數(shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　《數(shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì)》</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書</b></p><p>　　系 (部) 電子與通信工程系 </p><p>　　專業(yè)(班級(jí)) </p><p>　　姓 名

2、 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　關(guān)鍵詞:信號(hào)處理、離散時(shí)間信號(hào)、數(shù)字濾波器、Matlab</p><p><b>　　1、任務(wù)與要求</b></p><p>　　09級(jí)數(shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p&g

3、t;　　系(部):電子與通信工程系 專業(yè): 光電信息工程 指導(dǎo)教師: 陳英 黃飛江 馮璐 2012-5-16 </p><p>　　2、程序設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果圖</p><p>　　2.1離散時(shí)間信號(hào)的表示及運(yùn)算</p><p>　　2.1.1 畫出序列 x(n)={0,5,7,9,6,3,2,1}，-1<=n<=6。</p>

4、<p>　　程序： n=-1:6;</p><p>　　x=[0,5,7,9,6,3,2,1];</p><p>　　stem(n,x,'fill'),xlabel('n'),grid on</p><p>　　axis([-3 9 -1 10]);</p><p><b>　　運(yùn)行結(jié)果

5、圖：</b></p><p>　　圖2.1.1 序列 x(n)波形圖</p><p>　　2.1.2 試用 MATLAB 命令分別繪出下列各序列的波形圖。</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　程序： n=0:10;a1=2;x1=a1.^n;stem(n,x1,'

6、;fill'),grid onxlabel('n'),title('x(n)=2^{n}') </p><p><b>　　運(yùn)行結(jié)果圖：</b></p><p>　　圖2.1.2（1） 波形圖</p><p><b>　　(2) </b></p><

7、p>　　程序： n=0:40;</p><p>　　x=sin(0.01*n).*impDT(n);</p><p>　　stem(n,x,'fill'),xlabel('n'),grid on</p><p>　　axis([-5 5 -1.2 1.2])</p><p><b>　　運(yùn)行結(jié)果

8、圖：</b></p><p>　　圖2.1.2 (2) </p><p><b>　　(3) </b></p><p>　　程序： n=-30:30;</p><p>　　x=cos(pi*n/10-pi/5);</p><p>　　stem(n,x,'.'),xla

9、bel('n'),grid on</p><p>　　axis([-30 30 -1.2 1.2])</p><p><b>　　運(yùn)行結(jié)果圖：</b></p><p>　　圖2.1.2 (3) </p><p><b>　　(4) </b></p><p>

10、;　　程序：n=-30:30;</p><p>　　x=cos(-pi*n/10+pi/5);</p><p>　　stem(n,x,'.'),xlabel('n'),grid on</p><p>　　axis([-30 30 -1.2 1.2])</p><p><b>　　運(yùn)行結(jié)果圖：</

11、b></p><p>　　圖2.1.2 (4) 波形圖</p><p>　　2.2離散時(shí)間信號(hào)的頻域分析</p><p>　　2.2.1：求指數(shù)序列的離散時(shí)間傅立葉變換；</p><p>　　程序： N=100;</p><p>　　n=0:1:N-1;</p><p>　　xn=0.

12、8.^n;</p><p>　　k=0:1:N-1;</p><p>　　WN=exp(-j*2*pi/N);</p><p><b>　　nk=n'*k;</b></p><p>　　WNnk=WN.^nk;</p><p>　　Xk=xn*WNnk;</p><p&

13、gt;　　subplot(2,1,1)</p><p>　　stem(n,xn,'.');</p><p>　　subplot(2,1,2)</p><p>　　stem(k,abs(Xk),'.'); </p><p><b>　　運(yùn)行結(jié)果圖：</b></p><p&

14、gt;<b>　　圖2.2.1 序列</b></p><p>　　2.2.2 試用 MATLAB 命令對(duì)函數(shù)進(jìn)行部分分式展開，并求出其z反變換。</p><p>　　程序： B=[1];</p><p>　　A=[1,-4,5,-2];</p><p>　　[R,P,K]=residuez(B,A)</p>

15、;<p><b>　　運(yùn)行結(jié)果：</b></p><p>　　R = 4.0000 </p><p>　　-2.0000 - 0.0000i</p><p>　　-1.0000 + 0.0000i</p><p>　　P = 2.0

16、000 </p><p>　　1.0000 + 0.0000i</p><p>　　1.0000 - 0.0000i</p><p><b>　　K =</b></p><p><b>　　[]</b></p><p>　　2.3離散時(shí)間LTI系統(tǒng)的時(shí)域分析

