丁玉美_数字信号处理_第10章_上机实验.ppt

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1、第10章上机实验10.1引言10.2关于实验用计算机语言10.3实验一：信号、系统及系统响应10.4实验二：用FFT作谱分析10.5实验三：用双线性变换法设计IIR数字滤波器10.6实验四：用窗函数法设计FIR数字滤波器10.1引言第一、二章是全书的基础内容。第三、四章DFT、FFT是数字信号处理的重要数学工具，它有广泛的使用内容。10.2关于实验用计算机语言MATLAB是一种交互式的以矩阵为基本数据结构的系统。在生成矩阵对象时，不要求明确的维数说明。所谓交互式，是指MATLAB的草稿纸编程环境。

2、与C语言或FORTRON语言作科学数值计算的程序设计相比较，利用MATLAB可节省大量的编程时间。10.3实验一：信号、系统及系统响应1.实验目的(1)熟悉连续信号经理想采样前后的频谱变化关系，加深对时域采样定理的理解。(2)熟悉时域离散系统的时域特性。(3)利用卷积方法观察分析系统的时域特性。(4)掌握序列傅里叶变换的计算机实现方法，利用序列的傅里叶变换对连续信号、离散信号及系统响应进行频域分析。2.实验原理与方法采样是连续信号数字处理的第一个关键环节。对一个连续信号xa(t)进行理想采样的过程

3、可用(10.3.1)式表示。(10.3.1)其中(t)为xa(t)的理想采样，p(t)为周期冲激脉冲，即(10.3.2)(t)的傅里叶变换(jΩ)为(10.3.3)将(10.3.2)式代入(10.3.1)式并进行傅里叶变换，式中的xa(nT)就是采样后得到的序列x(n)，即x(n)的傅里叶变换为(10.3.4)(10.3.5)比较(10.3.5)和(10.3.4)可知(10.3.6)在数字计算机上观察分析各种序列的频域特性，通常对X(ejω)在［0,2π］上进行M点采样来观察分析。对长度为N的有限

4、长序列x(n),有一个时域离散线性非移变系统的输入/输出关系为其中(10.3.8)上述卷积运算也可以在频域实现3.实验内容及步骤(1)认真复习采样理论、离散信号与系统、线性卷积、序列的傅里叶变换及性质等有关内容，阅读本实验原理与方法。(2)编制实验用主程序及相应子程序。①信号产生子程序，用于产生实验中要用到的下列信号序列：xa(t)=Ae-atsin(Ω0t)u(t)(10.3.9)进行采样，可得到采样序列xa(n)=xa(nT)=Ae-anTsin(Ω0nT)u(n),0≤n<50其中A为幅度因

5、子，a为衰减因子，Ω0是模拟角频率，T为采样间隔。这些参数都要在实验过程中由键盘输入，产生不同的xa(t)和xa(n)。b.单位脉冲序列：xb(n)=δ(n)c.矩形序列：xc(n)=RN(n),N=10②系统单位脉冲响应序列产生子程序。本实验要用到两种FIR系统。a.ha(n)=R10(n);b.hb(n)=δ(n)+2.5δ(n-1)+2.5δ(n-2)+δ(n-3)③有限长序列线性卷积子程序，用于完成两个给定长度的序列的卷积。可以直接调用MATLAB语言中的卷积函数conv。conv用于两

6、个有限长度序列的卷积，它假定两个序列都从n=0开始。调用格式如下：y=conv(x,h)图10.3.1实验一的主程序框图图10.3.2xa(t)的幅频特性曲线(3)调通并运行实验程序，完成下述实验内容：①分析采样序列的特性。a.取采样频率fs=1kHz,即T=1ms。b.改变采样频率，fs=300Hz，观察

7、X(ejω)

8、的变化，并做记录(打印曲线)；进一步降低采样频率，fs=200Hz，观察频谱混叠是否明显存在，说明原因，并记录(打印)这时的

9、X(ejω)

10、曲线。②时域离散信号、系统和系统响应分

11、析。a.观察信号xb(n)和系统hb(n)的时域和频域特性；利用线性卷积求信号xb(n)通过系统hb(n)的响应y(n)，比较所求响应y(n)和hb(n)的时域及频域特性，注意它们之间有无差别，绘图说明，并用所学理论解释所得结果。b.观察系统ha(n)对信号xc(n)的响应特性。③卷积定理的验证。4.思考题(1)在分析理想采样序列特性的实验中，采样频率不同时，相应理想采样序列的傅里叶变换频谱的数字频率度量是否都相同?它们所对应的模拟频率是否相同?为什么?(2)在卷积定理验证的实验中，如果选用不同的

12、频域采样点数M值，例如，选M=10和M=20，分别做序列的傅里叶变换，求得所得结果之间有无差异?为什么?5.实验报告要求(1)简述实验目的及实验原理。(2)按实验步骤附上实验过程中的信号序列、系统单位脉冲响应及系统响应序列的时域和幅频特性曲线，并对所得结果进行分析和解释。(3)总结实验中的主要结论。(4)简要回答思考题。10.4实验二：用FFT作谱分析1.实验目的(1)进一步加深DFT算法原理和基本性质的理解(因为FFT只是DFT的一种快速算法，所以FFT的运算结果必然满足DFT的