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1、目 录目 录0前 言1实验1 用MATLAB产生时域离散信号2实验2 离散LSI系统的时域分析10实验3 离散LSI系统的频域分析20实验4 DFS、DFT与FFT32实验5 抽样定理50实验6 数字滤波器的网络结构59实验7 用MATLAB设计IIR数字滤波器（一）69实验8 用MATLAB设计IIR数字滤波器（二）78实验9 用MATLAB设计IIR数字滤波器（三）88实验10 用MATLAB设计FIR数字滤波器（一）97实验11 用MATLAB设计FIR数字滤波器（二）104实验12 用MATLAB设计FIR数字滤波器（三）120附录1 MATLAB基础介绍138附录2 信号处理工具箱常
2、用函数介绍157前 言数字信号处理是一门理论和工程实践密切结合的课程。为了加深对教学内容的理解，应在学习理论的同时，加强上机实验，深入理解和消化基本理论，锻炼初学者独立解决问题的能力。本课程实验要求学生运用MATLAB编程完成一些数字信号处理的基本功能。 MATLAB是一种强大的分析、计算及可视化工具。它以矩阵运算为基础进行数据处理，将高性能的数值计算和可视化集成在一起，提供了大量的内置函数，因而被广泛应用于科学计算、系统控制以及信息处理等领域。在DSP系统开发中，MATLAB丰富的信号处理工具箱是一种非常有效的辅助设计工具。通常，我们采用MATLAB工具与DSP汇编语言结合起来的方法进行设计
3、。MATLAB主要发挥以下作用： 1、提供设计数据。利用MATLAB的科学计算功能，对特定的设计任务进行计算，得出的设计数据（如数字滤波器的系数、数字化的输入信号等）可以提供给DSP系统的程序，供实现DSP系统或进行调试时使用。2、进行模拟仿真。在设计一个实时的DSP系统前，通常先使用MATLAB对算法在DSP上的运行性能进行仿真，仿真结果正确再通过编程将该算法从MATLAB改编成C或DSP汇编语言，在目标DSP上实现。由此可见，学习MATLAB在信号处理方面的知识是非常必要的。用MATLAB开设数字信号处理实验时，学生必须具备电路、信号与系统、数字信号处理及MATLAB语言方面的知识。数字信
4、号处理实验课将为后继的DSP应用、语音处理、现代通信系统等专业课打下基础。本实验讲义依据数字信号处理的基本理论及MATLAB在数字信号处理中的应用选择编排了12个实验。实验内容涉及离散LSI系统的时域及频域分析，离散傅里叶级数及离散傅里叶变换、z变换、抽样定理以及数字滤波器的设计，基本涵盖了本科阶段数字信号处理课程的主要知识点。完全与我校电子、通信专业本科生当前选用的数字信号处理教材同步。希望对学生理解数字信号处理的基本理论、后继专业课的学习以及个人实际动手能力的提高能够提供一定的帮助。另外，本讲义的所有例题程序都经过编者一一验证，所用MATLAB版本为MATLAB7.0。限于编者水平，难免存
5、在一些不足。真诚希望有兴趣的读者提出宝贵建议促进课程发展，共同探秘奇妙的数字信号处理世界。 编者 2011.12实验1 用MATLAB产生时域离散信号一、.实验目的：1、了解常用时域离散信号及其特点。2、掌握用MATLAB产生时域离散信号的方法。二、.实验原理：1、时域离散信号的概念在时间轴的离散点上取值的信号，称为离散时间信号。通常，离散时间信号用x(n)表示，其幅度可以在某一范围内连续取值。由于信号处理设备或装置（如计算机、专用的信号处理芯片等）均以有限位的二进制数来表示信号的幅度，因此，信号的幅度也必须离散化。我们把时间和幅度均取离散值的信号称为时域离散信号或数字信号。在MATLAB语言
6、中，时域离散信号可以通过编写程序直接产生。2、常用时域离散信号的生成1) 单位抽样序列单位抽样序列的表示式为 或 以下三段程序分别用不同的方法来产生单位抽样序列。例1-1 用MATLAB的关系运算式来产生单位抽样序列。n1=-5;n2=5;n0=0;n=n1:n2;x=n=n0; 可以解释为判断语句，结果为真，x=1;否则，x=0;stem(n,x, filled);axis(n1,n2,0,1.1*max(x);xlabel(时间(n);ylabel(幅度x(n);title(单位脉冲序列);运行结果如图1-1所示：图1-1例1-2 用zeros函数和抽样点直接赋值来产生单位抽样序列。n1=
7、-5;n2=5;k=0;n=n1:n2;nt=length(n);nk=abs(k-n1)+1;x=zeros(1,nt);x(nk)=1;绘图部分的程序及作图结果与例1-1相同。例1-3 生成移位的单位脉冲序列。n1=-5;n2=5;n0=2;n=n1:n2;x=(n-n0)=0;stem(n,x,filled);axis(n1,n2,0,1.1*max(x);xlabel(时间(n);ylabel(幅度x(n);title(单位脉冲序列); 运行结果如图1-2所示图1-22) 单位阶跃序列 单位阶跃序列表示式为 或 以下三段程序分别用不同的方法来产生单位阶跃序列。例1-4用MATLAB的关
