電氣工程學院
數字訊號處理
實驗指導書
王武編寫
適用專業：測控技術與儀器
貴州大學
二oo 四年六月
前言一、實驗目的：
數字訊號處理是一門工程技術基礎性質的課程，因此實驗方法的學習是本門課教學過程中的乙個必不可少的環節。其目的為：
（一）依據理論課的內容對重要的原理加以驗證，鞏固和加深所學的理論知識，使學生更深入，形象地理解掌握所學知識。
（二）熟悉典型數字訊號處理技術。
（三）熟悉數字訊號處理軟體matlab的操作。
（四）學會處理實驗資料，分析實驗結果，編寫實驗報告；培養嚴謹、實事求是的科學作風，並從實驗結果中分析出正確結論。
（五）學會查詢實驗故障，並排除故障。
（六）培養科學的工作態度，即認真地按要求完成操作。做到細緻、周密，並勤於動手，善於思考。
二、實驗要求：
（一）進入實驗室以前，必須複習與此次實驗的有關理論知識。了解本次實驗的實驗目的、原理、內容、儀器及注意事項等，並完成理論分析與計算，並做好預習報告。
（二）進入實驗後，首先認真檢查儀器、裝置是否齊全、完好。
（三）實驗中遇有異常氣味和危險現象時，應立即切斷電源並通知指導教師，只有在找出故障後方可繼續實驗。
實驗室規則
1 進入實驗室後，按預先編號小組進入相應實驗台，自覺遵守紀律，做實驗時不得大聲喧嘩和打鬧，不准做其他有礙實驗的活動。進行實驗時，如違反實驗室各項規定，指導教師有權停止實驗。
2 實驗時一定要親自動手，獨立操作，對實驗資料與波形要認真、實事求是地做以記錄，善始善終。對無故缺課者原則上不予補做，並以實驗不及格處理。
3 測量資料和使用儀器時應注意裝置及人身安全，要特別小心，防止觸電故事的發生。
4 要以主人翁的態度愛護實驗裝置、儀器、儀表，按操作規程使用，不得無目的亂旋亂開，不得亂動與本次實驗無關的儀器、裝置。對違章使用造成儀器、儀表損壞者，視情節輕重按學校的有關規定嚴肅處理。
目錄1、實驗一：離散時間訊號分析 4
2、實驗二：離散時間系統分析 7
3、實驗三：用fft進行譜分析11
4、實驗四：利用fft實現快速卷積15
5、實驗五：無限衝激響應(iir)數字濾波器的設計18
6、實驗六：有限衝激響應(fir)數字濾波器的設計21
7、實驗七：數字訊號處理綜合設計25
8、實驗報告基本內容要求27
9、實驗報告格式28
實驗一離散時間訊號分析
實驗學時：2
實驗型別：驗證
實驗要求：必修
一、實驗目的
1．掌握各種常用的序列，理解其數學表示式和波形表示。
2．掌握在計算機中生成及繪製數碼訊號波形的方法。
3．掌握序列的相加、相乘、移位、反褶等基本運算及計算機實現與作用。
4．掌握線性卷積軟體實現的方法。
5．掌握計算機的使用方法和常用系統軟體及應用軟體的使用。
6．通過程式設計，上機除錯程式，進一步增強使用計算機解決問題的能力。
二、實驗原理
1．序列的基本概念
離散時間訊號在數學上可用時間序列來表示，其中代表序列的第n個數字，n代表時間的序列，n的取值範圍為的整數，n取其它值沒有意義。離散時間訊號可以是由模擬訊號通過取樣得到，例如對模擬訊號進行等間隔取樣，取樣間隔為t，得到乙個有序的數字序列就是離散時間訊號，簡稱序列。
2．常用序列
常用序列有：單位脈衝序列（單位抽樣）、單位階躍序列、矩形序列、實指數序列、復指數序列、正弦型序列等。
3．序列的基本運算
序列的運算包括移位、反褶、和、積、標乘、累加、差分運算等。
4．序列的卷積運算
上式的運算關係稱為卷積運算，式中代表兩個序列卷積運算。兩個序列的卷積是乙個序列與另乙個序列反褶後逐次移位乘積之和，故稱為離散卷積，也稱兩序列的線性卷積。其計算的過程包括以下4個步驟。
（1）反褶：先將和的變數換成，變成和，再將以縱軸為對稱軸反褶成。
（2）移位：將移位，得。當為正數時，右移位；當為負數時，左移位。
（3）相乘：將和的對應點值相乘。
（4）求和：將以上所有對應點的乘積累加起來，即得。
三、主要實驗儀器及材料
微型計算機、matlab程式設計環境。
四、實驗內容
1．知識準備
認真複習以上基礎理論，理解本實驗所用到的實驗原理。
2．離散時間訊號（序列）的產生
利用matlab或c語言程式設計產生和繪製下列有限長序列：
（1）單位脈衝序列
