信号与线性系统课程设计.doc

信号与线性系统实验指导书东华大学信息学院通信与电子信息工程系目 录实验一 信号的MATLAB表示实验二 连续时间系统的时域分析实验三 信号的Fourier分析实验四 连续系统的频域分析实验五 调制与解调实验六 无失真传输与滤波实验七 信号采样与重建附 录 MATLAB操作简介实验一 信号的MATLAB表示一、 实验目的：1. 熟悉MATLAB软件。2. 掌握常用连续信号与离散信号的MATLAB表示方法。二、 实验设备：安装有matlab6.5以上版本的PC机一台。三、 实验内容：1. 用MATLAB表示连续信号：，。2. 用信号处理工具箱提供的函数表示抽样信号、矩形脉冲信号及三角脉冲信号。y=sinc(t)y=rectpuls(t, width)y=tripuls(t, width, skew)3. 编写如图所示的MATLAB函数，并画出，的图形。4. 用MATLAB表示离散信号：，。四、实验要求：实验报告包括实验报告、源程序、执行结果及实验总结。五、实验成绩包括出勤（10）、实验表现（10）、编程（30）和实验报告（50）几部分。示例：%以t=2*T为对称中心的矩形脉冲信号，取T=1 t=0:0.001:4; T=1; ft=rectpuls(t-2*T, 2*T); plot(t, ft)实验二 连续时间系统的时域分析一、实验目的：1. 掌握卷积计算方法。2. 掌握函数lsim，impulse，step的用法。3. 运用课堂上学到的理论知识，从RC、RL一阶电路的响应中正确区分零输入响应、零状态响应、自由响应与受迫响应。二、实验设备：安装有matlab6.5以上版本的PC机一台。三、实验内容：1. 分别用函数lsim和卷积积分两种方法求如图所示系统的零状态响应。其中L=1，R=2，。2. 求上述系统的冲激响应与阶跃响应。四、思考题：1. 为什么连续时间系统的零状态响应为激励与冲击响应的卷积？2. 利用卷积积分法计算系统响应应从几个方面进行?五、实验要求：实验报告包括原理分析、源程序、执行结果及实验总结。六、实验成绩包括出勤（10）、实验表现（10）、编程（30）和实验报告（50）几部分。示例：%系统方程为，的零状态响应 ts=0;te=5;dt=0.01;sys=tf(1,1 2 100);t=ts:dt:te;f=10*sin(2*pi*t);y=lsim(sys,f,t);plot(t,y);xlabel(Time(sec)ylabel(y(t)实验三 信号的Fourier分析一、实验目的：1. 掌握周期信号的频谱 Fourier级数的分析方法。2. 深入理解信号频谱的概念，掌握典型信号的频谱以及Fourier变换的主要性质。二、实验设备：安装有matlab6.5以上版本的PC机一台。三、实验内容：1. 求如图所示周期矩形脉冲信号的Fourier级数表达式，画出频谱图，并用前N次谐波合成的信号近似。2. 求信号的幅度谱。四、思考题：1. 根据试验1的结果，解释Gibbs现象。2. 比较周期信号与非周期信号的频谱。五、实验要求：实验报告包括原理分析、源程序、执行结果及实验总结。六、实验成绩包括出勤（10）、实验表现（10）、编程（30）和实验报告（50）几部分。示例：% 周期三角波的频谱，Fourier系数为 N=8;n1=-N:-1;c1=-4*j*sin(n1*pi/2)/pi2./n1.2;c0=0;n2=1:N;c2=-4*j*sin(n2*pi/2)/pi2./n2.2;cn=c1 c0 c2;n=-N:N;subplot(1,2,1);stem(n,abs(cn);ylabel(Cn的幅度);xlabel(Omega);subplot(1,2,2);stem(n,angle(cn);ylabel(Cn的相位);xlabel(Omega);实验四 连续系统的频域分析一、实验目的：掌握连续时间系统变换域分析的基本方法。 二、实验设备：安装有matlab6.5以上版本的PC机一台。三、实验内容：如图所示系统：(1) 对不同的RC值，用freqs函数画出系统的幅频曲线。(2) 信号包含了一个低频分量和一个高频分量。确定适当的RC值，滤除信号中的高频分量并画出信号和在s范围内的波形。四、思考题：连续系统频域与复频域分析的基本方法是什么？五、实验要求：实验报告包括原理分析、源程序、执行结果及实验总结。六、实验成绩包括出勤（10）、实验表现（10）、编程（30）和实验报告（50）几部分。示例：% ，幅频响应对数曲线和相频响应曲线 b=1,2,1; % 分子系数向量a=2,3,4,1,2; % 分母系数向量printsys(b,a,s)Hz,w=freqs(b,a);w=w./pi;magh=abs(Hz);zerosIndx=find(magh=0);magh(zerosIndx)=1;magh=20*log10(magh); % 以分贝magh(zerosIndx)=-inf;angh=angle(Hz);angh=unwrap(angh)*180/pi; % 角度换算figuresubplot(1,2,1)plot(w,magh);grid onxlabel(特征角频率(timespi rads/sample)title(幅频特性曲线 |H(w)| (dB);subplot(1,2,2)plot(w,angh);grid onxlabel(特征角频率 (timespi rads/sample)title(相频特性曲线 theta(w) (degrees);实验五 调制与解调一、实验目的：1. 