中南大学数字信号处理实验报告分解
中南大学
数字信号处理
实验报告
学生姓名
学号
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完成时间
目录
实验一常见离散时间信号的产生和频谱分析 (3)
实验结果与分析 (5)
实验二数字滤波器的设计 (14)
实验结果与分析 (17)
实验一 常见离散时间信号的产生和频谱分析
一、 实验目的
（1） 熟悉MATLAB 应用环境，常用窗口的功能和使用方法； （2） 加深对常用离散时间信号的理解； （3） 掌握简单的绘图命令；
（4） 掌握序列傅里叶变换的计算机实现方法，利用序列的傅里叶变换对离散信号进行频域分析。 二、 实验原理
（1） 常用离散时间信号
a ）单位抽样序列
???=0
1
)(n δ
≠=n n 如果)(n δ在时间轴上延迟了k 个单位，得到)(k n -δ即：
???=-0
1)(k n δ
≠=n k
n b ）单位阶跃序列
???=0
1
)(n u
00<≥n n c ）矩形序列 ???=01)(n R N 其他1
0-≤≤N n
d ）正弦序列
)sin()(?+=wn A n x
e ）实指数序列
f ）复指数序列
()()jw n x n e σ+=
（2）离散傅里叶变换：
设连续正弦信号()x t 为
0()sin()x t A t φ=Ω+
这一信号的频率为0f ，角频率为002f πΩ=，信号的周期为000
12T f π
=
=Ω。如果对此连续周期信号()x t ()()
n x n a u n =
进行抽样，其抽样时间间隔为T ，抽样后信号以()x n 表示，则有0()()sin()t nT
x n x t A nT φ===Ω+，如
果令w 为数字频率，满足0000
1
2s s
f w T f f π=Ω=Ω=，其中s f 是抽样重复频率，简称抽样频率。 为了在数字计算机上观察分析各种序列的频域特性，通常对)(jw e X 在[]π2,0上进行M 点采样来
观察分析。 对长度为N 的有限长序列x(n), 有
∑-=-=10
)()(N n n jw jw k k
e n x e
X
其中 1,,1,02-==
M k k M
w k ，π
通常M 应取得大一些，以便观察谱的细节变化。取模|)(|k jw e X 可绘出幅频特性曲线。 （3）用DFT 进行普分析的三种误差
三种误差：混叠现象、泄露现象、栅栏效应 a) 混叠现象
当采样频率小于两倍信号（这里指是信号）最大频率时，经过采样就会发生频谱混叠，这使得采样后的信号序列频谱不能真实地反映原信号的频谱。所以在利用DFT 分析连续信号的频谱时，必须注意这一问题。避免混叠现象的唯一方法是保证采样速率足够高，使频谱交叠现象不致出现。也就是说，在确定采样频率之前，必须对信号的性质有所了解，一般在采样前，信号通过一个防混叠低通滤波器。 b) 泄漏现象
实际中的信号序列往往很长,为了方便我们往往用截短的序列来近似它们,这样可以使用
较短的DFT 来对信号进行频谱分析,这种截短等价于给原信号序列乘以一个矩形窗函数。
泄漏是不能与混叠完全分离开的,因为泄漏导致频谱的扩散，从而造成混叠。为了减小泄漏的影响，可以选择适当的窗函数，使频谱的扩散减到最小。 c) 栅栏效应
因为DFT 是对单位圆上Z 变换的均匀采样，所以他不可能将频谱视为一个连续函数。这样
就产生了栅栏效应，就一定意义上看，DFT 来观看频谱就好像通过一个尖桩的栅栏来观看一个图景一样，只能在离散点上看到真实频谱，这样就可能发生一些频谱的峰点或谷点被“尖桩的栅栏”所挡住，不能被我们观察到。减小栅栏效应的一个方法就是借助在原序列的末端添补一些零值，从而变动DFT 的点数。这一方法实际上是人为地改变了对真实谱采样的点数和位置，相当于搬动了每一根“尖桩栅栏”的位置，从而使得频谱的峰点或者谷点暴露出来。当然，这是每根谱线所对应的频率和原来的不同了。
综上所述，DFT 可以用于信号的频谱分析，但必须注意可能产生的误差，在应用过程中要
尽可能减少和消除这些误差的影响。 三、 实验内容及要求
（1）复习常用离散时间信号的有关内容；
（2） 用MATLAB 编程产生上述任意3种序列（长度可输入确定，对(d) (e) (f)中的参数可自行选择），并绘出其图形； （3） 混叠现象
