微机原理与接口技术课程设计(带实验心得).doc
福建农林大学计算机与信息学院信息工程类课程设计报告课程名称：数字信号处理课程设计课程设计题目：时域采样定理演示的实现姓 名：系：电子信息工程系专 业：电子信息工程年 级：2010学 号：指导教师：谢秀娟职 称：讲师2013年 1月 5 日 福建农林大学计算机与信息学院信息工程类课程设计结果评定评语：成绩：指导教师签字：任务下达日期：2012.11.30评定日期：目 录1.课程设计的目的42.课程设计的要求43.课程设计报告内容43.1信号的频谱分析43.2动态演示采样过程 53.3分析频谱93.4设计数字滤波器并画出频率响应103.5用滤波器对非带限信号进行滤波104.结果分析与总结115.参考文献10课程设计题目名称1.课程设计的目的综合运用数字信号处理的理论知识进行频谱分析和滤波器设计，通过理论推导得出相应结论，再利用MATLAB作为编程工具进行计算机实现，从而加深对所学知识的理解。2.课程设计的要求（1）熟悉离散信号和系统的时域特性。（2）掌握信号抽样、抽样定理及抽样前后信号的频谱。（3）掌握序列快速傅里叶变换FFT方法。（4）利用MATLAB对确定信号进行频谱分析。（5）学会MATLAB的使用，掌握MATLAB的程序设计方法。3.课程设计报告内容及调试分析设计流程图：开始输入采样频率fs调用程序并且绘制出时域信号、采样信号以及采样之后的信号的图形继续执行程序，并且在figure2中绘画出时俞信号、采样信号以及采样后的信号的频谱图，如果混叠则画出混叠部分是否继续？1/0结束是/1否/0（1）信号的频谱分析产生一个频带有限的确定信号，画出它的频谱特性。（如：频域归一化三角波的频带宽度fc= 100 Hz，对应的时域信号为：y(t)=fcsinc(fct/4)2/2）fc=100;x=fc*sinc(fc*t/4).2/2;N=100;y=fft(x,N);%进行fft变换mag=abs(y);%求幅值f=(0:N-1)*fc/N;%横坐标频率的表达式为f=(0:M-1)*Fc/N; plot(f,mag);%做频谱图axis(0,50,0,20);xlabel('频率(Hz)');ylabel('幅值'); （2）动态演示采样过程动态演示对信号的采样过程：在采样频率大于、等于、小于信号的最高频率两倍的三种不同情况下分别画出采样信号的频谱。要求输入采样频率fs（根据程序处理需要指定范围）后，在时域演示信号波形、采样脉冲及采样后信号；在频域演示对应的信号频谱、采样脉冲及频域周期拓延。(2) 频率sf=max2f时，为原信号的临界采样信号subplot(2,1,1);fc=100;fs=2*fc;t=-0.25:1/fs:0.25; %时间轴步距y=fc*sinc(fc*t/4).2/2; figure(2);stem(t,y,'.');xlabel('t');ylabel('y'); 频率sf<max2f时，为原信号的欠采样信号和恢复，采样频率不满足时域采样定理，那么频移后的各相临频谱会发生相互重叠，这样就无法将他们分开，因而也不能再恢复原信号。频谱重叠的现象被称为混叠现象。fc=100;fs=2*fc-100;t=-0.25:1/fs:0.25; %时间轴步距y=fc*sinc(fc*t/4).2/2; figure(2);stem(t,y,'.');xlabel('t');ylabel('y'); (3) 频率sf>max2f时，为原信号的过采样信号和恢复，由图6采样信号离散波形和频谱，可以看出采样信号的频谱是原信号频谱进行周期延拓形成的，从图7采样恢复后的波形和频谱，可看出与原信号误差很小了，说明恢复信号的精度已经很高。fc=100;fs=2*fc+100;t=-0.25:1/fs:0.25; %时间轴步距y=fc*sinc(fc*t/4).2/2; figure(2);stem(t,y,'.');xlabel('t');ylabel('y'); （3） 分析频谱当采样频率大于等于2倍的模拟频率时才能保证采样不混碟，从而正常的恢复到原信号。分析三种不同采样频率情况下信号频谱的特征。（4）设计数字滤波器并画出频率响应根据方波和三角波信号的频谱特点得到性能指标，由性能指标设计两个数字滤波器。在MATLAB中，可以利用函数fir1设计FIR滤波器，利用函数butte、cheby1和ellip设计IIR滤波器；最后，利用MATLAB中的函数freqz画出各滤波器的频率响应。Q=1;at=25; fr=300;fs=1000; wp1=2*pi*fc; ws1=2*pi*fr; N1,wn1=buttord(wp1,ws1,Q,at,'s');b1,a1=butter(N1,wn1,'s'); bz1,az1=impinvar(b1,a1,fs); （5）用滤波器对非带限信号进行滤波若不是带限信号，如何实现采样使之满足采样定理？（用自己设计的滤波器对非带限信号进行滤波，即可采用采样定理。在MATLAB中，FIR滤波器利用函数fftfilt对信号进行滤波，IIR滤波器利用函数filter对信号进行滤波。）Q=1;at=25; fr=300;fs=1000; wp1=2*pi*fc; ws1=2*pi*fr; N1,wn1=buttord(wp1,ws1,Q,at,'s');b1,a1=butter(N1,wn1,'s'); bz1,az1=impinvar(b1,a1,fs); h1,w1=freqz(bz1,az1); 4.结果分析与体会3、实际中对模拟信号进行采样，需要根据最高截止频率maxf，按照采样定理的要求选择采样频率的两倍，即maxs2ff>。 设计中对二种频率时采样分析总结： （1） 欠采样：即maxs2ff<时，时域波形恢复过程中已经不能完整的表示原信号，有了失真，从频谱上也可看出，同的频谱带互相重叠，已经不能体现原信号频谱的特点了，从而无法得到原来的信号。 （2） 临界采样：即maxs2ff=时，时域波形任然不能恢复完整的原信号，信号只恢复过程中恢复了低频部分，从频谱上便可看出，但任然不可完全恢复原信号。 （3） 过采样：即maxs2ff>时，此时的采样是成功的，它能够恢复原信号，从时域波形可看出，比上面采样所得的冲激脉冲串包含的细节要多，在频域中也没出现频谱的交叠，这样我们可以利用低通滤波器m(t)得到无失真的重建。 综合以上欠采样、过采样三种情况的分析，可以看出要使采样信号可以恢复到原信号，采样频率必须满足时域采样定理，从而验证了时域采样定理。 通过该课程设计，我对MATLAB这一软件有了进一步的了解和掌握，对MATLAB编译程序的基本过程，和构造工具及其相关的技术也有了相当的知识。而且，也对课本上的一部分知识有了进一步的理解。提高我检查错误以及调试的能力。在这次课程设计中错误是难免的，但当自己能够将错误检测出来并且逐渐积累了调试的经验时，愉悦的心情是无法比拟的。这次课程设计所给的绝不会是短暂的效果，无论是在知识上，还是在思想上都给我烙下了深刻的印象，我想，这次对于这次课程设计我获得的已经满足了，谢谢老师在这段时间的指导。5.参考文献1高西全，丁玉美 编著. 数字信号处理.西安电子科技大学出版社，20082陈怀琛 编著. 数字信号处理教程matlab释义与实现 电子工业出版社20083朱习军，隋思涟，张宾 编著.matlab在信号与图像处理中的应用 电子工业出版社20094刘保柱，苏彦光，张宏林 编著 matlab7.0从入门到精通 人民邮电出版社 2010
