matlab建立离散系统的方法；
3、通过实验操作熟悉滤波器结构；
二、实验内容
1、用Matlab仿真离散系统：
2、用直接Ⅰ型结构实现滤波器：
3、用直接Ⅱ型结构实现滤波器：
4、用级联型结构实现滤波器（选作）：
三、实验仪器、设备及材料
计算机、Matlab软件
四、实验原理
FIR滤波器、IIR滤波器的各种结构
五、主要技术重点、难点
用Matlab提供的模块组建各种滤波器。
六、实验步骤
1、用Matlab仿真离散系统：
已知某系统的差分方程为y（n）=x（n）+2.5y（n-1）-y（n-2），
其冲激响应为
，
试用Matlab仿真差分方程，求其冲激响应，并把结果与h（n）比较。
具体操作步骤：
（1）在Matlab命令窗口中输入simulink并回车，以打开仿真模块库；
（2）在该窗口中选择File/Open…菜单，打开IIR01.mdl文件；
（3）打开的窗口中已有所需模块，请按下图连接各模块；
（4）用鼠标点击仿真窗口工具条中的►图标开始仿真；
（5）回到Matlab命令窗口中，输入以下程序，比较结果：
程序代码
程序说明
n=0:
10;
h=（4/3）*2.^n-（1/3）*（0.5）.^n;
求理论上的冲激序列
subplot（2,1,1）;
stem（n,h）;
作出理论上的冲激序列
subplot（2,1,2）;
stem（n,y）;
作出实验上的冲激序列
2、用直接Ⅰ型结构实现滤波器：
已知某滤波器的差分方程（见下），试用直接Ⅰ型结构实现该滤波器，求冲激响应。
y（n）=x（n）+1.4x（n-1）+0.3x（n-2）-0.3y（n-1）+0.2y（n-2），
具体操作步骤：
（4）打开IIR02.mdl文件，窗口中已有所需模块，请按下图连接各模块；
（5）用鼠标点击仿真窗口工具条中的►图标开始仿真；
（6）回到Matlab命令窗口中，输入以下程序，观察冲激响应序列；
程序代码
程序说明
n=0:
10;
stem（n,y1）;
作出冲激序列
3、用直接Ⅱ型结构实现滤波器：
试用直接Ⅱ型结构实现内容2中的滤波器，求冲激响应。
具体操作步骤：
（1）打开IIR03.mdl文件，窗口中已有所需模块，请按下图连接各模块；
（2）用鼠标点击仿真窗口工具条中的►图标开始仿真；
（3）回到Matlab命令窗口中，输入以下程序，观察冲激响应序列（比较结果）；
程序代码
程序说明
subplot（2,1,1）;
stem（n,y1）;
直接Ⅰ型冲激序列
subplot（2,1,2）;
stem（n,y2）;
直接Ⅱ型冲激序列
4、用级联型结构实现滤波器（选作）：
已知某滤波器的系统函数H（z）可进行如下分解，试用级联型结构实现该滤波器
（1）打开Filter04.mdl文件，点击►图标进行仿真；
（2）回到Matlab命令窗口中，输入以下程序，观察冲激响应序列；
程序代码
程序说明
stem（n,y3（1,1:
11））;
级联型冲激序列
（3）打开Filter05.mdl文件（交换子系统的顺序），点击►图标进行仿真；
（4）回到Matlab命令窗口中，输入以下程序，观察冲激响应序列（比较结果）；
程序代码
程序说明
subplot（2,1,1）;
stem（n,y3（1,1:
11））;
subplot（2,1,2）;
stem（n,y4（1,1:
11））;
七、实验报告要求
1、实验步骤按实验内容指导进行；
2、对于实验内容1、2和3的数据必须给出的仿真模块图和冲激响应图；
3、实验内容4仅作为练习，不用给出相关数据；；
4、实验报告按规定格式填写，要求如下：
（1）实验步骤根据自己实际操作填写；
（2）各小组实验数据不能完全相同，否则以缺席论处；
5、实验结束，实验数据交指导教师检查，得到允许后可以离开，否则以缺席论处；
八、实验注意事项
1、Matlab编程、文件名、存盘目录均不能使用中文。
2、实验结果要保存，打印后贴在实验报告上。
3、仿真模块图的拷贝
（1）在仿真界面下，先把整个窗口缩放到合适的大小；
（2）点击菜单Edit/Copymodeltoclipboard；
（3）在Word界面下，进行粘贴操作；
九、思考题
1、要得到一个方便调节零极点的IIR滤波器应用什么结构，为什么？
采用级联结构的。
从级联型结构中看到，它的每一个基本节只是关系到滤波器的某一对极点和一对零点，调整系数、只单独调整了滤波器第i对零点而不影响其他任何零点。
同样，调整系数、也只单独调整了滤波器第i对极点。
因此，这种结构便于准确地实现单节滤波器的零极点，也便于性能调整。
然而从总体看，某频率成分在某一节阻断即表现为整体上的阻断，必须在每一节畅通才能表现为整体的畅通，所以，容易控制零点而难于调整极点。
注释
无
主要参考文献：
[1]《MATLAB符号运算及应用》，黄忠霖编，国防工业出版社，2004
实验一
思考题
实验二
实验三
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