对连续信号01()sin(2***)x t pi f t =其中，01500f Hz =进行采样，分别取采样频率
2000,1200,800s f Hz Hz Hz =，观察|)(|jw e X 的变化，并做记录(打印曲线),观察随着采样频率降低频谱
混叠是否明显存在，说明原因。 （4）截断效应
给定()cos()4
x n n π
=，截取一定长度的信号()()()y n x n w n =，()w n 为窗函数，长度为N ，
()()N w n R n =。做2N 点DFT 变换，分析当N 逐渐增大时，分析是否有频谱泄露现象、主瓣的宽度变化？
如何减小泄露？ （5）栅栏效应
给定()4()x n R n =，分别计算()jw X e 在频率区间[]0,2π上的16点、32点、64点等间隔采样，
绘制()jw X e 采样的幅频特性图，分析栅栏效应，如何减小栅栏效应？
(6) 提高题：给定信号1()5sin()5x n n π=，2()cos()4x n n π
=，312()()()x n x n x n =+。分别计算()jw X e 在频
率区间[]0,2π上的频谱，观察其幅频特性图，分析是否存在谱间干扰，如何减小谱间干扰？
四、实验用MATLAB 函数介绍
（1）数字信号处理中常用到的绘图指令(只给出函数名，具体调用格式参看help)
figure(); plot(); stem(); axis(); grid on; title(); xlabel(); ylabel(); text(); hold on; subplot()
（2）离散时间信号产生可能涉及的函数
zeros(); ones(); exp(); sin(); cos(); abs(); angle(); real(); imag();
五、实验结果与分析
（1）复习常用离散时间信号的有关内容；
在时间上依次出现的数值序列,例如，{…，0.5，1，2，-1，0，5，…}。相邻两个数之间的时间间隔可以是相等的，也可以是不等的。在前一情况下，设时间间隔为T 秒,则离散信号可用符号x (nT )来表示。在间隔T 归一化为1的条件下,T 可以省略,即将x (nT )表示为x (n )。x (n )既可表示整个序列, 也可表示离散信号在nT 瞬间的值。
（2） 用MATLAB 编程产生上述任意3种序列（长度可输入确定，对(d) (e) (f)中的参数可自行选择），
并绘出其图形；
单位阶跃序列： n=-20:20; xn=heaviside(n); xn(n==0)=1;
plot(n,xn);stem(n,xn);axis([-20 20 0 1.2]);
title('单位阶跃序列');xlabel('n');ylabel('u(n)');box on
矩阵序列： n=-20:20; N=5;
xn=heaviside(n)-heaviside(n-N); xn(n==0)=1;xn(n==N)=0;
plot(n,xn);stem(n,xn);axis([-20 20 0 1.2]);
title('矩阵序列');xlabel('n');ylabel('R_{N}(n)');box on
单位阶跃序列
n
u (n )
矩阵序列
R N (n )
正弦序列：
n=-40:40;A=2;w=pi/8;f=pi/4; xn=A*sin(w.*n+f);
plot(n,xn);stem(n,xn);axis([-40 40 -4.2 4.2]) title('正弦序列');xlabel('n');ylabel('x(n)');box on
（3） 混叠现象
对连续信号01()sin(2***)x t pi f t =其中，01500f Hz =进行采样，分别取采样频率
2000,1200,800s f Hz Hz Hz =，观察|)(|jw e X 的变化，并做记录(打印曲线),观察随着采样频率降低频谱
混叠是否明显存在，说明原因。
subplot(2,2,2); f01=500; fs=1000; n=1/fs;
N=length(t); t=0:n:0.1;
x=sin(2*pi*f01*t); plot(t,x); X=fft(x,N);
