信號(hào)與系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告.doc

課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告課程名稱(chēng) 信號(hào)與系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 設(shè)計(jì)起止日期 學(xué) 院 信息與通信工程 專(zhuān) 業(yè) 電子信息工程 學(xué)生姓名 班級(jí)/學(xué)號(hào) 成 績(jī) 指導(dǎo)老師簽字 目 錄1、課程設(shè)計(jì)目的12、課程設(shè)計(jì)要求13、課程設(shè)計(jì)任務(wù)14、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容15、總結(jié)11參考文獻(xiàn)12附錄12121、課程設(shè)計(jì)目的 “信號(hào)與系統(tǒng)”是一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，MATLAB作為信號(hào)處理強(qiáng)有力的計(jì)算和分析工具是電子信息工程技術(shù)人員常用的重要工具之一。本課程設(shè)計(jì)基于MATLAB完成信號(hào)與系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，以提高學(xué)生的綜合應(yīng)用知識(shí)能力為目標(biāo)，是“信號(hào)與系統(tǒng)”課程在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)上的必要補(bǔ)充。通過(guò)課設(shè)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生理論課程學(xué)習(xí)興趣，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。2、課程設(shè)計(jì)要求（1）運(yùn)用MATLAB編程得到簡(jiǎn)單信號(hào)、簡(jiǎn)單信號(hào)運(yùn)算、復(fù)雜信號(hào)的頻域響應(yīng)圖；（2）通過(guò)對(duì)線(xiàn)性時(shí)不變系統(tǒng)的輸入、輸出信號(hào)的時(shí)域和頻域的分析，了解線(xiàn)性時(shí)不變系統(tǒng)的特性，同時(shí)加深對(duì)信號(hào)頻譜的理解。3、課程設(shè)計(jì)任務(wù)（1）根據(jù)設(shè)計(jì)題目的要求，熟悉相關(guān)內(nèi)容的理論基礎(chǔ)，理清程序設(shè)計(jì)的措施和步驟；（2）根據(jù)設(shè)計(jì)題目的要求，提出各目標(biāo)的實(shí)施思路、方法和步驟；（3）根據(jù)相關(guān)步驟完成MATLAB程序設(shè)計(jì)，所編程序應(yīng)能完整實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)題目的要求；（4）調(diào)試程序，分析相關(guān)理論；（5）編寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告。4、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容（一）基本部分（1）信號(hào)的時(shí)頻分析任意給定單頻周期信號(hào)的振幅、頻率和初相，要求準(zhǔn)確計(jì)算出其幅度譜，并準(zhǔn)確畫(huà)出時(shí)域和頻域波形，正確顯示時(shí)間和頻率。設(shè)計(jì)思路：首先給出橫坐標(biāo)，即時(shí)間，根據(jù)設(shè)定的信號(hào)的振幅、頻率和初相，寫(xiě)出時(shí)域波形的表達(dá)式；然后對(duì)時(shí)域波形信號(hào)進(jìn)行傅里葉變化，得到頻域波形；最后使用plot函數(shù)繪制各個(gè)響應(yīng)圖。源程序：clc; clear;close all;Fs =128; % 采樣頻率T = 1/Fs; % 采樣周期N = 600; % 采樣點(diǎn)數(shù)t = (0:N-1)*T; % 時(shí)間，單位：Sx=2*cos(5*2*pi*t);n=0:N-1;figure; subplot(3,1,1)plot(t,x);xlabel(時(shí)間/S);ylabel(振幅);title(時(shí)域波形);grid on;y=fft(x,N); y1=fftshift(y);n1=-(N-1)/2:(N-1)/2;f=n1*Fs/N;subplot(3,1,2)plot(f,10*log10(abs(y1); % 繪出Nyquist頻率之前隨頻率變化的振幅xlabel(頻率/Hz);ylabel(幅度);title(幅值譜);grid on;subplot(3,1,3)plot(f,angle(y1); % 繪出Nyquist頻率之前隨頻率變化的相位xlabel(頻率/Hz);ylabel(相位);title(相位譜);grid on;結(jié)果圖：結(jié)果分析：cos函數(shù)波形為周期信號(hào)，其頻域響應(yīng)為兩個(gè)沖擊函數(shù)，并且符合對(duì)偶性。