8、系运算式来产生单位阶跃序列。n1=-2;n2=8;n0=0;n=n1:n2;x=n=n0;stem(n,x,filled);axis(n1,n2,0,1.1*max(x);xlabel(时间(n);ylabel(幅度x(n);title(单位阶跃序列);box运行结果如图1-3所示：图1-3例1-5 用zeros和ones函数来产生单位阶跃序列。n1=-2;n2=8;k=0;n=n1:n2;nt=length(n);nk=abs(k-n1)+1;x=zeros(1,nk-1),ones(1,nt-nk+1);绘图部分的程序及作图结果与例1-4相同。.例1-6生成移位的单位阶跃序列。n1=-10
9、;n2=10;n0=4;n=n1:n2;x=(n-n0)=0;stem(n,x,filled);axis(n1,n2,0,1.1*max(x);xlabel(时间(n);ylabel(幅度x(n);title(移位的单位阶跃序列);box程序运行结果如图1-4所示：图1-43) 实指数序列实指数序列的表示式为 x(n)=an 其中a为实数例1-7 编写产生a=1/2和a=2的实指数连续信号和离散序列的程序n1=-10;n2=10;a1=0.5;a2=2;na1=n1:0;x1=a1.na1;na2=0:n2;x2=a2.na2;subplot(2,2,1);plot(na1,x1);title
10、(实指数信号（a1）);subplot(2,2,3);stem(na1,x1,filled);title(实指数序列（a1）);subplot(2,2,4);stem(na2,x2,filled);title(实指数序列（a1）);box程序运行结果如图1-5所示：图1-54）复指数序列复指数序列的表示式为 x(n)=e(+j)n当=0时，x(n)为实指数序列;当=0时，x(n)为虚指数序列，即ejn=cos(n)+jsin(n)其实部为余弦序列，虚部为正弦序列。例1-8 编写程序产生=-0.1，=0.6的复指数连续信号与离散序列。n1=30;a=-0.1;w=0.6;n=0:n1;x=exp
11、(a+j*w)*n);subplot(2,2,1);plot(n,real(x);title(复指数信号的实部);subplot(2,2,3);stem(n,real(x),filled);title(复指数序列的实部);subplot(2,2,2);plot(n,imag(x);title(复指数信号的虚部);subplot(2,2,4);stem(n,imag(x),filled);title(复指数序列的虚部);box程序运行结果如图1-6所示图1-65）正（余）弦序列正（余）弦序列的表示式为 x(n)=Umsin(0n+)例1-9 已知一时域周期性正弦信号的频率为1Hz，振幅值为1V。
12、编写程序在图形窗口上显示两个周期的信号波形，并对该信号的一个周期进行32点采样获得离散信号。f=1;Um=1;nt=2;N=32;T=1/f;dt=T/N;n=0:nt*N-1;tn=n*dt;x=Um*sin(2*f*pi*tn);subplot(2,1,1);plot(tn,x);axis(0,nt*T,1.1*min(x),1.1*max(x);ylabel(x(t);subplot(2,1,2);stem(tn,x);axis(0,nt*T,1.1*min(x),1.1*max(x);ylabel(x(n);box程序运行结果如图1-7所示图1-76）矩形波序列MATLAB提供有专门函
13、数square用于产生矩形波。其调用格式如下：x=square(t) ：类似于sin(t),产生周期为2，幅值为1的方波。x=square(t，duty)：产生指定周期的矩形波，其中duty用于指定占空比。将square的参数t换成n，且n取整数，则可以获得矩形序列。例1-10 一个周期性矩形信号频率为5kHz，信号幅度在02V之间，占空比为0.25，。编写程序生成该信号，要求在图形窗口上显示2个周期的信号波形；对信号的一个周期进行16点采样获得离散信号。f=5000;nt=2;N=16;T=1/f;dt=T/N;n=0:nt*N-1;tn=n*dt;x=square(2*f*pi*tn,25)+1;subplot(2,1,1);plot(tn,x);axis(0,nt*T,1.1*min(x),1.1*max(x);ylabel(x(t);subplot(2,1,2);stem(tn,x);axis(0,nt*T,1.1*min(x),1.1*max(x);ylabel(x(n);box程序运行结果如图1-8所示：图1-8三、.实验内容：1、阅读并上机验证实验原理部分的例题程序，理解每一条语句的含义。改变例题中的有关参数（如信号的频率、周期、幅度、显示时间的取值范围、采样点数等），观察对信号波形的影响。2、编写程序，产生以下离散序列：（1
