数字信号处理上机实验答案(全)1.docx

第十章上机实验数字信号处理是一门理论和实际密切结合的课程,为深入掌握课程内容.最好在学习理论的同时，做习想和上机实验，上机实裟不仅可以精助读得深入的理解和消化范本理论,而且能锻炼初学者的独立解决问他的能力。本章在第二版的基础上端写了六个实脸，前五个实监属基础理论实验,第六个隅应用综合实验.实缝一系统响应及系统植定性，实验二时域采样与版域采样.实验三用FFT对信号作痢讲分析.实胎四IIR数字涉波器设计及软件实现.实验五FIR数字泄波器设计与软件实现实的六应用实验一一数字信号处理在双音多频拨号系统中的应用任课教师根据教学进度，安排学生上机进行实脸。建议自学的读者在学习完笫一章后作实验一：在学习完第三、四章后作实验二和实验三：实验四I1.R数字逑波器谀计及软件实现在。学习完第六章进行：实验五在学习完第七章后进行，实验六涂合实蛤在学习完第七章或者再后些进行：实验六为粽台实物.在学习完本课程后再进行function?tstem(xn.yn)%时域序列绘图函数%?xn:信号数据序列，yn:绘图信号的纵坐标名称(字符申)n-0:1.ength(xn)1;ste(n,xn,.,):box?Onx1.abc1.(,n')：y1.abe1.<yn)：axis(O,11(end),nin(xn),*max(xn)10.1 实验一：系统响应及系统稔定性1 .实验目的(1)掌握求系统响应的方法。(2)掌握时域离散系统的时域特性.(3)分析、观察及检5金系统的稳定性.2 .实验原理与方法在时域中，描写系统特性的方法是差分方程和单位脓冲响应，在领域Ur以用系统函数描述系统特性.已知输入信号可以由差分方程、堆位脉冲响应或系统函数求出系统对于该怆入信号的响应，木实验仪在时域求解.在计算机上适合用递推法求差分方程的解，核筒单的方法是采用MAT1.AB谙*的工具箱南数Gter函数.也可以用MAT1.AB谙*的工具箱函数ConV函数计算怆入伯号和系统的单位脉冲响应的线性卷积，求出系统的响应.系统的时域特性指的是系统的线性时不变性被、因果性和稳定性，取点分析实验系统的稳定性,包括观察系统的资态响应和稳定响应.系统的枪定性是指时任遐行界的输入信号，系统都能得到有界的系统响应。或者系统的单位脉冲响应满足绝对UJ和的条件。系统的稔定性由其差分方程的系数决定.实际中检查系统是否稳定,不可能检查系统对所有有界的帖人信号，怆出是否椰是有界输出，或者依杳系统的电位脉冲响应涌足绝对可和的条件。可行的方法是在系统的输入端加入单位阶取序列，如果系统的输出趋近一个常数(包括零).就可以断定系统是稳定的Iw1.系统的稳态输出是指当T8时，系统的输出.如果系统稳定，信号加入系统后，系统给出的开始一段称为新态效应，Ufin的加大，曲度趋于稳定，达到稳态输出。注意在以下实验中均假设系统的初始状态为零.3 .实验内容及步骤(1)编制程序，包括产生输入信号、单位脓冲响应序列的子程序，用Che1.函数或conv函数求解系统怆出响应的主程序.程序中要有绘制伯号波形的功能，(2)给定一个低通泄波器的差分方程为M”)=0.05W")+0.05x(x-1)+0.9刈-1)输入信号X1(N)=/(J)x2()=w()a)分别求出系统对Mm)=R(n)和+5)="(”)的响应序列，井Si出其波形.b)求出系统的胞位冲响附.画出其波形.(3)给定系统的单位脓冲响应为100=KK100h2(n)=J(w)+2.5凤-1)+2.5(n-2)+5(-3)用线性卷枳法分别求系统h(n)和h2(n>Xt1.(M)=凡()的输出响应,并画出波形。(4)给定一谐振揖的差分方程为)，()=1.8237y(j-1.)-0.9801y(n-2)+buxn-btyx(n-2)令=IZ1.(X).49,谐振器的谐娠频率为04rada)用实验方法检查系统是否他定.输入信号为“()时，画出系统输出波形。b)给定输入信号为X«)=sin(O.OI4n)+sin(0.4n)求出系统的输出响应，并画出其波形。4 .思考遨(I)如果输入信号为无限长序列，系统的单位脉冲响应是彳i1.长序列，可否用线性卷积法求系统的响应？如何求？<2)如果信号羟过低通逑波器,把信号的高物分JA逑掉,时域信号会有何变化，用前面第一个实3佥结果进行分析说明。5 .实脸报告要求(1)简述在时域求系统响应的方法。(2)简述通过实验判断系统稳定性的方法。分析上面第三个实险的稳定输出的波形。(3)对各实验所行结果进行简总分析和解佯.(4)简要回答思考题.(5)打印程序清单和要求的各信号波形.6 0.1.2实验程序清单先实Kh系统响应及系统和定性c1.osea1.1.;CIeara1.1.%=fhi1.1.用fi1.ter解差分方程，由系统对u(n)的响应判断稳定性=A=(1.-0.9：B=|0.05.0.05h%,系统It分方程系数向量B和Ax1.n=1.1II111IZerOS(IJO);%产生信号'1(n)=R8(n)x2n=oncs(1.J28);%产生信号x2(n)=u(n)hn=imPz(BA58);先求系统单位B：冲响应h(n)subp1.ot(2>2J)y'h(n)'Ustem(Iuuy);%调用函数Istem绘图tit1.e(*（八）系及单位脓冲响应h(n)*);boxony1.n=fi1.ter(R,x1.n);先求系统对X1.m)的响应y1.