（2）傅里葉級(jí)數(shù)分析分析周期三角波的傅里葉級(jí)數(shù)系數(shù)，用正弦信號(hào)的線(xiàn)性組合構(gòu)成三角波，要求諧波次數(shù)可以任意輸入，分析不同諧波次數(shù)所構(gòu)成的三角波，解釋是否存在吉伯斯現(xiàn)象。設(shè)計(jì)思路：根據(jù)原理任意周期信號(hào)都可以表達(dá)成傅里葉級(jí)數(shù)的形式，對(duì)周期三角波進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)分解，利用for循環(huán)完成級(jí)數(shù)求和運(yùn)算。當(dāng)N值較小時(shí)，傅里葉級(jí)數(shù)的逼近效果不是很理想，隨著N值變大，傅里葉級(jí)數(shù)越來(lái)越接近理想值。源程序：clc; clear;close all;t=-6:6/1000:6;N = input(please input the nunber:);w0=pi;XN=zeros(1,length(t);tao=0; % 0.0000001;for n=1:N; fn=-4*(sin(n*pi/2)2/(n+tao)2*pi2); XN=XN+fn*cos(n*w0*t);endXN=XN+0.5;figure; plot(t,XN);title(Gibbs,N=,num2str(N);xlabel(Time(sec);ylabel(X,num2str(N),(t);結(jié)果圖；結(jié)果分析：隨著N值的增大，傅里葉級(jí)數(shù)與理想的周期三角波越來(lái)越接近，符合預(yù)期效果。（3）系統(tǒng)分析任意給定微分方程或差分方程描述的系統(tǒng)，畫(huà)出系統(tǒng)的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)。設(shè)計(jì)思路：根據(jù)微分方程、差分方程與系統(tǒng)函數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，結(jié)合matlab自帶的freqs和freqz兩個(gè)函數(shù)，分析系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性。源程序：clc; clear;close all;% - 微分方程b = 1 0; % y的系數(shù)a = 1 3 2; % x的系數(shù)figure; freqs(b,a);% - 差分方程b = 0 1; % y的系數(shù)a = 1 -2 2; % x的系數(shù)figure; freqz(b,a);結(jié)果圖；結(jié)果分析：微分方程所代表的系統(tǒng)具有高通特性，差分方程所代表的系統(tǒng)具有低通特性。（4）音樂(lè)合成程序設(shè)計(jì)對(duì)于任意一小段音樂(lè)，利用“十二平均律”計(jì)算該音樂(lè)中各個(gè)樂(lè)音的頻率，產(chǎn)生并播放這些樂(lè)音。分析音樂(lè)的頻譜，從中識(shí)別出不同的樂(lè)音。設(shè)計(jì)思路：根據(jù)時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)區(qū)別各個(gè)音符拍長(zhǎng)短，根據(jù)頻率高低來(lái)區(qū)別各個(gè)音符的音調(diào)，具體細(xì)節(jié)參考“十二平均律”，將每段樂(lè)音連接起來(lái)，使用sound函數(shù)播放樂(lè)音。對(duì)每段樂(lè)音進(jìn)行傅里葉變換，分析其頻譜。源程序：clc; clear;close all;f =8000; % 音樂(lè)采樣頻率，可改為4000或者16000t2=0:1/f:1; % 2拍，時(shí)間長(zhǎng)短不同t4=0:1/f:0.5; % 1拍t8=0:1/f:0.25; % 1/2拍misc_note5=523.25; % 不同音符頻率misc_note6=587.33;misc_note2=392;misc_note1=349.23;misc_note6_down=293.66;m1=sin(2*pi*misc_note5*t4); % 波形m2=sin(2*pi*misc_note5*t8);m3=sin(2*pi*misc_note6*t8);m4=sin(2*pi*misc_note2*t2);m5=sin(2*pi*misc_note1*t4);m6=sin(2*pi*misc_note1*t8);m7=sin(2*pi*misc_note6_down*t8);m8=sin(2*pi*misc_note2*t2);m=m1 m2 m3 m4 m5 m6 m7 m8;% save(DongFangHong,m);sound(m);N = 1024; % 傅里葉變換點(diǎn)數(shù)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(頻率);ylabel(幅度響應(yīng));grid on;axis(0 1000 -15 30);結(jié)果圖；結(jié)果分析：根據(jù)樂(lè)譜編寫(xiě)程序，能夠聽(tīng)到預(yù)期的歌曲；分析其頻譜，包含幾個(gè)不同頻率的脈沖，同樣符合預(yù)期。