数字信号处理 中国通信学会普通高等教育十二五 规划教材立项项目 教学课件 作者 王艳芬 张晓光 刘卫东 王刚 第8章 数字信号处理实验.ppt

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1、第8章数字信号处理实验8.1信号、系统及系统响应实验8.2FFT频谱分析及应用实验8.3数字滤波器设计实验8.4数字滤波器的Simulink仿真实现实验8.5交互式工具应用实验数字信号处理是一门理论和实践、原理和应用结合非常紧密的课程，课程主要包含3部分内容，其中1、2章离散时间信号与系统的时域、频域描述是全书的基础；3、4章DFT、FFT主要用于信号的频谱分析；5、6章是IIR、FIR两类数字滤波器设计，它们在工程实践中应用均较广泛。针对这3部分内容，我们在本章分别安排了数字信号处理上机实验，它是

2、课程学习的重要实践环节，不仅能帮助大家灵活运用课程的基本内容，加深对课程基本概念的理解，而且对以后深入学习和应用信号处理知识，解决一些具体问题，都会有很大的帮助。另外，本章最后还配有上机习题，它可以作为课程实验练习。8.1信号、系统及系统响应实验1．实验目的（1）熟悉理想采样的性质，了解信号采样前后的频谱变化，加深对采样定理的理解。（2）熟悉离散信号和系统的时域特性。（3）熟悉线性卷积的计算编程方法，利用卷积的方法观察、分析系统响应的时域特性。（4）掌握序列傅里叶变换的计算机实现方法，利用序列的傅里

3、叶变换对离散信号、系统及系统响应进行频域分析。（1）连续时间信号的采样（2）有限长序列分析（3）信号卷积2．实验原理与方法3．实验内容（1）分析理想采样信号序列的特性（2）离散信号、系统和系统响应的分析（3）卷积定律的验证8.2FFT频谱分析及应用实验1．实验目的（1）通过实验，加深对FFT的理解，熟悉FFT子程序。（2）熟悉应用FFT对典型信号进行频谱分析的方法。（3）了解应用FFT进行信号频谱分析过程中可能出现的问题，以便在实际中正确应用FFT。（1）混叠现象（2）泄漏现象（3）栅栏效应2．实验

4、原理与方法3．实验内容（3）双音多频（DTMF）信号是将拨号盘上的0～F共16个数字，用音频范围的8个频率来表示的一种编码方式。8个频率分为高频群和低频群两组，分别作为列频和行频。每个字符的信号由来自列频和行频的两个频率的正弦信号叠加而成。频率组合方式如表8-1所示。表8-1双音多频（DTMF）信号频率组合方式频率1209Hz1336Hz1477Hz1633Hz697Hz123A770Hz456B852Hz789C941Hz*/E0#/FD8.3数字滤波器设计实验8.3.1IIR数字滤波器的设计8.

5、3.2FIR数字滤波器的设计8.3.1IIR数字滤波器的设计1．实验目的（1）掌握脉冲响应不变法和双线性变换法设计IIR数字滤波器的具体方法和原理，熟悉双线性变换法和脉冲响应不变法设计低通、带通IIR数字滤波器的计算机编程。（2）观察双线性变换法和脉冲响应不变法设计的数字滤波器的频域特性，了解双线性变换法和脉冲响应不变法的特点和区别。（3）熟悉Butterworth滤波器、Chebyshev滤波器和椭圆滤波器的频率特性。（1）脉冲响应不变法2．实验原理与方法图8-1IIR数字滤波器的设计方法图图8-

6、2实际滤波器的幅频特性和各截止频率的含义（2）双线性变换法（3）设计步骤3．实验内容（3）设计一个数字带通滤波器，通带范围为0.25p0.45p，通带内最大衰减为3dB，0.15以下和0.55p以上为阻带，阻带内最小衰减为15dB，试利用Butterworth或ellip（椭圆）模拟低通滤波器设计。（4）利用双线性变换法设计一个带宽为0.08p的10阶椭圆带阻滤波器以滤除数字频率为0.44p的信号，选择合适的阻带衰减值，画出幅度响应。产生下面序列的201个样本，n＝0，1,…,200并将它通过这

7、个带阻滤波器进行处理（filter函数），讨论你得到的结果。8.3.2FIR数字滤波器的设计1．实验目的（1）掌握用窗函数法设计FIR滤波器的原理和方法，熟悉相应的计算机编程。（2）了解用频率采样法设计FIR滤波器的原理和实现。（3）熟悉线性相位FIR滤波器的幅频特性和相频特性。（4）了解不同窗函数对滤波器性能的影响。2．实验原理与方法表1-1ABS主要组成和作用（1）窗函数法（2）频率采样法3．实验内容图8-3利用两个低通得到带通滤波器的示意图根据傅里叶变换的线性特点，其对应的单位脉冲响应hd(n

8、)也为两个低通滤波器的单位脉冲响应相减。因此，实验时，带通滤波器的hd(n)也可以通过简单调用特殊函数ideal_lp(wc,N)来获得，从而简化了设计过程。图8-4理想低通特性8.4数字滤波器的Simulink仿真实现实验1．实验目的（1）熟悉数字滤波器的基本结构，掌握数字滤波器的计算机仿真方法。（2）熟悉Simulink模块的基本操作。（3）通过观察对实际信号（如心电图信号）的滤波效果，加强对数字滤波器的感性理解。Simulink是MATLAB软件中对动态系统进行