（2）單位階躍序列
（3）矩形序列
（4）正弦型序列
（5）任意序列
3．序列的運算
利用matlab或c語言程式設計完成上述兩序列的移位、反褶、和、積、標乘、累加等運算，並繪製運算後序列的波形。
4．卷積運算
利用matlab或c語言編制乙個計算兩個序列線性卷積的通用程式，計算上述兩序列，並繪製卷積後序列的波形。
5．上機除錯並列印或記錄實驗結果。
6．完成實驗報告。
五、思考題
1．如何產生方波訊號序列和鋸齒波訊號序列？
2．實驗中所產生的正弦序列的頻率是多少？是否是週期序列？
六、實驗報告要求
1．簡述實驗原理及目的。
2．列出計算卷積的公式，畫出程式框圖，並列出實驗程式清單（可略）（包括必要的程式說明）。
3．記錄除錯運**況及所遇問題的解決方法。
4．給出實驗結果，並對結果作出分析。
5．簡要回答思考題。
實驗二離散時間系統分析
實驗學時：2
實驗型別：驗證
實驗要求：必修
一、實驗目的
1．掌握離散時間訊號與系統的時域分析方法。
2．掌握序列傅氏變換的計算機實現方法，利用序列的傅氏變換對離散訊號、系統及系統響應進行頻域分析。
3．熟悉理想取樣的性質，了解訊號取樣前後的頻譜變化，加深對取樣定理的理解。
二、實驗原理
1．離散時間系統
乙個離散時間系統是將輸入序列變換成輸出序列的一種運算。若以來表示這種運算，則乙個離散時間系統可由下圖來表示：
圖離散時間系統
即輸出與輸入之間關係用下式表示
離散時間系統中最重要、最常用的是線性時不變系統。
2．離散時間系統的單位脈衝響應
設系統輸入，系統輸出的初始狀態為零，這是系統輸出用表示，即，則稱為系統的單位脈衝響應。
可得到：
該式說明線性時不變系統的響應等於輸入序列與單位脈衝序列的卷積。
3．連續時間訊號的取樣
取樣是從連續訊號到離散時間訊號的過渡橋梁，對取樣過程的研究不僅可以了解取樣前後訊號時域何頻域特性發生的變化以及訊號內容不丟失的條件，而且有助於加深對拉氏變換、傅氏變換、z變換和序列傅氏變換之間關係的理解。
對乙個連續時間訊號進行理想取樣的過程可以表示為訊號與乙個週期衝激脈衝的乘積，即：
其中，是連續訊號的理想取樣，是週期衝激脈衝
設模擬訊號，衝激函式序列以及抽樣訊號的傅利葉變換分別為、和，即
根據連續時間訊號與系統中的頻域卷積定理，式（2.59）表示的時域相乘，變換到頻域為卷積運算，即
其中由此可以推導出
由上式可知，訊號理想取樣後的頻譜式原來訊號頻譜的週期延拓，其延拓週期等於取樣頻率。根據夏農定理，如果原訊號是帶限訊號，且取樣頻率高於原訊號最高頻率的2倍，則取樣後的離散序列不會發生頻譜混疊現象。
4．有限長序列的分析
對於長度為n的有限長序列，我們只觀察、分析在某些頻率點上的值。
一般只需要在之間均勻的取m個頻率點，計算這些點上的序列傅利葉變換：
其中，，。是乙個復函式，它的模就是幅頻特性曲線。
三、主要實驗儀器及材料
微型計算機、matlab6.5教學版、tc程式設計環境。
四、實驗內容
1．知識準備
數字訊號處理實驗指導書
數字訊號處理 實驗指導書 實驗一離散時間系統及離散卷積 一 實驗目的 1 熟悉matlab軟體的使用方法。2 熟悉系統函式的零極點分布 單位脈衝響應和系統頻率響應等概念。3 利用matlab繪製系統函式的零極點分布圖 系統頻率響應和單位脈衝響應。4 熟悉離散卷積的概念，並利用matlab計算離散卷積...
數字訊號處理》實驗指導書 正文
實驗一離散時間訊號分析 一 實驗目的 1 掌握各種常用的序列，理解其數學表示式和波形表示。2 掌握在計算機中生成及繪製數碼訊號波形的方法。3 掌握序列的相加 相乘 移位 反褶等基本運算及計算機實現與作用。4 掌握線性卷積軟體實現的方法。5 掌握計算機的使用方法和常用系統軟體及應用軟體的使用。6 通過...
數字訊號處理實驗指導書2019
數字訊號處理 實驗指導書 理學院實驗中心 實驗一連續訊號的取樣與恢復 實驗型別 綜合性 實驗學時 2學時 實驗目的 1.熟悉連續訊號經理想取樣前後的頻譜變化關係，加深對時域取樣定理的理解 2.熟悉時域離散系統的時域特性 3.利用卷積的方法觀察分析系統的時域特性 4.掌握序列傅利葉變換的計算機實現方法...