DSP设计一P01214179+P01214181第22组知识分享

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。DSP设计一P01214179+P01214181第22组-数字信号处理课程设计姓名：许红升王易扬专业：通信工程学号：P01214179P01214181性别：男邮箱：466570324联系方式导老师：蒋芳2014年10月1日目录一、设计题目-2二、设计目的-2三、设计任务分析-2四、设计原理-31、采样定理-32、傅里叶变换在数字信号处理中的意义-3五、MATLAB开发环境简介-3六、设计内容-41、编写notebook程序-42、MATLAB与word的联调运行-53、改变

2、采样频率-64、仿真结果分析-8七、设计分工与体会-81、设计分工-82、体会-8八、参考文献-9信号的采样与重构一、设计题目信号的采样与重构二、设计目的通过本课程设计，主要训练和培养学生综合应用所学过的信号及信息处理等课程的相关知识，独立完成信号仿真及信号处理的能力。包括：查阅资料、合理性的设计、分析和解决实际问题的能力，数学仿真软件Matlab的学习和应用，培养规范化书写说明书的能力。三、设计任务分析整个信号的采样与恢复过程可以分成三步进行。首先是信号的采样，按照采样定理的要求从给定信号中采取N个不同的点，并在精度为1/1000的条件下，采取不同的采样频率对采样信号进行时域和频域的分析以获

3、得相应的数据；其次，要想从采样信号中尽可能准确的恢复出原始信号，必须根据采样信号的相关参数来设计相应技术指标的滤波器，滤波器的选择和技术指标的设定影响了整个恢复过程的精度；最后，把采样信号通过设计的滤波器滤波后即可得到滤波后的频率谱，再把得到的频率谱做傅立叶反变换即可得到相应的时域信号，那么所得到的这个时域信号就是采样后经过滤波器恢复的信号。抽样设计框图如下：图1、抽样设计框图四、设计原理本次课程设计主要涉及采样定理、傅里叶变换、信号时域分析和频谱分析的相关内容的相关知识。1.采样定理设连续信号属带限信号，如果采样角频率大于原信号的最高频率的两倍，那么让采样性信号通过一个增益为T、截止频率为w

4、/2的理想低通滤波器，可以唯一地恢复出原连续信号,否则，会造成采样信号中的频谱混叠现象，不可能无失真地恢复原连续信号。对连续信号进行等间隔采样形成采样信号，对其进行傅里叶变换可以发现采样信号的频谱是原连续信号的频谱以采样频率f为周期进行周期性的延拓形成的。对模拟信号进行采样可以看做一个模拟信号通过一个电子开关S，设电子开关每隔周期T和上一次，每次和上的时间为，在电子开关的输出端得到采样信号xa(t)。2、傅里叶变换在数字信号处理中的意义傅立叶变换是数字信号处理领域一种很重要的算法。傅立叶变换将原来难以处理的时域信号转换成了易于分析的频域信号（信号的频谱），可以利用一些工具对这些频域信号进行处理

5、、加工。最后还可以利用傅立叶反变换将这些频域信号转换成时域信号。本次课程设计用到的是快速傅里叶变换（FFT），快速傅氏变换（FFT），是离散傅氏变换的快速算法，它是根据离散傅氏变换的奇、偶、虚、实等特性，对离散傅立叶变换的算法进行改进获得的。用matlab软件应用快速傅里叶变换（FFT）算法编一段程序可以很方便地对时域信号进行采样和频谱分析，对数字信号处理和分析提供了极大的便利，在实际应用中有广泛的指导意义。五、MATLAB开发环境简介MATLAB是矩阵实验室（MatrixLaboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计

6、算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分；MATLAB的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。附加的工具箱（单独提供的专用MATLAB函数集）扩展了MATLAB环境，以解决这些应用领域内特定类型的问题。MATLAB系统由MATAB开发环境、MATLAB数学函数库、MATLAB语言、MATLAB图形处理系统和MATLAB应用程序接口（API）五大部分构成。MATLAB开发环境是一套方便用户使用的MATLAB函数和文件工具集，其中许多工具是图形化用户接口。它是一个集成的用户工作空间，允

7、许用户输入输出数据，并提供了M文件的集成编译和调试环境，包括MATLAB桌面、命令窗口、M文件编辑调试器、MATLAB工作空间和在线帮助文档；MATLAB数学函数库包括了大量的计算算法。从基本算法如加法、正弦，到复杂算法如矩阵求逆、快速傅里叶变换等；MATLAB语言是一种高级的基于矩阵/数组的语言，它有程序流控制、函数、数据结构、输入/输出和面向对象编程等特色；图形处理系统使得MATLAB能方便的图形化显示向量和矩阵，而且能对图形添加标注和打印，它包括强大的二维三维图形函数、图像处理和动画显示等函数；MATLAB应用程序接口（API）是一个使MATLAB语言能与C、Fortran等其它高级编程

8、语言进行交互的函数库。该函数库的函数通过调用动态链接库（DLL）实现与MATLAB文件的数据交换，其主要功能包括在MATLAB中调用C和Fortran程序，以及在MATLAB与其它应用程序间建立客户、服务器关系。六、设计内容1、编写notebook程序%信号的采样与恢复%清空变量clearall%清空记录clf%采样点的个数N=200;%原信号的频率为1Hz,即周期为1sF=1;%采样间隔Ts=0.060;%采样频率Fs=1/Ts;%采样时长T=N*Ts;%时域采样序列n=0:N-1;%时域采样序列NP=floor(1/F)/(Ts);%一个周期的采样点数nTs=n*Ts;%时域采样序列%匿名

