数字信号处理课程设计以及MATLAB程序

课程设计报告课程名称数字信号处理课程设计系别：专业班级：学号：姓名：实习题目：离散信号与系统的时域分析完成日期：指导老师：课程设计目的1了解MTALAB的基础知识，应用MATLAB进行简单编程。2熟悉MTALAB的编程及语言使用，联系以前学习的编程语言知识进行深度探究，并将其应用于数字信号处理。3熟练掌握利用数学软件求系统响应的方法。4初步接触数字信号的研究和科研过程，为掌握时域离散系统时域特性，为以后的学习和工作打下坚实的基础。5分析和检查系统的稳定性。6增强动手和动脑能力，对产生的波形进行系统分析完成题目所要求的任务。7独立完成课程设计，初步经历毕业设计的全过程。课程设计要求1简述离散系统时域分析方法。2简述通过实验判断系统稳定性的方法。3完成设计内容，并对结果进行分析和解释。4打印程序清单和要求画出的信号波形。5写出本次课程设计的收获和体会。课程设计注意事项1在使用MTALAB编程时注意使用M-FILE,以便运行后可以进行修正和改进调试。2在使用MTALAB产生的波形进行信号分析时，要注意坐标代号以防出错。3注意编程时预言细小变化对信号的影响。4在进行文件保存时要注意不能使用数字开头，并且不能使用汉字命名。5信号处理的波形图需要准确的网格线注解。6严格按要求做图。课程设计内容编制Matlab程序，完成以下功能，产生系统输入信号；根据系统差分方程求解单位脉冲响应序列；根据输入信号求解输出响应；用实验方法检查系统是否稳定；绘制相关信号的波形。具体要求如下：（1）给定一个低通滤波器的差分方程为()0.05()0.05(1)0.9(1)ynxnxnyn输入信号分别为182()(),()()xnRnxnun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。（2）给定系统的单位脉冲响应为110()()hnRn2()()2.5(1)2.5(2)(3)hnnnnn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。（3）给定一谐振器的差分方程为00()1.8237(1)0.9801(2)()(2)ynynynbxnbxn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()sin(0.014)sin(0.4)xnnn求出系统的输出响应，并画出其波形。课程设计简要操作步骤1确定课题名称；2设计内容及要求；3画出解决问题思路，写出程序清单；4调试程序，并记录和分析5列出参考文献；5书写心得体会。课程设计心得体会课程设计的总结报告是对学生写作科研总结报告的能力训练。通过写报告，不仅把设计、调试的全过程进行全面总结，而且把实践内容上升到理论高度。也使得在强大的理论支持下懂得如何运用资源和条件，最终投入实际达到目的。初步设计，也为以后更好的工作打下坚实的基础，仿佛这一次实习是在就业前的预热。虽然在课程设计中学了好多东西，但我们还需要再接再厉努力学习。一次成功的课程设计就是一次学术的深深体验，苦和累换来却是对自己深刻认识，正如实践是检验真理的唯一标准。课程设计评语及成绩评语成绩指导教师（签名）2010年6月11日附件：离散信号与系统的时域分析摘要：通过对数字信号处理的深刻理解，在有MATLAB对信号进行仿真前提下，使得离散信号输出更准确更形象。利用MATLAB工具箱中filter函数对差分方程求解，防真出系统响应和系统单位脉冲响应，用conv函数完成线形卷积。在判断系统稳定性时，巧妙的将输入信号改为单位阶跃序列，观察稳态输出是否趋于常数（包括零）来判断，如果输出趋于数，则系统稳定，否则系统不稳定。然而，完整的模拟也会存在细小的瑕疵，所以本文还需要改进。尤其是在卷积编程时，冗余度较大。报告要求：（1）简述离散系统时域分析方法；答：离散系统在时域中，是通过差分方程，单位脉冲响应或系统函数对系统特性进行描写。所以在输入信号已知的情况下，知道其中之一就可以利用MATLAB就可以对其进行求解。倘若一直差分方程就适合用工具箱函数filter求差分方程的解。也可以用conv函数计算输入信号核系统的单位脉冲响应的线形卷积，求出系统响应。（2）简述通过实验判断系统稳定性的方法；答：判断系统稳定性，从时域看可以通过检查系统单位脉冲响应是否绝对可和来判断。但实际中，只要用单位阶跃序列作为输入信号，如果稳态输出趋于常数或零，则系统稳定，否则系统不稳定。（3）完成设计实验，并对结果进行分析和解释；（4）打印程序清单和要求画出的信号波形；（5）写出本次课程设计的收获和体会。程序清单和波形图定义基础函数：1uDT为单位阶跃序列functiony=uDT(n)y=n=0;%当参数大于等于0时阶跃为1，否则为02impDT为单位采样序列functiony=impDT(n)y=(n==0);%当参数为0时冲激为1,否则为0第一题：1给定一个低通滤波器的差分方程为()0.05()0.05(1)0.9(1)ynxnxnyn输入信号分别为182()(),()()xnRnxnun时输出波形如下：程序一：%系统响应%N=8;a=[1-0.9];b=[0.050.05];n=0:30;subplot(211)x1=uDT(n)-uDT(n-N);y1=filter(b,a,x1);stem(n,y1,'fill','g'),gridonxlabel('n'),title('系统响应y1(n)')subplot(212)x2=uDT(n);y2=filter(b,a,x2);stem(n,y2,'fill','r'),gridonxlabel('n'),title('系统响应y2(n)')2系统的单位脉冲响应波形图如下：程序二：%系统单位脉冲响应%a=[1-0.9];b=[0.050.05];n=0:30;impz(b,a,30),gridontitle('系统单位脉冲响应h(n)')第二题：给定系统的单位脉冲响应为110()()hnRn2()()2.5(1)2.5(2)(3)hnnnnn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，画出波形如下：程序三：%线性卷积%nx=-1:5;%x(n)向量显示范围(添加了附加的零值)nh=-2:10;%h(n)向量显示范围(添加了附加的零值)x=uDT(nx)-uDT(nx-8);h1=uDT(nh)-uDT(nh-10);h2=impDT(nh)+2.5.