信号与系统课程设计.doc

课 程 设 计 报 告课程名称 信号与系统课程设计 指导教师 焦老师 设计起止日期 2013-6-18至2013-6-27 学 院 信息与通信工程 专 业 电子信息工程 学生姓名 陈坤 班级/学号 电信1105/2011010590 成 绩 指导老师签字 目 录1、课程设计目的12、课程设计要求13、课程设计任务14、课程设计内容15、总结11参考文献12附录12181、课程设计目的 “信号与系统”是一门重要的专业基础课，MATLAB作为信号处理强有力的计算和分析工具是电子信息工程技术人员常用的重要工具之一。本课程设计基于MATLAB完成信号与系统综合设计实验，以提高学生的综合应用知识能力为目标，是“信号与系统”课程在实践教学环节上的必要补充。通过课设综合设计实验，激发学生理论课程学习兴趣，提高分析问题和解决问题的能力。2、课程设计要求（1）运用MATLAB编程得到简单信号、简单信号运算、复杂信号的频域响应图；（2）通过对线性时不变系统的输入、输出信号的时域和频域的分析，了解线性时不变系统的特性，同时加深对信号频谱的理解。3、课程设计任务（1）根据设计题目的要求，熟悉相关内容的理论基础，理清程序设计的措施和步骤；（2）根据设计题目的要求，提出各目标的实施思路、方法和步骤；（3）根据相关步骤完成MATLAB程序设计，所编程序应能完整实现设计题目的要求；（4）调试程序，分析相关理论；（5）编写设计报告。4、课程设计内容 （一）基本部分 （1）信号的时频分析 任意给定单频周期信号的振幅、频率和初相，要求准确计算出其幅度谱，并准确画出时域和频域波形，正确显示时间和频率。设计思路： 结果图：结果分析：（2）傅里叶级数分析分析周期三角波的傅里叶级数系数，用正弦信号的线性组合构成三角波，要求谐波次数可以任意输入，分析不同谐波次数所构成的三角波，解释是否存在吉伯斯现象。设计思路：结果图； 结果分析：（3）系统分析任意给定微分方程或差分方程描述的系统，画出系统的幅频响应和相频响应。设计思路：结果图；结果分析：（4）音乐合成程序设计对于任意一小段音乐，利用“十二平均律”计算该音乐中各个乐音的频率，产生并播放这些乐音。分析音乐的频谱，从中识别出不同的乐音。设计思路： 国歌简谱： 结果图；结果分析：（5）调制分析单位冲激响应为的系统的滤波特性，画出其幅频响应曲线。设计思路：结果图；结果分析： (二) 提高部分 数字式自激振荡器1、教材第492页习题835给出的系统是离散时间自激振荡器，在外加或给予初值的作用下自动产生信号。计算其系统函数、单位样值响应。编程加以验证。2、如产生信号，其系统如何修改？计算其系统函数、单位样值响应。编程加以验证。3、信号和为单频正交信号，在许多通信或信号处理中应用。在实际应用中可以把产生和的系统组合在一起，形成单输入双输出系统，画出此系统框图。2) 数字式自激振荡器的应用正交多路复用1、正交多路复用（也称码分复用）是利用一组正交码序列来区分各路信号的复用技术。如果两个载波信号的相位相差，那么这两个信号可以同时在同一频带内传送。正交多路复用系统及解复用系统的结构如下图所示，其中表示截止频率为的理想低通滤波器。证明，。2、 自行给出2路不同语音信号和，并利用低通滤波器使得信号和都带限于。确定的取值范围，使得和能够从中恢复出来。编程仿真正交多路复用系统。要求画出信号、和时域图及频谱图。播放各路语音、和。设计思路：结果图：（三）总结在这次课程设计中，我学习了一个软件matlab,一开始学的时候，摸不清怎么用。还是个英文版的，之后看来老师给的ppt，慢慢的思索，看例题，看语法和定义。学会自己编写程序。遇到问题在问问老师。慢慢的掌握了些技巧。这是一个独立思考和挑战自己恒心的过程。实验中学到的不仅仅是MATLAB的应用和一些课题的解决方法，更重要的是锻炼了自己的意志，在做基础部分的时候，我在对MATLAB一无所知中苦苦摸索，一次一次地编写代码，试验函数的用法，慢慢地学会了怎么写一些简单的程序。一开始，我觉得课本知识不会，就不会用软件做题，但是我发现周围同学也不怎么知道课本知识，也同样在做。所以我觉得只要善于发现问题和解决问题，没有什么是做不了的。 