plot(fs/N*(0:(N/2-1)),abs(X(1:(N/2)))); title('取样频率为1000');
subplot(2,2,1);
正弦序列
n
x (n )
n=1/fs;
N=length(t);
t=0:n:0.1;
x=sin(2*pi*f01*t);
plot(t,x);
X=fft(x,N);
plot（fs/N*(0:N/2-1)）,abs(X(1:N/2))）; title('取样频率为2000');
subplot(2,2,3);
f01=500;
fs=1200;
n=1/fs;
N=length(t);
t=0:n:0.1;
x=sin(2*pi*f01*t);
plot(t,x);
X=fft(x,N);
plot(fs/N*(0:(N/2-1)),abs(X(1:(N/2)))); title('取样频率为1200');
subplot(2,2,4);
f01=500;
fs=800;
n=1/fs;
N=length(t);
t=0:n:0.1;
x=sin(2*pi*f01*t);
plot(t,x);
X=fft(x,N);
plot(fs/N*(0:(N/2-1)),abs(X(1:(N/2)))); title('取样频率为800');
500
1000
0204060
80
100取样频率为2000
020*******
024
6
8
-13
取样频率为1000
200
400
600
20
40
60取样频率为1200
0100200300400
10
20
3040取样频率为800
结论：连续信号的最高频率为01500f Hz =，根据取样定理，采样频率必须满足Fs>=2fc ，否则会在折叠频率Fs/2处出现频谱混叠。通过实验，当Fs 为1200HZ ，2000HZ 时，峰值在500HZ 处，没有发生混叠。但当取样频率为800HZ 时，峰值在300HZ 处，产生较大的误差。
（4）截断效应
给定()cos()4
x n n π
=，截取一定长度的信号()()()y n x n w n =，()w n 为窗函数，长度为N ，()()N w n R n =。
做2N 点DFT 变换，分析当N 逐渐增大时，分析是否有频谱泄露现象、主瓣的宽度变化？如何减小泄露？
subplot(2,2,1); n=50;
Rn=[ones(1,n)]; wn=Rn;
xn=cos((pi./4)*(0:n-1)); yn=xn.*wn; N=20;
Y=fft(yn,2*N);
plot(2*pi/N*(0:N/2-1),abs(Y((1:N/2)))); title('截断效应N=20');
subplot(2,2,2); n=50;
Rn=[ones(1,n)]; wn=Rn;
xn=cos((pi./4)*(0:n-1)); yn=xn.*wn;
Y=fft(yn,2*N);
plot(2*pi/N*(0:N/2-1),abs(Y((1:N/2)))); title('截断效应N=40');
subplot(2,2,3);
n=50;
Rn=[ones(1,n)];
wn=Rn;
xn=cos((pi./4)*(0:n-1));
yn=xn.*wn;
N=100;
Y=fft(yn,2*N);
plot(2*pi/N*(0:N/2-1),abs(Y((1:N/2)))); title('截断效应N=100');
subplot(2,2,4);
n=50;
Rn=[ones(1,n)];
wn=Rn;
xn=cos((pi./4)*(0:n-1));
yn=xn.*wn;
N=1000;
Y=fft(yn,2*N);
plot(2*pi/N*(0:N/2-1),abs(Y((1:N/2)))); title('截断效应N=1000');
结论：由上图可知，随着矩形窗的N 增大，主瓣宽度变窄，分辨率提高，泄露也相继减少，峰起值占总比越来越接近9%。随N 减少到20时，即取样长度比较小时，波形泄露比较严重，无法反映实际波形。另外，为了减小谱间干扰，应用其他形状的窗函数w （n ）代替矩形窗会降低泄露程度。
（5）栅栏效应
给定()4()x n R n =，分别计算()jw X e 在频率区间[]0,2π上的16点、32点、64点等间隔采样，绘制()jw X e 采样的幅频特性图，分析栅栏效应，如何减小栅栏效应？