17、</p><p>　　2.3.1 試用 MATLAB 命令求解以下離散時(shí)間系統(tǒng)的單位取樣響應(yīng)。</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　程序： a=[3 4 1];</p><p><b>　　b=[1 1];</b></p><p><b>

18、;　　n=0:30;</b></p><p>　　impz(b,a,30),grid on</p><p>　　title('系統(tǒng)單位取樣響應(yīng)h(n) ')</p><p><b>　　運(yùn)行結(jié)果圖：</b></p><p>　　圖2.3.1 （1）單位取樣響應(yīng)圖</p><

19、p><b>　　(2)</b></p><p>　　程序：a=[5/2 6 10];</p><p><b>　　b=[1];</b></p><p><b>　　n=0:30;</b></p><p>　　impz(b,a,30),grid on</p>

20、<p>　　title('系統(tǒng)單位取樣響應(yīng)h(n) ')</p><p><b>　　運(yùn)行結(jié)果圖：</b></p><p>　　圖2.3.1 (2) 單位取樣響應(yīng)圖</p><p>　　2.3.2 已知某系統(tǒng)的單位取樣響應(yīng)為，試用MATLAB求當(dāng)激勵(lì)信號(hào)為 時(shí)，系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)。</p><p>

21、;　　程序： nx=-1:5; </p><p>　　nh=-2:10; </p><p>　　x=uDT(nx)-uDT(nx-5);</p><p>　　h=(7/8).^nh.*(uDT(nh)-uDT(nh-10));</p><p>　　y=conv(x,h);</p><p>　　ny1=nx(1)+

22、nh(1);</p><p>　　ny=ny1+(0:(length(nx)+length(nh)-2));</p><p>　　subplot(311)</p><p>　　stem(nx,x,'.'),grid on</p><p>　　xlabel('n'),title('x(n)')&l

23、t;/p><p>　　axis([-4 16 0 3])</p><p>　　subplot(312)</p><p>　　stem(nh,h','.'),grid on</p><p>　　xlabel('n'),title('h(n)')</p><p>　　ax

24、is([-4 16 0 3])</p><p>　　subplot(313)</p><p>　　stem(ny,y,'.'),grid on</p><p>　　xlabel('n'),title('y(n)=x(n)*h(n)')</p><p>　　axis([-4 16 0 3])<

25、;/p><p><b>　　運(yùn)行結(jié)果圖：</b></p><p>　　圖2.3.2 零狀態(tài)響應(yīng)圖</p><p>　　2.4離散時(shí)間LTI系統(tǒng)的Z域分析</p><p>　　試用MATLAB 畫出下列因果系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)零極點(diǎn)分布圖，并判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。</p><p>　　程序： B=[2,-1.6

26、,-0.9];</p><p>　　A=[1,-2.5,1.96,-0.48];</p><p>　　zplane(B,A),grid on</p><p>　　legend('零點(diǎn)','極點(diǎn)')</p><p>　　title('零極點(diǎn)分布圖')</p><p><

27、;b>　　運(yùn)行結(jié)果圖：</b></p><p>　　圖2.4.1 （1）零極點(diǎn)分布圖</p><p>　　由圖可知，極點(diǎn)不全分布在圓內(nèi)，所以系統(tǒng)不穩(wěn)定。</p><p><b>　　（2）</b></p><p>　　程序： B=[1,-1]; A=[1,-0.9,-0.65,0.873];</p

28、><p>　　zplane(B,A),grid on</p><p>　　legend('零點(diǎn)','極點(diǎn)') title('零極點(diǎn)分布圖')</p><p><b>　　運(yùn)行結(jié)果圖：</b></p><p>　　圖2.4.1（2）零極點(diǎn)分布圖</p><p&

29、gt;　　由圖可知，極點(diǎn)全分布在圓內(nèi)，所以系統(tǒng)不穩(wěn)定。</p><p>　　2.4.2 試用 MATLAB 繪制系統(tǒng) 的頻率響應(yīng)曲線。</p><p>　　程序： b=[1 0 0];</p><p>　　a=[1 -3/4 1/8];</p><p>　　[H,w]=freqz(b,a,400,'whole');</p

30、><p>　　Hm=abs(H);</p><p>　　Hp=angle(H);</p><p>　　subplot(211)</p><p>　　plot(w,Hm),grid on</p><p>　　xlabel('\omega(rad/s)'),ylabel('Magnitude')

31、</p><p>　　title('離散系統(tǒng)幅頻特性曲線')</p><p>　　subplot(212)</p><p>　　plot(w,Hp),grid on</p><p>　　xlabel('\omega(rad/s)'),ylabel('Phase')</p><