不是说课本知识不重要，我们在学好课本知识的同时更要注重联系实际，要能解决实际问题，把课本上学到的东西应用到课程设计里面来，比如说频分复用，频分复用就是课本上讲过的一个应用，但是具体到自己设计，就要考虑各种问题，比如说载波的选择、滤波器的设计，这些课本上只是提到但是怎么解决得靠自己想办法。这次课程设计对我的启发很大，我懂得了遇到困难首先要思考，查找解决办法，耐心分析错误原因，做事要有耐心，我会在以后的学习中注重实践。参考文献1 郑君里、应启珩 、杨为理，信号与系统引论，北京：高等教育出版社，2009年3月.2 谷源涛、应启珩、郑君里，信号与系统MATLAB综合实验，北京：高等教育出版社，2008年1月.3 梁虹等，信号与系统分析及Matlab实现，北京：电子工业出版社，2002年2月.附录MATLAB程序清单：basic1.m clc,clear,close all;A=4;fc=100;a=0*pi/3;T=1/fc;fs=20*fc;Ts=1/fs;t=0:Ts:3*T;N=length(t);x=A*sin(2*pi*fc*t+a); subplot(211),plot(t,x)xlabel(t(s),ytable(x(t),title(时域波形图) X=fft(x);XX=fftshift(x);magX=abc(XX);phaseX=angle(XX);f=(0:N-1)*(fs/N)-fs/2;subplot(223),plot(f,magX)xlable(f(Hz),ylable(|X(jw)|),title(信号幅度谱)subplot(224),plot(f,phaseX)xlable(f(Hz),ylable(angleX(jw),title(信号相位谱) basic2.m clc,clearclose all;t=0:0.001:0.2;y=2*sawtooth(2*pi*50*t);% 锯形波产生函数N=input(请输入一个谐波次数：);subplot(3,1,1)plot(t,y); grid on;h=zeros(1,length(t); for n=1:N h=h+2/pi.*(-1)(n+1).*1/n.*sin(n*2*pi*50*(t+0.01);end subplot(2,1,2) plot(t,h)basic3.m clc; clear; close all; % - 微分方程 r(t)+4r(t)+3r(t)=1*e(t)+2*e(t) b = 1 2 0; % y的系数 a = 1 4 3; % x的系数 figure; freqs(b,a); % - 差分方程 y(n)-2*y(n-1)+3y(n-2)=1*x(n-1) b = 0 1; % y的系数 a = 1 -2 3; % x的系数 figure; freqz(b,a);basic4.m clc; clear; close all; f =7000; % 音乐采样频率，可改为4000或者16000 t1=0:1/f:2; % 4拍 t2=0:1/f:1; % 2拍，时间长短不同 t3=0:1/f:0.75 %1.5拍 t4=0:1/f:0.5; % 1拍 t5=0:1/f:0.333 % 1/3拍 t6=0:1/f:0.75 % 3/4拍 t7=0:1/f:0.25 % 1/4拍 t8=0:1/f:0.25; % 1/2拍 misc_note1=523.25; % 不同音符频率 misc_note5=783.99; misc_note3=659.25; misc_note6=880; misc_note5_down=391.99; m1=sin(2*pi*misc_note1*t3); % 波形 m2=sin(2*pi*misc_note3*t8); m3=sin(2*pi*misc_note5*t4); m4=sin(2*pi*misc_note5*t4); m5=sin(2*pi*misc_note6*t2); m6=sin(2*pi*misc_note5*t2); m7=sin(2*pi*misc_note3*t6); m8=sin(2*pi*misc_note1*t7); m9=sin(2*pi*misc_note5*t5); m10=sin(2*pi*misc_note5*t5); m11=sin(2*pi*misc_note5*t5); m12=sin(2*pi*misc_note3*t2); m13=sin(2*pi*misc_note1*t2); m14=sin(2*pi*misc_note5_down*t1); m15=sin(2*pi*misc_note1*t2); m=m1 