机械工程实验教学中心

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机械工程实验教学中心

实验指导书

实验名称

基于Matlab的信号处理实验

课程名称

自选综合实验

一、实验目的及要求

实验目的

通过基于Matlab的信号处理实验，使学生从信号分析、系统分析的角度理解信号处理课程所涉及的基本概念和理论。不仅能够提高学生分析设计能力和动手能力，更能够使学生掌握Matlab这一在理论和实践领域都广泛使用的软件，为今后的学习和研究打下坚实的基础。

2. 实验要求

(1)掌握基本的Matlab编程方法；

(2)掌握基本的信号分析与合成方法；

(3)掌握基本的滤波器设计方法；

(4)能够使用Matlab完成信号处理综合实验：音乐信号分析或电话按键音的编码和解码。

二、实验设备

计算机

Matlab 软件(7.0以后版本)

三、实验内容

Matlab基础：学会基本的Matlab命令和语法；学会在Matlab中编辑和写脚本文件，并作为命令运行；学会Matlab中一些较高级的编程技术。

复指数：使用复指数来操作正弦函数，从而将三角函数问题转化成简单的算术和代数问题；理解复指数和相量加的性质；会使用Matlab画相量图。

振幅调制AM和频率调制FM：学习在电视和无线电等通信系统中广泛使用的振幅调制和频率调制，来实现与正弦信号有关的较复杂的信号，并产生一些有趣的声音，比如模拟乐器声音。

采样、卷积及FIR滤波：在Matlab中学习如何设计FIR滤波器，

并学习FIR滤波器对各种信号的响应；学会如何使用FIR滤波器产生特殊效果；使用FIR滤波研究卷积操作及其性质；

音乐信号分析：使用声谱图分析一段音乐。(二选一)

电话按键音信号的编码和解码：在Matlab中使用带通FIR滤波器

提取编码在信号中的信息，并自动解码。(二选一)

四、实验报告要求

1、在Matlab中输入程序，验证实验结果，并将实验结果存入指定存储区域中。

2、在实验报告中写出完整的实验内容和实验程序，并给出实验结果。

3、对实验程序和实验结果给出相应的分析和解释。

五、实验进度安排

实验内容

学时数

Matlab基础

4

复指数

4

振幅调制和频率调制

4

采样、卷积及FIR滤波

8

音乐信号分析(二选一)

8

电话按键音信号的编码和解码(二选一)

8

六、考核方式

随堂检查和实验报告。

学生需提交：实验报告。

实验一 Matab基础

实验目的：

认识MATLAB中的部分语句，以及MATLAB界面，了解MATLAB的使用。

简单的语句解析：

1、Pi*Pi-10

Sin(pi/4)

Ans^2

该语句实现的功能是解方程(sin(pi/4))^2在数学中我们知道这个结果是0.5，我们将着几行命令打入MATLAB中就会自动的得出这个结果。

2、z = 3 + 4i

w = -3 + 4j

abs([z,w])

conj(z+w)

angle(z)

exp( j*pi )

exp(j*[ pi/4, 0, -pi/4 ]

实验结果；

z =3.0000 + 4.0000i

w =-3.0000 + 4.0000i

ans = 5 5

ans = 0 - 8.0000i

ans =0.9273

ans =-1.0000 + 0.0000i

ans =0.7071 + 0.7071i 1.0000 0.7071 - 0.7071i

该程序使对两个复数的向量的加法还有可以计算出来两个向量的长度，还有实部虚部，还有向量的角度。

3、理解冒号的意思：

jkl=0:6默认的是以0开始步长为1 结尾为6的一个矩阵。

jkl=2:4:17，这里的默认的是以2开始，步长为4的一个矩阵，即2、 6、 10、 14这几个数

pi*[0:0.1:2]，开始为0终止为2步长为0.1，得到这个矩阵后用Pi乘以这个举证，新矩阵即所求。

执行以下程序得到这个函数，得到这个函数的图像。

程序是欧拉公式对exp函数进行了变化得到sin函数

实验二 复指数的实验

即将用到MATLAB的内置的操作程序；；

Conj 求一个复数X的共轭复数。

Abs 复数的大小

Real 复数的实部

Imag 复数的虚部

I,j 定义i和j X=3+4i

Exp(j*theta) 计算

实现sin函数；

实验内容：

matlab可以用于计算复数的公式，显示结果作为矢量图或者向量图形式。

输入；

zvect([1+j,j,3-4*j,exp(j*pi),exp(2*j*pi/3)])

2、向量的运算

z1=10*exp(-j*2*pi