%
14()()
x n R n =
n=0:1:10;
xn=[ones(1,4),zeros(1,7)]; %输入时域序列向量xn=R4(n) Xk16=fft(xn,16); %计算xn 的16点DFT Xk32=fft(xn,32); %计算xn 的32点DFT Xk64=fft(xn,64); %计算xn 的64点DFT subplot(2,2,1);stem(n,xn,'.');
title('(a) x_1 (n)');xlabel('n');ylabel('x_1 (n)');
k=0:15;wk=2*k/16; %产生16点DFT 对应的采样点频率(关于π归一化值) subplot(2,2,2);stem(wk,abs(Xk16),'.'); %绘制16点DFT 的幅频特性图 title('(c) 16点DFT 的幅频特性图');xlabel('\omega/\pi');ylabel('幅度');
k=0:31;wk=2*k/32; %产生32点DFT 对应的采样点频率(关于π归一化值) subplot(2,2,3);stem(wk,abs(Xk32),'.'); %绘制32点DFT 的幅频特性图 title('(d) 32点DFT 的幅频特性图');xlabel('\omega/\pi');ylabel('幅度');
k=0:63;wk=2*k/64; %产生64点DFT 对应的采样点频率(关于π归一化值) subplot(2,2,4);stem(wk,abs(Xk64),'.'); %绘制64点DFT 的幅频特性图 title('(d) 64点DFT 的幅频特性图');xlabel('\omega/\pi');ylabel('幅度');
结论：由栅栏效应可知，采样点的间隔是看不到的。所以对于有限长序列，我们在原序列尾部补零，从而增大频域采样点数和采样点位置。只要采样频率Fs 足够高，且采样点数足够多，分辨率就会提高到认为DFT 的离散谱近似代表原信号频谱。
(6) 提高题：
给定信号1()5sin()5x n n π=，2()cos()4
x n n π
=，312()()()x n x n x n =+。分别计算()jw X e 在频率区间[]
0,2π上的频谱，观察其幅频特性图，分析是否存在谱间干扰，如何减小谱间干扰？
首先取N=100时
n=-50:49; N=length(n)
x1=5*sin(pi/5*n); x2=cos(pi/4*n); x3=x1+x2; subplot(2,2,1)
plot((0:N-1)*2*pi/N/pi,abs(fftshift(fft(x1,N))));
title('X1频谱');xlabel('\omega/pi');ylabel('|X(e^{j\omega})|'); axis([0 2 0 400]) subplot(2,2,2)
plot((0:N-1)*2*pi/N/pi,abs(fftshift(fft(x2,N))));
title('X2频谱');xlabel('\omega/pi');ylabel('|X(e^{j\omega})|'); axis([0 2 0 100]) subplot(2,2,3)
plot((0:N-1)*2*pi/N/pi,abs(fftshift(fft(x3,N))));
title('X3频谱');xlabel('\omega/pi');ylabel('|X(e^{j\omega})|'); axis([0 2 0 400])
0.5
1 1.5
2
010*******
400X 1频谱
ω/pi |X (e j ω)|
00.5
1 1.52
50
100
X 2频谱
ω/pi
|X (e j ω)|
0.5
1 1.5
2
010*******
400X 3频谱
ω/pi
|X (e j ω)|
N=2000时， n=-1000:999; N=length(n)
x1=5*sin(pi/5*n); x2=cos(pi/4*n); x3=x1+x2; subplot(2,2,1)
plot((0:N-1)*2*pi/N/pi,abs(fftshift(fft(x1,N))));