m2 m3 m4 m5 m6 m7 m8 m9 m10 m11 m12 m13 m14 m15; % save(国歌,m); sound(m);N = 1024; % 傅里叶变换点数flabel = 0:f/N:f/2-f/N;figure; hold on;H_m = fft(m1,N); plot(flabel,10*log10(abs(H_m(1:N/2);H_m = fft(m2,N); plot(flabel,10*log10(abs(H_m(1:N/2);H_m = fft(m3,N); plot(flabel,10*log10(abs(H_m(1:N/2);H_m = fft(m4,N); plot(flabel,10*log10(abs(H_m(1:N/2);H_m = fft(m5,N); plot(flabel,10*log10(abs(H_m(1:N/2);H_m = fft(m6,N); plot(flabel,10*log10(abs(H_m(1:N/2);H_m = fft(m7,N); plot(flabel,10*log10(abs(H_m(1:N/2);H_m = fft(m8,N); plot(flabel,10*log10(abs(H_m(1:N/2);hold off;xlabel(频率);ylabel(幅度响应);grid on;axis(0 1000 -15 30);basic5.mclc; clear;close all;f = 800; % 采样频率t = -0.2:1/f:0.2; % 时域长度x_t = zeros(1,length(t);for k=1:length(t) if t(k)=0 x_t(k) = 0; else x_t(k) = sin(50*pi*t(k)*sin(100*pi*t(k)/(pi*t(k); endendfigure; subplot(2,1,1);plot(t,x_t); % 时域波形xlabel(时间);ylabel(时域波形);grid on;N = 1024; % 傅里叶变换点数H_x = fft(x_t,N);flabel = 0:f/N:f/2-f/N;subplot(2,1,2);plot(flabel,10*log10(abs(H_x(1:N/2);xlabel(频率);ylabel(频率响应);grid on; Enhanced2.m clc;close;clear all;N=100000;Ts=0.00005;n=0:N-1;figure(1);ss1,fs1,nbits = wavread(E:/4mozi.wav);s1=ss1(1:N);subplot(411);plot(n,s1);%原信号sound(s1,fs1,nbits);pause(5)f1=fft(s1);f=n/N*fs1;% 把点数转换成频率subplot(412);F1=abs(f1);plot(f,F1);%axis(0 30000 0 300);title(原信号的幅度频谱);xlabel(频率/Hz); ss2,fs2,nbits = wavread(E:/1liweng.wav);s2=ss2(1:N);t2=1/fs2;subplot(413)plot(n,s2)%原信号sound(s2,fs2,nbits);pause(5)%等待5秒f2=fft(s2);%傅里叶f=n/N*fs2;% 把点数转换成频率subplot(414);F2=abs(f2);plot(f,F2);title(原信号的幅度频谱);xlabel(频率/Hz);figure(2);b=1 -cos(2*pi/5);a=1 -2*cos(2*pi/5) 1;x=1,zeros(1,N-1);y1=filter(b,a,x);b=0 sin(2*pi/5);a=1 -2*cos(2*pi/5) 1;x=1,zeros(1,N-1);y2=filter(b,a,x);%自己震荡subplot(311);zplane(b,a); gridtitle(零极点