《数字信号处理》上机实验指导——修正版本1

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1、《数字信号处理》上机实验指导书万国龙周秀芝编写北京航空航天人学电子工程系目录1•前言12.实验一：连续信号的采样33.实验二：IIR滤波器的设计54.实验三：FIR滤波器的设计75.实验四：用FFT对连续时间信号进行频谱分析96.实验五：卷积和滤波117.实验六：电话号码分析138.附录A：MATLAB系统与语言简介149.附录B：信号处理工具箱函数2110.参考书目22・♦自60年代以来，随着计算机和信息学科的飞速发展，数字信号处理（DigitalSignalProcessing,DSP）技术应用而生并迅速发展，现已形成一门独立的学科体系。当前

2、，我们止在全面地进入数字时代，随着微电了技术的迅速发展，通用的DSP芯片的性能不断捉高，而价格持续地下降。以DSP芯片及外围开发设备为主，正在形成一个具有较大潜力的产业与市场。众所周知，几乎所有的工程技术领域都要涉及到信号问题。这些信号包括电的、磁的、机械的、热的、声的、光的及生物体的等等各个方面。如何在较强的背景噪声下提取出真止的信号或信号的特征并将其应用于工程实际是信号处理技术要完成的任务。因此可以说，信号处理几乎涉及到所冇的工程技术领域。数字信号处理是一门以算法为核心的理论性很强的学科。它是利用数字计算机或专用处理设备，以数值计算的方法对信

3、号进行采集、变换、综合、估值与识别等加工处理，借以达到提取信息和便于应用的廿的。数字信号处理技术及设备具有灵活、精确、抗干扰强、设备尺寸小、造价低、速度快等突出优点，这些都是模拟信号处理技术与设备所无法比拟的。近30来年，数字信号处理是紧紧围绕着理论、实现及应用三个方面迅速发展起来的，它以众多的学科为理论基础，其成果又渗透到众多的学科，成为理论与实践并重、在高新技术领域中占有重要地位的新兴学科。数字信号处理的实现，大体上有如下几种方法：（1）在通用的微计算机上用软件来实现。软件可由使用者自己编写，也可使用现成的。自IEEEDSPComm于1979

4、年推岀笫一个信号处理软件包以来，国外的研究机构、公司也在推出不同语言、不同用途的信号处理软件包。这种实现方法速度较慢，多用于教学与科研。（2）用单片机来实现。目前单片机的发展速度较快，其功能也很强。依靠单片机的硕件环境配以信号处理软件可用于工程实际，如数字控制、医疗仪器等。（3）利用专门用于信号处理的DSP芯片来实现。DSP芯片较之单片机有着更为突出的优点，如内部带有乘法、累加器，采用流水线工作方式及并行结构，多总线，速度快，配有适于信号处理的指令等，DSP芯片的问世及飞速发展，为信号处理技术应用于工程实际提供了可能。（4）利用特殊用途的DSP芯

5、片来实现。现在国际上已推出专门用于FFT、F1R滤波、卷积、相关等专用芯片，其软件算法已在芯片内部用硕件电路实现，使用者给出输入数据，可以在输出端直接得到结果。在实际应用中，数字信号处理的算法研究是关键。为了使同学们在学习《数字信号处理》这们课程中，更好地理解和掌握课堂上所学的理论知识，加深对理论的理解，为将来在实际工作屮，能够应用理论知识解决实际问题，我们特别选择了如下一些基本的实验，使得同学门通过自己编程上机演练，加深和巩固所学的理论知识。考虑到学生们的上机的机时有限，我们选择了如下的一些基础实验：1）连续信号的采样2）F1R滤波器的设计3）

6、利用FFT算法对信号进行频谱分析4）IIR滤波器的设计5）卷积和滤波6）电话号码分析在本上机指导书中，我们指定的编程语言是MathWorks公司的MATLAB语言,这是目前国际上在理论研究中普遍采用的一个软件。为方便同学门编程，有关这一软件的简单使用，以及在我们实验屮用到的语句和函数，我们将在附录屮给出。同学们如果要更进一步地掌握MTLAB语言，可以阅读有关MTLAB语言这方面的书籍。另外，还可以参考周秀芝、卞蓉辉的“信号处理习题演示”软件。同学们在作完上机实验后，必须提交实验报告。实验报告分为如下三个部分:1.实验要求和目的2.实验方案和程序清

7、单3.实验结果和结果分析实验连续信号的采样物理lit界中的信号，通常都是连续信号（即模拟信号）。利用数字技术实现信号处理，第一步就是要将连续信号离散化（既对信号的抽样）。那末，在时域抽样后的离散信号与原来的时域连续信号Z间有什么样的关系，是我们比较关心的。木实验的第一题中，将看到在不同的抽样率下，离散信号波形与连续信号波形的关系。随着抽样率的提高，抽样信号更容易看出连续信号。由于MATLAB语言无法表示连续信号，因此在本题中要用足够多的采样点来模拟连续信号，同时要注意抽样斤数字信号的表示。即以r'=O:T；:T来表示连续信号的自变最，以t=O:T

8、s:T来表示采样后的信号的白变量，则Ty=l//v,人为采样频率，而7；'应远远小于7；。木实验的第二题，是为了分析离散信号与连续信号之