（5）調(diào)制分析單位沖激響應(yīng)為的系統(tǒng)的濾波特性，畫(huà)出其幅頻響應(yīng)曲線(xiàn)。設(shè)計(jì)思路：根據(jù)傅里葉變換特性，時(shí)域相乘對(duì)應(yīng)頻域卷積，將題目中的時(shí)域波形進(jìn)行分解，并將兩個(gè)函數(shù)分別對(duì)應(yīng)的傅里葉變換進(jìn)行卷積。參考常用的傅里葉變換對(duì)，所求的頻域特性為方波和沖擊函數(shù)的卷積。源程序：clc; clear;close all;f = 800; % 采樣頻率t = -0.2:1/f:0.2; % 時(shí)域長(zhǎng)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); % 時(shí)域波形xlabel(時(shí)間);ylabel(時(shí)域波形);grid on;N = 1024; % 傅里葉變換點(diǎn)數(shù)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(頻率);ylabel(頻率響應(yīng));grid on;結(jié)果圖；結(jié)果分析：中心在0頻的方波搬移到了50Hz，符合預(yù)期。（二）提高部分（7） 頻分復(fù)用a、自行給出二路語(yǔ)音信號(hào)，分別顯示其頻譜，并播放語(yǔ)音。b、對(duì)二路語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行頻分復(fù)用，顯示復(fù)用后的頻譜，播放語(yǔ)音。c、設(shè)計(jì)程序?qū)︻l分復(fù)用的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，顯示解調(diào)結(jié)果，并回放語(yǔ)音。設(shè)計(jì)思路：對(duì)信號(hào)的處理主要包括以下幾個(gè)部分：a、根據(jù)語(yǔ)音信號(hào)文件，使用matlab的函數(shù)wavread進(jìn)行讀取，并結(jié)合fft觀(guān)察信號(hào)的時(shí)域波形和頻域波形；b、兩路信號(hào)分別于不同頻率的載波相乘，再相加，得到復(fù)用之后的信號(hào)；c、根據(jù)所發(fā)送信號(hào)的特性和其對(duì)應(yīng)的載波，設(shè)計(jì)帶通濾波器，從復(fù)用信號(hào)中分別濾出兩路信號(hào)；d、對(duì)高頻的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)至0頻；e、設(shè)計(jì)低通濾波器，并將解調(diào)后的信號(hào)通過(guò)該濾波器，得到預(yù)期的發(fā)送信號(hào)，播放該信號(hào)，觀(guān)察其與發(fā)送信號(hào)的異同。源程序：clc; clear;close all;N=14000;n=0:N-1;e1,fs1=wavread(msg.wav); % 信號(hào)ay1=e1(1:N);e2,fs2=wavread(sys.wav); % 信號(hào)by2=e2(1:N);figure; subplot(2,1,1);plot(y1); % 輸出a的時(shí)域波形xlabel(t);ylabel(y1);title(a的波形);sound(y1,fs1); Fy1=fft(y1,N);f=n/N*fs1;subplot(2,1,2);plot(f,abs(Fy1); % a的幅度譜xlabel(t);ylabel(Fy1);title(a的幅頻響應(yīng)); bw1=fs1/2; % 信號(hào)1的采樣帶寬figure; subplot(2,1,1);plot(y2); % b的時(shí)域波形xlabel(t);ylabel(y2);title(b的波形);sound(y2,fs2);Fy2=fft(y2,N); subplot(2,1,2);plot(f,abs(Fy2); %b的幅度譜xlabel(f);ylabel(Fy2);title(b的幅頻響應(yīng));bw2=fs2/2;% - 調(diào)制fca=20000;fcb=60000;fs=160000;Ts=1/fs;fn=n/N*fs;y1cos=cos(2*pi*fca.*n*Ts); % 第一個(gè)載波信號(hào)y2cos=cos(2*pi*fcb.*n*Ts); % 第二個(gè)載波信號(hào)y=y1.*y1cos+y2.