数字信号处理实验指导书正文.docVIP

目 录 实验一 熟悉MATLAB环境（2学时） 2 实验二　求线性时不变系统的输出(2学时) 3 实验三　时域及频域采样定理(2学时) 8 实验四　零极点分布对系统频率响应的影响(2学时) 11 实验五　用DFT（FFT）对信号进行频谱分析(2学时) 14 实验六　IIR滤波器的设计(2学时) 16 实验七　FIR滤波器的设计(2学时) 19 实验八　数字音频信号的分析与处理(4学时) 22 附录： MATLAB基本操作及常用命令 26 实验一 熟悉MATLAB环境（2学时） 实验目的 1．熟悉MATLAB的主要操作命令。 2．学会用MATLAB创建时域离散信号。 3．学会创建MATLAB函数。 实验原理 参阅附录MATLAB基本操作及常用命令。 实验内容 完成以下操作。 1．数组的加、减、乘、除运算。 输入A=[1 2 3 4]；B=[3 4 5 6]；计算：C=A+B；D=A-B；E=A.*B；F=A./B；G=A.^B；并用stem语句画出A、B、C、D、E、F、G。 2．用MATLAB实现以下序列 (1)单位抽样序列 (2)单位阶跃序列 (3)矩形序列 (4)正弦序列 x(n)=5sin(0.5πn+ π/4) (5)指数序列 x(n)=exp(-0.5n) 3．用MATLAB生成以下两个序列： 并作以下运算，并绘制运算后序列的波形。 （1） （2） （3） （4） （5） 4．利用MATLAB读取一个WAV文件，并画出其波形图。将此WAV文件的信号幅度衰减一半后再存为另一个WAV文件，并画出其波形图。 实验报告要求 1. 按实验报告模版各栏目填写，实验原理部分只需简述。 2．按实验步骤附上实验程序，给出运算结果。 3．记录调试运行情况及所遇问题的解决方法。 实验二　求线性时不变系统的输出(2学时) 一、实验目的： 1.　学习用递推法求解差分方程的方法。 2. 学习用线性卷积法求网络输出的方法。 二、实验原理： 一般网络或系统用线性常系数差分方程描述，如果已知差分方程和输入信号，用递推法求解差分方程或者求网络输出，最适合用计算计求解。但要注意N阶差分方程要预先给定N个初始条件。下面用例子说明用递推法求解差分方程的方框图。例如一个二阶差分方程如下： 式中，系数、、 、为已知系数，是输入序列。设是因果序列，，从开始递推。当时， 式中，和是两个初始条件，要预先给定。这样求解网络输出的计算框图如图2.1所示。 图2.1　用递推法求解差分方程的框图 图中，N表示递推了N步，即y(n)的长度。 如果用差分方程求系统的单位脉冲响应，也可以用上面的计算框图。因为是系统输入时的零状态响应，因此计算框图中全部的初始条件为0，且。这样递推得到。 已知和输入，求系统输出，也可以用线性卷积法进行。线性卷积法的公式如下： 计算时，关键问题是根据和的特点，确定求和的上下限。例如，，，卷积公式为 根据上式中的，限制非零区间为：，由限制非零区间为：。由上面的不等式知道的取值和有关，可以分几种情况： 当0时， 当9时， 当时， 最后得到： 再用计算机计算。 如果给定的和是一些离散数据，更方便的是用MATLAB语言的数字信号工具箱函数conv计算两个n的取值从零开始的有限长序列的线性卷积。 三、实验用MATLAB函数介绍 1.　conv 功能：计算离散卷积、多项式相乘。 调用格式：yn = conv (hn, xn) 计算向量hn和xn的卷积，卷积结果向量为yn。如果用N和M分别表示hn和xn的长度，则yn的长度为N+M-1。如果hn和xn表示两个多项式的系数向量，则yn为两个多项式乘积的系数向量。 例如，程序： hn=[1，1，1，1]; xn=[1，1，1，1]； yn=conv(hn,xn)； 运行结果： yn=[1 2 3 4 3 2 1] impz 功能：计算数字滤波器的单位脉冲响应。 调用格式： [hn,n]=impz(B,A)：计算出单位脉冲响应列向量hn，并返回时间列向量n。自动选择hn的样点数。调用参数B和A分别为数字滤波器系统函数的分子和分母多项式系数向量。 [hn,n]=impz(B,A,N)：计算出单位脉冲响应N个样值。如果N是一个整数向量，则仅计算出这些整数点的单位脉冲响应样值。 如果调用时无输出参数，则完成响应的计算功能，并自动调用stem(n，hn)绘图。其他调用格式用help命令查看。 例如，系统的差分方程对应的系统函数为 计算出单位脉冲响应50个样值，并给出绘图的程序如下： B=1; A=[1,-0