理解Fourier变换在通信系统中的应用。2. 掌握调制与解调的基本原理。 二、实验设备：安装有matlab6.5以上版本的PC机一台。三、实验内容：调制信号为一取样信号，利用MATLAB分析幅度调制(AM)产生的信号频谱，比较信号调制前后的频谱并解调已调信号。设载波信号的频率为100Hz。四、思考题：调制与解调的基本原理是什么？为什么要进行调制？五、实验要求：实验报告包括原理分析、源程序、执行结果及实验总结。六、实验成绩包括出勤（10）、实验表现（10）、编程（30）和实验报告（50）几部分。实验六 无失真传输与滤波一、实验目的：1. 掌握系统无失真传输的基本条件。2. 理解各种滤波器的用途。 二、实验设备：安装有matlab6.5以上版本的PC机一台。三、实验内容：1. 信号任选，分析以下几种情况下信号的频谱和波形变化：（1） 系统满足线性不失真条件时；（2） 系统只满足恒定幅值条件时；（3） 系统只满足相位条件时；（4）系统两个条件均不满足时。2. 如图1所示，已知，画出、的频谱图，并比较与。系统中理想带通滤波器的传输特性如图2所示，其相位特性。 理想带通 图 1 1 图 2 -1001 -999 0 999 1001 四、思考题：1. 信号通过滤波器后一定会产生失真吗？2. 实验2的结果说明了什么问题？3. 为什么说理想低通滤波器为非因果系统？五、实验要求：实验报告包括原理分析、源程序、执行结果及实验总结。六、实验成绩包括出勤（10）、实验表现（10）、编程（30）和实验报告（50）几部分。实验七 信号采样与重建一、实验目的：1. 深刻理解采样定理的内容。2. 掌握信号采样后的频谱。 二、实验设备：安装有matlab6.5以上版本的PC机一台。三、实验内容：1. 已知，以为采样频率，对进行采样得到，观察随着由小变大，频谱的变化，最后得出与两者频谱之间的关系。2. 由实验1中采样得到的离散信号重建对应的连续时间信号：情况一、；情况二、。四、思考题：1. 随着采样频率从小到大变化，的频谱发生怎样的变化，与频谱之间的关系如何？与理论计算结果之间是否完全一致？如果不一致，请分析可能是什么原因导致的？2. 采样频率分别满足情况一与情况二时，由重建的与原信号是否完全相同？如果不相同，试分析原因。五、实验要求：实验报告包括原理分析、源程序、执行结果及实验总结。六、实验成绩包括出勤（10）、实验表现（10）、编程（30）和实验报告（50）几部分。MATLAB操作简介 、MATLAB运行平台如图1_1所示：在“”提示符后输入命令并回车，执行结果会显示在屏幕上。图1_1例如：输入y=3+5回车，显示结果如图1_2所示。另外在输入命令时，有时我们希望有些中间过程的图1_2结果不显示在屏幕上，而只显示最后的结果，这时我们需要在不显示执行结果的命令后加上“；”，该命令执行的结果不回显在屏幕上。例如：计算z=x+y，其中x=2+1，y=3+5，我只想看到z的值，输入命令格式如图1_3所示，我们可以看到x，y的结果没有在屏幕上显示，只显示z的值。图1_3、MATLAB中矩阵的输入方法。矩阵的输入方法有两种，第一种方式如图1_4所示；图1_4第二种方式如图1_5所示。从这两幅图中我们可以看到，矩阵输入首先需要加上“”图_5第一种方式是按照矩阵的行列输入；第二种方式是在每行的后面加上“；”，这样所有的行可以写在同一行。这两种输入方式中，矩阵中个元素这间的间隔可以用“空格”，也可以用“，”。、M文件的使用：在处理一些包含多条命令的问题时，如果在MATLAB的命令窗口（图1_1）中进行处理，当出现错误时不好修改，这时我们需要借助MATLAB提供的M文件方式来处理。M文件类似于批处理文件，单击MATLAB菜单中的“file”选项，从下拉列表中选取“new”选项，从其下拉列表中选取“m_file”，即可打开M文件的编辑窗口如图1_6所示。图1_6通过一个例子我们来看M文件的使用，还是以求解z=x+y为例，其M文件编写如图1_7所示，图1_7如图1_7编写完毕后保存该文件，在起文件名时要注意不要以数字作为文件名，不要起中文名字。如本例中，文件名为“example1.m”。M文件的扩展名是“.m”。文件保存成功后，再回到MATLAB的命令窗口（图1_1），在提示符后输入刚才保存的文件“example”即可得到所需结果。效果如图1_8所示。当出现问题时，只要调出你编写的M文件进行修改就可以了。图1_8另外，M文件还可以编写函数。MATLAB的工具箱提供了丰富的函数，但有些时候，我们在解决一些问题的时候，需要编写一些自己需要而工具箱没有提供的函数。我们通过一个小例子来学习函数的编写方法。首先还是进入M文件编写界面（图1_6）,该函数实现输入两个参数得到它们的和，其书写格式如图1_9所示。在编写函数时要注意，第一行必须先输入关键图1_9字“function”,表示该M文件是一个函数，“y”是输出变量，“two_add”函数名，“x1,x2”为参数，“y=x1+x2”为函数体内容，完成两数相加。函数在编写完成后进行保存时要注意，保存的文件名要与你定义的函数名一致，也就是说，该函数的文件名应该是“two_add.m”。文件保存成功后，如何来调用该函数呢？同样，首先回到M