title('X1频谱');xlabel('\omega/pi');ylabel('|X(e^{j\omega})|'); axis([0 2 0 5000]) subplot(2,2,2)
plot((0:N-1)*2*pi/N/pi,abs(fftshift(fft(x2,N))));
title('X2频谱');xlabel('\omega/pi');ylabel('|X(e^{j\omega})|'); axis([0 2 0 1000]) subplot(2,2,3)
plot((0:N-1)*2*pi/N/pi,abs(fftshift(fft(x3,N))));
title('X3频谱');xlabel('\omega/pi');ylabel('|X(e^{j\omega})|'); axis([0 2 0 5000])
0.5
1 1.5
2
1000
200030004000
5000X 1频谱
ω/pi |X (e j ω)|
00.5
1 1.52
500
1000
X 2频谱
ω/pi
|X (e j ω)|
0.5
1 1.5
2
01000
200030004000
5000X 3频谱
ω/pi
|X (e j ω)|
当N=2000，谱间干扰程度继续加强，甚至可以误认为强信号谱的旁瓣是另一个频率的信号谱线，从而造成假信号，引起较大偏差。
减小谱间干扰，是用其他的窗函数代替矩形窗，例如三角窗、汉宁窗、哈明窗等。
实验二 数字滤波器的设计
四、 实验目的
（1） 熟悉用双线性变换法设计IIR 数字滤波器的原理与方法；
（2） 学会调用MATLAB 信号处理工具中滤波器设计函数，设计各种IIR 滤波 器，学会根据
滤波需求确定滤波器指标参数；
（3） 掌握用窗函数法设计FIR 数字滤波器的原理和方法。 五、 实验原理
（1） 利用双线性变换设计IIR 滤波器，首先要设计出满足指标要求的模拟滤波器的传递函数
()a H s ，然后由()a H s 通过双线性变换可得所要设计的IIR 滤波器的系统函数()H z 。如果给定的
指标为数字滤波器的指标，则首先要转换成模拟域指标。 （2） 模拟滤波器()a H s 设计
巴特沃兹滤波器的振幅平方函数2A Ω为
N
a c j H A 22
2)(11)()(ΩΩ+=
Ω=Ω （1）
其传输函数为
∏-=-Ω=
1
)
()(N p p
N
C
a s
s s H （2）
)
21221(N
p j C p e
S ++Ω=π )12(,1,0-=N p （3）
首先确定技术指标： i. 通带中允许的最大衰减p a 和通带截止频率p Ω； ii.
阻带允许的最小衰减s a 和阻带起始频率s Ω。
由式（8-11）可得：
???????????
? ??Ω
Ω+=Ω=N
C
p
p a p j H a 221log 10)(1
log 10 （4）
???????????
?
??Ω
Ω
+=Ω=N
C
s
s a s j H a 221log 10)(1
log 10 （5）
得到
10
/210
1p a N
C
p
=???
? ??ΩΩ+ （6）
10
/2101s a N
C s =???
? ??ΩΩ+ （7）
再利用上面两式得到
11011010/10
/--=???? ??ΩΩs p a a N
s
p 令
p s
ΩΩ=λ， 11011010/10/--=
s p a a k
则
λlog log K
N -
= （8）
已知,,,p p s s a a ΩΩ，可由式(8)求出滤波器的阶数N 。求出的N 可能有小数部分一般取大于等于N 的最小整数。关于3dB 截止频率c Ω，有时在技术指标中给出，如果没有给出可以按照式（6）或式（7）求出。
根据以上所述，巴特沃兹滤波器的设计步骤为：
i. 根据要求,,,p p s s a a ΩΩ，由式(8)求出阶数N ； ii. 由式（6）或式(7)求出3dB 截止频率c Ω； iii. 由式（3）求出N 个极点； iv.
由式（2）写出传递函数()a H s 。
实际设计中，第ⅲ、ⅳ两步由以下两步代替： v. 由N 可查下表，得归一化低通巴特沃兹滤波器，1()()
a H s B s = vi.