9、函数的使用，原信号为sin(t）+2*sin(5*t)g=inline(sin(t)+2*sin(5*t);%时域采样f=g(2*pi*nTs);hf=figure(1);subplot(311);Ts1=0.001;NP1=floor(1/F)/(Ts1);plot(0:NP1-1*Ts1,g(0:NP1-1*2*pi*Ts1),r-);title(原信号sin(t)+2*sin(5t);subplot(312);stem(nTs(1:NP),f(1:NP);title(采样信号,Ts=num2str(Ts);t1=0;t2=1/F;Dt=Ts/2;t=t1:Dt:t2;fa=f*sinc(

10、Fs*(ones(length(nTs),1)*t-nTs*ones(1,length(t);subplot(313);plot(t,fa,g);title(重建信号（内插法）);2、MATLAB与word的联调运行图2、MAT;AB与word联调运行结果图3、改变采样频率%信号的采样与恢复%清空变量clearall%清空记录clf%采样点的个数N=200;%原信号的频率为1Hz,即周期为1sF=1;%采样间隔Ts=0.055;%采样频率Fs=1/Ts;%采样时长T=N*Ts;%时域采样序列n=0:N-1;%时域采样序列NP=floor(1/F)/(Ts);%一个周期的采样点数nTs=n*Ts

11、;%时域采样序列%匿名函数的使用，原信号为sin(t）+2*sin(5*t)g=inline(sin(t)+2*sin(5*t);%时域采样f=g(2*pi*nTs);hf=figure(1);subplot(211);Ts1=0.001;NP1=floor(1/F)/(Ts1);plot(0:NP1-1*Ts1,g(0:NP1-1*2*pi*Ts1),r-);title(原信号sin(t)+2*sin(5t);holdon;stem(nTs(1:NP),f(1:NP);title(采样信号,Ts=num2str(Ts);axis(01-55);t1=0;t2=1/F;Dt=Ts/2;t=t1

12、:Dt:t2;fa=f*sinc(Fs*(ones(length(nTs),1)*t-nTs*ones(1,length(t);subplot(212);plot(t,fa,g);title(重建信号（内插法）);axis(01-55);图3、改变采样频率波形图4、仿真结果分析通过对比不同采样频率下的信号恢复图，我们不难看到，当采样频率不满足采样定理的要求时，得到的频谱图出现了严重的失真，而当采样频率满足大于信号最高截止频率的2倍时，得到的频谱即是原连续信号频谱的周期延拓，这个实验结果，验证了信号采样定理的正确性。七、设计分工与体会1、设计分工为了充分发挥组员自身的优势，本课程设计小组组员的分

13、工如下：组员姓名组员自身优势任务分工许红升专业基础较好，较强的matlab编程能力；有丰富的竞赛经验，在电子设计大赛、航模大赛中多次获奖；团队合作能力较强。理论推导、程序设计与仿真王易扬较强的责任心和耐心查阅资料、书写报告2、体会本次课程设计是用matlab软件编一段程序对信号进行采样和频谱分析，经过两周的努力,我们终于完成了此次课程设计。通过本次课程设计，我们学会了很多东西。首先，通过本次的课程设计，使我们对采样定理的一些基本公式得到了进一步巩固。在整个课程设计过程中，查阅了很多相关知识，从这些书籍中我们受益良多。虽然刚开始对信号采样过程和频谱分析认识不深，但是通过这次实验对信号采样过程和频

14、谱分析过程有了进一步掌握。在学习MATLAB知识的基础之上，我又进一步熟悉了MATLAB的各函数功能，同时学会利用MATLAB实现模拟信号的时域、频域间的变换，达到了实验的最初目的，其次，在掌握了数字信号处理课程理论知识的前提下，我还学会如何将理论与实践更好的结合，以及熟练的将理论知识应用于实践。在实验的设计和验证分析过程中，我进一步理解了连续时间信号的频谱与采样后频谱的关系，熟练掌握了采样定理，而在整个实验的思考设计过程中，不仅锻炼了我的思维，也让我体会到了必须以严谨与认真的科学态度对待科学研究。该课程设计通过实验的设计使我对采样定理和信号的恢复有了深一步的掌握，从而在上机的过程中没有出现太

15、多的问题。虽然在实验过程中出现很多错误，但是在老师的帮助下，不断的修正错误，也提高了我们独立完成实验的能力和理论联系实际的应用能力，进而了解了采样的方法。这次课程设计，我们各有各的分工，大家通力合作，最终使本次课程设计任务得以顺利的完成，如果只是一个在做，我想在两周的时间内使不可能完成的。这次课程设计使我们明白团队合作的重要性，这在以后的学习和生活中将使我们受益匪浅，对将来的学习和工作都非常有益。通过这次设计我们对以前所学过的理论知识，通过进一步的学习，有了更深的了解，对以前没学到的知识通过这几个月的学习、查资料也得到了弥补。尤其是对数电模电，经过学习和应用，对其原理与应用有了更深的掌握，也知道了其在实际的工程中的应用。同时，还是我们明白