数字信号课后上机实验

实验报告专业班级电子1241姓名赫思远学号1204451118成绩评定考核内容实验表现实验报告实验成果或答辩综合评定成绩成绩电气与信息学院和谐勤奋求是创新1实验教学考核和成绩评定办法1．课内实验考核成绩，严格按照该课程教学大纲中明确规定的比重执行。实验成绩不合格者，不能参加课程考试，待补做合格后方能参加考试。2．单独设立的实验课考核按百分制评分，考核内容应包括基本理论、实验原理和实验。3．实验考核内容包括：1）实验预习；2）实验过程（包括实验操作、实验记录和实验态度、表现）；3）实验报告；权重分别为0.2、0.4、0.4；原则上根据上述三个方面进行综合评定。学生未取得1）和2）项成绩时，第3）项成绩无效。4．实验指导教师应严格按照考核内容分项给出评定成绩，并及时批改实验报告，给出综合成绩，反馈实验中出现的问题。实验成绩在教师手册中有记载。实验报告主要内容一．实验目的二．实验仪器及设备三．实验原理四．实验步骤五．实验记录及原始记录六．数据处理及结论七.思考题八．实验体会（可选项）注：1.为了节省纸张，保护环境，便于保管实验报告，统一采用A4纸，实验报告建议双面打印（正文采用宋体五号字）或手写,右侧装订。2.实验类别指验证、演示、综合、设计、创新（研究）、操作六种类型实验。3.验证性实验：是指为了使学生巩固课程基本理论知识而开设的强调演示和证明，注重实验结果（事实、概念或理论）的实验。4.综合性实验：是指实验内容涉及本课程的综合知识或本课程相关的课程知识的实验。5.设计性实验：是指给定实验目的、要求和实验条件，由学生自行设计实验方案并加以实现的实验。2实验题目系统响应急系统稳定性实验室一教409实验时间2014年月日实验类别验证同组人数2一、实验目的1.掌握求系统响应的方法2.掌握时域离散系统的时域特性3.分析、观察及检验系统的稳定性二、实验原理与方法在时域中，描写系统特性的方法是差分方程和单位脉冲响应。已知输入信号,可以由差分方程、单位脉冲响应或系统函数求出系统对于该输入信号的响应，本实验仅在时域求解。在计算机上适合用递推法求差分方程的解，最简单的方法是采用MATLAB语言的工具箱函数filter函数。也可以用MATLAB语言的工具箱函数conv函数计算输入信号和系统的单位脉冲响应的线性卷积，求出系统的响应。系统的稳定性是指对任意有界的输入信号，系统都能得到有界的系统响应。或者系统的单位脉冲响应满足绝对可和的条件。系统的稳定性由其差分方程的系数决定。实际中检查系统是否稳定，不可能检查系统对所有有界的输入信号，输出是否都是有界输出，或者检查系统的单位脉冲响应满足绝对可和的条件。可行的方法是在系统的输入端加入单位阶跃序列，如果系统的输出趋近一个常数（包括零），就可以断定系统是稳定的。系统的稳态输出是指当n→∞时，系统的输出。如果系统稳定，信号加入系统后，系统输出的开始一段称为暂态效应，随n的加大，幅度趋于稳定，达到稳态输出。注意在以下实验中均假设系统的初始状态为零。三、实验内容及步骤（1）编制程序，包括产生输入信号、单位脉冲响应序列的子程序，用filter函数或conv函数求解系统输出响应的主程序。程序中要有绘制信号波形的功能。（2）给定一个低通滤波器的差分方程为y(n)=0.05x(n)+0.05x(n-1)+0.9y(n-1)输入信号x1(n)=R8(n),x2(n)=u(n)(1)分别求出x1(n)=R8(n)和x2(n)=u(n)的系统响应，并画出其波形。(2)求出系统的单位脉冲响应，画出其波形。源程序如下:（3）给定系统的单位脉冲响应为h1(n)=R10(n)h2(n)=*(n)+2.5*(n-1)+2.5*(n-2)+*(n-3)用线性卷积法求x1（n）=R8（n）分别对系统h1（n）和h2（n）的输出响应并画出波形。