去归一化，即将s 用/s s Ω代替，得到实际()a H s 。
（3）设所希望得到的滤波器的理想频率响应为()jw d H e 。那么FIR 滤波器的设计就在于寻找一个传递函数0()()jw
jw d n H e h n e ∞
==∑去逼近()jw d H e 。在这种逼近中最直接的一种方法是从单位取样响应序列
()h n 着手，使()h n 逼近理想的单位取样响应()d h n 。我们知道()h n 可以从理想频率响应()jw d H e 通过
傅里叶反变换来得到，即：
?
∑=
=∞
∞=-π
π
20
)(21
)()()(dw
e e H n h e n h e H jwn jw d d n jwn
d jw
d （9）
但是一般来说，这样得到的单位取样响应()d h n 往往都是无限长序列；而且是非因果的。以一个截止频率为c w 的线性相应位理想低通为例来说明。设低通滤波器的时延为?，即：
???
?
?≤<≤=?-πw w w w e e H c c jw jw d 0
)( （10）
则
dw
e n h c
c
e w w jwn jw d ?
-?=
π
21
)(
)()](sin[?-?-=
n n w c π
这是一个以?为中心的偶对称的无限长非因果序列。这样一个无限长的序列怎样用一个有限长序列去近似呢？最简单的办法就是直接截取它的一段来代替它。例如把0=n 到1-=N n 的一段截取来作为()h n ，但是为要保证所得到的是线性相位滤波器。必须满足()h n 的对称性，所以时延?应该取
()h n 长度的一半，即2/)1(-=?N
???-≤≤=n N n n h n h d
其它0
10)()( 这种直接截取的办法可以形象地想象为，()h n 好比是通过一个“窗口”所看到的一段()d h n 。()h n 中表达为()d h n 和一个“窗口函数”的乘积。在这里，窗口函数就是矩形脉冲函数()N R n ，即
)()()(n R n h n h N d ?=
但是一般来说，窗口函数并不一定是矩形函数，可以在矩形以内还对()d h n 作一定的加权处理，因此，一般可以表示为
)()()(n w n h n h d ?=
这里()w n 就是窗口函数。这种对理想单位取样响应加窗的处理对频率响应会产生以下三点影响： a) 使理想特性不连续的边沿加宽，形成一过渡带，过渡带的宽度取决于窗口频谱的主瓣宽度。 b) 在过渡带两旁产生肩峰和余振，它们取决于窗口频谱的旁瓣；旁瓣越多，余振也越多；旁瓣相对
值越大，肩峰则越强。
c) 增加截取长度N ，只能缩小窗口频谱的主瓣宽度而不能改变旁瓣的相对值；旁瓣与主瓣的相对关
系只决定于窗口函灵敏的形状。因此增加N ，只能相对应减小过渡带宽。而不能改变肩峰值。肩峰值的大小直接决定通带内的平稳和阻带的衰减，对滤波器性能有很大关系。例如矩形窗的情况下，肩峰达8.95%，致使阻带最小衰减只有21分贝，这在工程上往往是不够的。怎样才能改善阻
带的衰减特性呢？只能从改善窗口函数的形状上找出路，所以希望的窗口频谱中应该减少旁瓣，使能量集中在主瓣，这样可以减少肩峰和余振，提高阻带的衰减。而且要求主瓣宽度尽量窄，以获得较陡的过渡带，然而这两个要求总不能兼得，往往需要用增加主瓣宽度带换取决瓣的抑制，于是提出了海明窗、凯塞-贝塞尔窗、切比雪夫窗等窗口函数。
六、实验内容及要求
H e。
(1)用双线性变换法设计Butterworth数字滤波器，绘制幅频响应特性曲线()jw
a)Butterworth低通数字滤波器：要求其通带截至频率100Hz，阻带截至频率200Hz，通带衰减
R
p 小于2dB，阻带衰减
R大于15dB，采样频率F s=500HZ。
s
实验代码：
Rp=2;
Rs=15;
Fs=500;
Ts=1/Fs; %双线性变换时频率的预畸变
wp=100*2*pi*Ts; %利用公式，求数字域通带截止频率wp
ws=200*2*pi*Ts; %利用公式，求数字域通带截止频率ws
wp1=2*tan(wp/2)/Ts; %利用公式，进行预畸变