*impDT(nh-1)+2.5.*impDT(nh-2)+impDT(nh-3);y1=conv(x,h1);y2=conv(x,h2);ny1=nx(1)+nh(1);%卷积结果起始点%卷积结果长度为两序列长度之和减1,即0到(length(nx)+length(nh)-2);%因此卷积结果的时间范围是将上述长度加上起始点的偏移值ny=ny1+(0:(length(nx)+length(nh)-2));subplot(321)stem(nx,x,'fill'),gridonxlabel('n'),title('x(n)')axis([-41603])subplot(322)stem(nh,h1','fill'),gridonxlabel('n'),title('h1(n)')axis([-41603])subplot(323)stem(nh,h2','fill'),gridonxlabel('n'),title('h2(n)')axis([-41603])subplot(324)stem(ny,y1,'fill'),gridonxlabel('n'),title('y(n)=x(n)*h1(n)')axis([-41603])subplot(325)stem(ny,y2,'fill'),gridonxlabel('n'),title('y(n)=x(n)*h2(n)')axis([-41603])第三题：给定一谐振器的差分方程为00()1.8237(1)0.9801(2)()(2)ynynynbxnbxn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，画出系统输出波形如下：从频域看：程序四：B=[1,1.8237,-0.9801];A=[1/100.49,0,-1/100.49];zplane(B,A),gridonlegend('零点','极点')title('零极点分布图')（由于系统所有极点在单位圆上，则系统稳定）从时域看：程序五：%稳定性判断a=[1-1.82370.9801];b=[1/100.490-1/100.49];n=0:300;x1=uDT(n);y1=filter(b,a,x1);stem(n,y1,'fill''b'),gridonxlabel('n'),title('系统响应y1(n)')（由于系统输出趋于零，则系统稳定）（2）给定输入信号为()sin(0.014)sin(0.4)xnnn求出系统的输出响应，画出其波形图如下：程序六：%差分方程对应的系统函数a=[1-1.82370.9801];b=[1/100.4901/100.49];n=0:30;subplot(211)x1=uDT(n);y1=filter(b,a,x1);stem(n,y1,'fill','g'),gridonxlabel('n'),title('系统响应y1(n)')subplot(212)x2=sin(0.014.*n)+sin(0.4.*n);y2=filter(b,a,x2);stem(n,y2,'fill','r'),gridonxlabel('n'),title('系统响应y2(n)')参考文献：[1]吴礼斌，李伯年，数学实验与建模北京，国防工业出版社2007[2]张威MATLAB基础与编程入门（第二版）西安，西安电子科技大学2008[3]高西全，丁玉美，数字信号处理（第三版）西安，西安电子科技大学2008[4]VinayKLngle,JohnGProakis.数字信号处理及其MATLAB实现陈怀琛王朝英,高西全,译.北京:电子工业出版社,1988课程设计论文撰写的内容和要求课程设计论文要求每个人写一份，字数要求3000～5000字。涉及到计算机软件：学生要独立完成一个软件或较大软件中的一个模块，要有足够的工作量；要写出软件说明书，能够进行计算机演示和给出运算结果。涉及到计算机硬件或电控装置：学生要独立完成一个完整的实验，要有完整的测试结果和实验数据，实验要有探索性，要写出使用说明书。1、标题标题应该简短、明确、有概括性。标题字数要适当，不宜超过20个字。如果有些细节必须放进标题，可以分成主标题和副标题。2、论文摘要论文摘要简要陈述研究课题的内容，创新见解和主要论点，中文摘要在200字左右。摘要的最后应列出关键词。[3、目录目录按三级标题编写（即：[一、…，1.…，（1）…]），要求标题层次清晰。目录中的标题应于正文中的标题一致。每一章节后应标明起始页码。课程设计的全部标题层次应有条不紊，整齐清晰。]3、正文正文包括绪论、正文主体与结论，其内容分别如下：①绪论：说明本课题的意义、目的、研究范围及要达到的技术要求；简述本课题在国内外的发展概况及存在的问题；说明本课题的指导思想；阐述本课题应解决的主要问题。②方案：说明设计原理并进行方案选择，阐明为什么要选择这个设计方案以及所采用方案的特点。③过程论述：指作者对自己的研究工作的详细表述。要求理论正确、论据确凿、逻辑性强、层次分明、表达确切，④结果分析：对研究过程中所获得的主要的数据、现象进行定性或定量分析，得出结论或推论。⑤结论：对整个研究工作进行归纳和综合，阐述本课题研究中尚存在的问题及进一步开展研究的见解和建议。结论