(n)JbP1.Ot1.222);)='yKn),ztstcm(y1.n,y):tit1.e('(b)JKf1.E对R8(n)的虚y1.(n),)boxony2n=fi1.ter(B,x2n);%求系线对x2(n)的响应y21n)subp1.ot(2J,4hy='y2(n),½tcm(y2n,y):titk('(c)系及对U(I1.)的*应y2<nf);boxon%=内容2：,用conv画数计舞卷枳=x1.n=(I1111111:%产生信号x1.<n>=R8<n>hIn=ones(1JO)zeros(1.J0);h2n=12.52.51zcros(1.10);y21n=conv(h1.n<x1.n);y22n=con(h2111n);figure(2)subp1.ot(2J,1>y=*h1(n),:tstem(h1n.y);%,用函效tstem绘图tit1.e(v(d)系统单位除冲响应h1.(n),)boxonsuhp1.ot(2JJ)zy=,y21(n)*ztstem(y21n.y);titie(v(e)h1.(n>R8(n的卷积y21(n)v);boxonsubp1.ot(2923)；ys，h2(n)e;tstein(h2n,y);%用函Istem镂图tit1.e(t(f)系统单位脉冲片应h2(n)oxonSUbPIOU224)；产、22UI)F3em(y22,y);tit1.c(1.(g)h2(n与R8(n)的卷积y22(n),);boxon%=内容3谓摄析=U1.1.=OneS(1,256);%产生信号U(I1)n=0:255;xsin=sin(0.014*n)÷sin(O.40n);%产生正蚓I1.号A=1.,J.82373).98<)1.hB=1.1.(M).49,0.1.(M).49;?(，系统控分方程系数向*B和Ay31n=fi1.ter(B,un);%谓援署对IIm)的看应y31(n)y32n=i1.ter(B,xsin);”"谐振叁对I1.(II)的0应y31(n>ure(3)subp1.ot(2JJ>y=,y31(n)tMem(y31n,y);titie(v（三）谐摄叁对u(n)的响Jfiy31(n)1);bnxonsubp1.ot(2J.2)y=,y32<n),Ustcm<y32n,y):tit1.ef(i)UHR叁对正弦信号的噌应y32(n)');boxon7 0.1.3实验程序运行结果及分析讨论程序运行结果如图10.1.1所示。实验内容<2>系统的单位冲响应、系统对X1S)=/?(«)f1.x,(J)="()的响应序列分别如图、(b)和(C)所示：实聆内容(3>系统h(n)和Mn)对阳()=RXS)的输出响应分别如图®和谯)所示：实验内容(4)系统对“()和M")=sin(0.014系+sin(04n)的响应序列分别如图（三）和所示，由图（三）可见.系统对示“)的响应速渐衰减到等,所以系统稳定，由图可见，系统对)=sin(0.01411)+sin(0.4h)的柩态响应近似为止弦序列Sin().4"),这结论验证r该系统的谐振短率是0.4rad.系疣单位脉冲响应MI)0.10.08g0.060.04系统对R8<n)的响应y1.(n)(d)系疣单位脉冲响应h1(n)(e)M(11R8(n)的卷积y21(n)0.02（三）话娠器对Um)的响应y31(11)(i)谐振器对正弦信号的响应y32(n)O50100150200250图1O.I.18 0.1.4简答思考题(I)加果输入信号为无限长序列,系统的单位豚冲响应是行限长序列,可否用线性卷积法求系统的响应.对输入信号序列分段：求单位脓冲响应h(n)与各段的卷枳：将各段卷枳结果相加，具体实现方法有第三章介绍的重变相加法和重叠保刷法。(2)如果信号经过低通滤波；把信号的高频分量逑掉,时域信号的剧烈变化将被平滑.由实5金内容(1结果图1.O.1.1.（八）、(b)和(C)可见,经过系统低通涉波使输入信号次用、-t1.(«)=(")和.(")=“(")的阶氏变化变得线慢上升与下降.10.2 实验二时域采样与领域采样10.2.1 实验指导1 .实验目的时域采样理论与频域采样理论是数字信号处理中的重鬟理论。要求掌握模拟信号采样前后频i种的变化，以及如何选择采样猱率才能使采样后的伯号不丢失信纪：要求掌握领率域果样会引起时域周期化的概念，以及频率城采样定理及其对领域采样点数选择的指导作用，2 .实验原理与方法时域采样定理的要点是：U)对模拟信号X/，)以间隔T进行时域等间隔理想采样,形成的枭样信号的领i普文(/C)是原模拟信号频诙X,()以采样角物率C,(1=27)为冏期进行周期延拓。公式为；;)=r7i=JE,(c-血)*n-*b)采样频率C,必须大于等于模拟信号最高频率的两倍以上，才能使采样信号的频谱不产生嫉谐混比.利用计算机计售上式并不方便,下面我们导出另外一个公式，以使用计算机上进行实验。理想果样伯%”)和模拟信n(/)之间的关系为：jtrxa(t)=xi(t)(t-nT)对上式进行傅立叶变换，得到：X,)=A-(r)(t-nT)ein,dt11-<o='rXAWt-nT)e-n,dtM=-*-在上式的积分号内只有当，=#T时，才有非零值,因此：XJ)=xa(nT)e上式中，在数值上x“(r)=x()，再将。=Q7代入，得