ws1=2*tan(ws/2)/Ts;
[N,Wn]=buttord(wp1,ws1,Rp,Rs,'s'); %选择滤波器的最小阶数N
[Z,P,K]=buttap(N); %计算Butterworth低通原型模拟滤波器
[Bap,Aap]=zp2tf(Z,P,K); %零极点增益到传递函数模型的转变
[b,a]=lp2lp(Bap,Aap,Wn); %把模拟滤波器原型转换成截止频率为Wn的低通滤波器[bz,az]=bilinear(b,a,Fs); %用双线性变换法实现模拟滤波器到数字滤波器的转换
[H,W]=freqz(bz,az);
plot(W/pi,abs(H));
grid;
xlabel('频率w/pi');
ylabel('频率相应幅度/dB');
title('低通滤波器的幅频相应曲线');
b ） Butterworth 高通数字滤波器：要求通带截止频率0.8p w π=rad ，通带衰减不大于3dB ，阻带截止频率0.6s w π=rad ，阻带衰减不小于15dB 。
实验代码： wp=0.8; ws=0.6; rp=3; rs=15;
[N,wc]=buttord(wp,ws,rp,rs); %求数字滤波器的最小阶数和截止频率
[Bz,Az]=butter(N,wc,'high'); %确定滤波器的传递函数的分子和分母系数向量 [H,W]=freqz(Bz,Az);
plot(W/pi,abs(H)); grid;
xlabel('频率w/pi');
ylabel('频率相应幅度/dB');
title('高通滤波器的幅频相应曲线');
（2） 用矩形窗设计一个FIR 线性相应相位低通数字滤波器，已知0.5,21c w N π==,画出其幅度响应()jw H e 的曲线。
实验代码： N=21; wc=0.15;
hn=fir1(N-1,wc,boxcar(N)); %调用矩形窗设计FIR rs=20; a=1;
[H,W]=freqz(hn,a,10000); %求频谱函数 m=abs(H); p=angle(H);
plot(W/pi,20*log10(m/max(m))); %绘制图形 grid;
xlabel('频率w/pi'); ylabel('幅度/dB'); title('函数曲线');
(3) 用汉宁窗法设计一个线性相位FIR 低通滤波器，性能指标：通带截止频率0.2p w π=rad ，阻带截止频率0.3s w π=rad ，阻带衰减不小于40dB ，通带衰减不大于3dB ，画出其幅度响应()jw H e 的曲线。
实验代码： wp=0.2*pi; ws=0.3*pi;
bt=ws-wp; %计算过渡带宽度
N0=ceil(6.2*pi/bt); %求出汉宁窗所需要的长度N0，ceil 取值大于等于x 的最小整数 N=N0+mod(N0+1,2); %确定h （n ）长度N 是奇数
wc=(wp+ws)/2/pi; %计算理想高通滤波器通带截止频率（关于π的归一化）
han=fir1(N-1,wc,hanning(N)); %调用汉宁窗设计FIR 的损耗函数和相频特性曲线
[H,W]=freqz(han);
plot(W/pi,20*log10(abs(H))); grid;
xlabel('频率w/pi'); ylabel('幅度/dB');
title('汉宁窗函数曲线');
操作系统实验报告-中南大学
操作系统原理试验报告 班级： 学号： 姓名：