源程序如下:（4）给定一谐振器的差分方程为y(n)=1.8237y(n-1)-0.9801y(n-2)+b0x(n)-b0x(n-2)3令b0=1/100.49，谐振器的谐振频率为0.4rad。1用实验方法检查系统是否稳定。输入信号为u（n）时，画出系统输出波形。2给定输入信号为x（n）=sin（0.014n）+sin（0.4n）求出系统的输出响应，并画出其波形。源程序如下:(1)(2)(3)4四、实验结果(1)（2）5（3）6实验题目用FFT对信号作频谱分析实验室一教409实验时间2014年月日实验类别验证同组人数2一、实验目的学习用FFT对连续信号和时域离散信号进行谱分析的方法，了解可能出现的分析误差及其原因，以便正确应用FFT。二、实验原理用FFT对信号作频谱分析是学习数字信号处理的重要内容。经常需要进行谱分析的信号是模拟信号和时域离散信号。对信号进行谱分析的重要问题是频谱分辨率D和分析误差。频谱分辨率直接和FFT的变换区间N有关，因为FFT能够实现的频率分辨率是N/2，因此要求DN。可以根据此式选择FFT的变换区间N。误差主要来自于用FFT作频谱分析时，得到的是离散谱，而信号（周期信号除外）是连续谱，只有当N较大时离散谱的包络才能逼近于连续谱，因此N要适当选择大一些。周期信号的频谱是离散谱，只有用整数倍周期的长度作FFT，得到的离散谱才能代表周期信号的频谱。如果不知道信号周期，可以尽量选择信号的观察时间长一些。对模拟信号进行谱分析时，首先要按照采样定理将其变成时域离散信号。如果是模拟周期信号，也应该选取整数倍周期的长度，经过采样后形成周期序列，按照周期序列的谱分析进行。三、实验步骤及内容（1）对以下序列进行谱分析。选择FFT的变换区间N为8和16两种情况进行频谱分析。分别打印其幅频特性曲线。并进行对比、分析和讨论。（2）对以下周期序列进行谱分析。x4(n)=cos(3.14n/4)x5(n)cos(3.14n/4)+cos(3.14n/8)选择FFT的变换区间N为8和16两种情况分别对以上序列进行频谱分析。分别打印其幅频特性曲线。并进行对比、分析和讨论。（3）对模拟周期信号进行谱分析x8(t)=cos8(3.14t)+cos16(3.14t)+cos20(3.14t)选择采样频率HzFs64，变换区间N=16,32,64三种情况进行谱分析。分别打印其幅频特性，并进行分析和讨论。7源程序如下：（1）(2)8(3)9四、实验结果(1)10(2)(3)11实验题目FIR数字滤波器设计与软件实现实验室一教409实验时间2014年月日实验类别验证同组人数2一、实验目的（1）掌握用窗函数法设计FIR数字滤波器的原理和方法。（2）掌握用等波纹最佳逼近法设计FIR数字滤波器的原理和方法。（3）掌握FIR滤波器的快速卷积实现原理。（4）学会调用MATLAB函数设计与实现FIR滤波器。二、实验内容及步骤（1）认真复习第七章中用窗函数法和等波纹最佳逼近法设计FIR数字滤波器的原理；（2）调用信号产生函数xtg产生具有加性噪声的信号xt，并自动显示xt及其频谱，如图1所示；图1具有加性噪声的信号x(t)及其频谱如图（3）请设计低通滤波器，从高频噪声中提取xt中的单频调幅信号，要求信号幅频失真小于0.1dB，将噪声频谱衰减60dB。先观察xt的频谱，确定滤波器指标参数。（4）根据滤波器指标选择合适的窗函数，计算窗函数的长度N，调用MATLAB函数fir1设计一个FIR低通滤波器。并编写程序，调用MATLAB快速卷积函数fftfilt实现对xt的滤波。绘图显示滤波器的频响特性曲线、滤波器输出信号的幅频特性图和时域波形图。（5）重复（3），滤波器指标不变，但改用等波纹最佳逼近法，调用MATLAB函数remezord和remez设计FIR数字滤波器。并比较两种设计方法设计的滤波器阶数。源程序如下：（1）12(2)1314三、实验结果(1)(2)15