32、p>　　title('離散系統(tǒng)相頻特性曲線')</p><p><b>　　運(yùn)行結(jié)果圖：</b></p><p>　　圖2.4.2 頻率響應(yīng)曲線圖</p><p>　　2.5 IIR 數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　2.5.1 設(shè)計(jì)低通數(shù)字濾波器，要求在通帶內(nèi)頻率低于0.2πrad 時(shí)，允許

33、幅度誤差在1dB 以內(nèi)，在頻率0.3πrad 到πrad 之間的阻帶衰減大于15dB。用脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器。T＝1。求模擬濾波器采用切比雪夫?yàn)V波器原型。</p><p>　　程序：wp=0.2*pi;</p><p>　　ws=0.3*pi;</p><p><b>　　Rp=1;</b></p><p>&l

34、t;b>　　As=15;</b></p><p>　　[N,wc]=buttord(wp,ws,Rp,As,'s');</p><p>　　[b,a]= cheby1(N,Rp,wc,'s');</p><p>　　[Bz,Az]=impinvar(b,a);</p><p>　　freqz(

35、Bz,Az);</p><p><b>　　運(yùn)行結(jié)果圖：</b></p><p>　　圖2.5.1 切比雪夫?yàn)V波器原型的IIR數(shù)字濾波器</p><p>　　2.6 FIR 數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　2.6.1 根據(jù)下列技術(shù)指標(biāo)，設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字FIR 高通濾波器。Wp=0.6π，Ap=0.25dB,Wr=0.4

36、π,Ar=40dB; 選擇一個(gè)恰當(dāng)?shù)拇昂瘮?shù)，確定單位脈沖響應(yīng)，繪出所設(shè)計(jì)的濾波器的幅度響應(yīng)。</p><p>　　程序：Wp=0.6*pi;Ws=0.4*pi;Ap=0.25;Ar=40;</p><p><b>　　Bt=Wp-Ws;</b></p><p>　　N0=ceil(6.2*pi/Bt);</p><p>

37、　　N=N0+mod(N0+1,2);</p><p>　　Wc=(Wp+Ws)/2/pi;</p><p>　　hn=fir1(N-1,Wc,'high',hanning(N));</p><p>　　freqz (hn,n);</p><p><b>　　運(yùn)行結(jié)果圖：</b></p>&

38、lt;p>　　圖2.6.1 FIR 高通濾波器</p><p>　　2.6.2 用頻率采樣法1，設(shè)計(jì)I型FIR 低通濾波器，要求的技術(shù)指標(biāo)為Wp=0.3π，Ap=5dB，Wr=0.4π，Ar=40dB。</p><p>　　程序：Wp=0.3*pi;Ap=5;Wr=0.4*pi;Ar=40;</p><p>　　T=input('T=');&l

39、t;/p><p><b>　　Bt=pi/16;</b></p><p>　　m=1;N=ceil(m+1)*2*(pi/Bt);</p><p>　　N=N+mod(N+1,2);</p><p>　　Np=fix(Wp/(2*pi/N));</p><p>　　Ns=N-2*Np-1;</p

40、><p>　　Hk=[ones(1,Np+1),zeros(1,Ns),ones(1,Np)];</p><p>　　Hk(Np+2)=T;Ak(N-Np)=T;</p><p>　　thetak=-pi*(N-1)*(0:N-1)/N;</p><p>　　Hdk=Hk.*exp(j*thetak);</p><p>　

41、　hn=real(ifft(Hdk));</p><p>　　Hw=fft(hn,1024);</p><p>　　wk=2*pi*[0:1023]/1024;</p><p>　　Hgw=Hw.*exp(j*wk*(N-1)/2);</p><p>　　freqz (Hgw,n);</p><p>　　運(yùn)行結(jié)果圖：

42、 T=2</p><p>　　圖2.6.2 I型FIR 低通濾波器</p><p>　　3、工作原理與仿真結(jié)果分析</p><p><b>　　4、結(jié)論與心得</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 高西全 丁玉美. 數(shù)字信號(hào)處理.

43、西安電子科技大學(xué)出版社，2008.</p><p>　　[2]陳后金 胡健 薛健. 信號(hào)與系統(tǒng). 清華大學(xué)出版社，2011.6</p><p>　　[3] 李莉王 沛俞 玉蓮 常寧. 數(shù)字信號(hào)處理原理和算法實(shí)現(xiàn). 清華大學(xué)出版社，2010.2</p><p>　　[4]Vinay K. Ingle. 數(shù)字信號(hào)處理及其Matlab實(shí)現(xiàn)（中譯版）. 電子工業(yè)出版社，19