*y2cos;%調(diào)制相加得到復(fù)合信號(hào)F=fft(y,N);figure; subplot(211);plot(y);xlabel(t);ylabel(y);title(復(fù)合信號(hào)的波形);subplot(212);plot(fn,abs(F);xlabel(fn);ylabel(|F|);title(復(fù)合信號(hào)的幅頻響應(yīng));% - 設(shè)計(jì)濾波器dat=zeros(1,N);dat(round(fca-bw1)/fs*N:(fca+bw1)/fs*N)=1;%dat(round(fs-fca-bw1)/fs*N:(fs-(fca-bw1)/fs*N)=1;fi1=dat; % a濾波器dat=zeros(1,N);dat(round(fcb-bw2)/fs*N:(fcb+bw2)/fs*N)=1;dat(round(fs-(fcb-bw2)-2*bw2)/fs*N:(fs-(fcb-bw2)/fs*N)=1;fi2=dat; % b濾波器figure; subplot(211);plot(fn,fi1);axis(0 160000 0 1.5);title(濾波器fi1);xlabel(Hz);ylabel(fi1);subplot(212);plot(fn,fi2);axis(0 160000 0 1.5);xlabel(Hz);ylabel(fi2);title(濾波器fi2);fily1=F.*fi1; % 濾波fily2=F.*fi2;% - 混頻hy1=ifft(fily1).*y1cos; % a混頻hy2=ifft(fily2).*y2cos; % b混頻figure; subplot(211);plot(abs(fft(hy1);xlabel(Hz);ylabel(Fya);title(a混頻后的幅頻響應(yīng));subplot(212);plot(abs(fft(hy2);xlabel(Hz);ylabel(Fyb);title(b混頻后的幅頻響應(yīng));% - 低通濾波filter=zeros(1,N);filter(1:round(bw1/fs*N)=1;filter(round(fs-bw1)/fs*N):N)=1;filter1=filter;filter(1:round(bw2/fs*N)=1;filter(round(fs-bw2)/fs*N):N)=1;filter2=filter;Fya=fft(hy1).*filter1;ya=ifft(Fya);figure; subplot(211);plot(n,real(ya);xlabel(t);ylabel(ya);title(a的解調(diào));sp3=max(abs(ya);sound(real(ya/sp3),fs1)Fyb=fft(hy2).*filter2;yb=ifft(Fyb);subplot(212);plot(n,real(yb);title(b的解調(diào));xlabel(t);ylabel(yb);sp4=max(abs(yb);sound(real(yb/sp4),fs1)結(jié)果圖：5、總結(jié)這次課程設(shè)計(jì)，嘗到了各種滋味，有在困惑中的苦惱，在迷茫中的掙扎，也有在學(xué)習(xí)中的快樂(lè)，在成功中的興奮，這是一個(gè)獨(dú)立思考和挑戰(zhàn)自己恒心的過(guò)程。實(shí)驗(yàn)中學(xué)到的不僅僅是MATLAB的應(yīng)用和一些課題的解決方法，更重要的是鍛煉了自己的意志，在做基礎(chǔ)部分的時(shí)候，我在對(duì)MATLAB一無(wú)所知中苦苦摸索，一次一次地編寫(xiě)代碼，試驗(yàn)函數(shù)的用法，慢慢地學(xué)會(huì)了怎么寫(xiě)一些簡(jiǎn)單的程序。我發(fā)現(xiàn)課本知識(shí)在實(shí)踐面前很脆弱，不是說(shuō)課本知識(shí)不重要，我們?cè)趯W(xué)好課本知識(shí)的同時(shí)更要注重聯(lián)系實(shí)際，要能解決實(shí)際問(wèn)題，把課本上學(xué)到的東西應(yīng)用到課程設(shè)計(jì)里面來(lái)，比如說(shuō)頻分復(fù)用，頻分復(fù)用就是課本上講過(guò)的一個(gè)應(yīng)用，但是具體到自己設(shè)計(jì)，就要考慮各種問(wèn)題，比如說(shuō)載波的選擇、濾波器的設(shè)計(jì)，這些課本上只是提到但是怎么解決得靠自己想辦法。這次課程設(shè)計(jì)對(duì)我的啟發(fā)很大，我懂得了遇到困難首先要思考，查找解決辦法，耐心分析錯(cuò)誤原因，做事要有耐心，我會(huì)在以后的學(xué)習(xí)中注重實(shí)踐。參考文獻(xiàn)1 鄭君里、應(yīng)啟珩 、楊為理，信號(hào)與系統(tǒng)引論，北京：高等教育出版社，2009年3月.2 谷源濤、應(yīng)啟珩、鄭君里，信號(hào)與系統(tǒng)MATLAB綜合實(shí)驗(yàn)，北京：高等教育出版社，2008年1月.3 梁虹等，信號(hào)與系統(tǒng)分析及Matlab實(shí)現(xiàn)，北京：電子工業(yè)出版社，2002年2月.附錄MATLAB程序清單：basic1.mbasic2.mbasic3.mbasic4.mbasic5.menhanced7.m輔助文件：msg.wavsys.wav