实验一：CPU调度 一、实验内容 选择一个调度算法，实现处理机调度。 二、实验目的 多道系统中，当就绪进程数大于处理机数时，须按照某种策略决定哪些进程优先占用处理机。本实验模拟实现处理机调度，以加深了解处理机调度的工作。 三、实验题目 1、设计一个按优先权调度算法实现处理机调度的程序； 2、设计按时间片轮转实现处理机调度的程序。 四、实验要求 PCB内容： 进程名/PID； 要求运行时间（单位时间）； 优先权； 状态： PCB指针； 1、可随机输入若干进程，并按优先权排序； 2、从就绪队首选进程运行：优先权-1/要求运行时间-1 要求运行时间=0时，撤销该进程 3、重新排序，进行下轮调度 4、最好采用图形界面； 5、可随时增加进程； 6、规定道数，设置后备队列和挂起状态。若内存中进程少于规定道数，可自动从后备 队列调度一作业进入。被挂起进程入挂起队列，设置解挂功能用于将指定挂起进程解挂入就绪队列。 7、每次调度后，显示各进程状态。 实验二：内存管理 一、实验内容 主存储器空间的分配和回收 二、实验目的 帮助了解在不同的存储管理方式下，应怎样实现主存空间的分配和回收。 三、实验题目 在可变分区管理方式下，采用最先适应算法实现主存空间的分配和回收。
四、实验要求 1、自行假设主存空间大小，预设操作系统所占大小并构造未分分区表； 表目内容：起址、长度、状态（未分/空表目） 2、结合实验一，PCB增加为： {PID，要求运行时间，优先权，状态，所需主存大小，主存起始位置，PCB指针} 3、采用最先适应算法分配主存空间； 4、进程完成后，回收主存，并与相邻空闲分区合并 .1、Vo类说明（数据存储结构） 进程控制块PCB的结构： Public class PCB{ //进程控制块PCB，代表一个进程 //进程名，作为进程的标识； private String name; //要求运行时间，假设进程运行的单位时间数； private int time; //赋予进程的优先权，调度时总是选取优先数小的进程先执行； private int priority; //状态，假设有“就绪”状态（ready）、“运行”状态（running）、 //“后备”状态（waiting）、“挂起”状态(handup) private String state; //进程存放在table中的位置 private int start; //进程的大小 private int length; //进程是否进入内存，1为进入，0为未进入 private int isIn; //进程在内存中的起始位置 private int base; //进程的大小 private int limit; //一些get和set方法以及构造器省略… };
中南大学数字信号处理实验三
实验报告 实验名称用双线性变换法设计IIR数字滤波器课程名称数字信号处理 姓名成绩 班级学号 日期 2014年5月24号地点综合实验楼机房备注：
1.实验目的 （1）熟悉用双线性变换法设计IIR 数字滤波器的原理与方法； （2）掌握数字滤波器的计算机仿真方法； （3）通过观察对实际心电图信号的滤波作用，获得数字滤波的感性知识。 2.实验环境 应用MATLAB 6.5软件 操作系统：windows XP 3.实验内容及原理 （1）用双线性变换法设计一个巴特沃斯低通IIR 数字滤波器。设计指标参数为：在通带内截止频率低于0.2π时，最大衰减小于1dB ；在阻带内[0.3π,π]频率区间上，最小衰减大于15dB 。 （2）以0.02π为采样间隔，打印出数字滤波器在频率区间[0，π/2]上的幅频响应特性曲线。 （3）用所设计的滤波器对实际心电图信号采样序列进行仿真滤波处理，并分别打印出滤波前后的心电图信号波形图，观察总结滤波作用与效果。 教材例中已求出满足本实验要求的数字滤波系统函数： ∏==3 1)()(k k z H z H , 3,2,1,1)21()(2121=--++=----k z C z B z z A z H k k k 式中 A=0.09036, 2155 .0,9044.03583 .0,0106.17051 .0,2686.1332211-==-==-==C B C B C B 4.实验结果 心电图信号采样序列 0510152025 303540455055-100-50 50 n x (n ) 心电图信号采样序列x(n)
一级滤波后的心电图信号： 01020 30405060-100-80 -60 -40 -20 20 40 n y 1(n ) 一级滤波后的心电图信号 二级滤波后的心电图信号： 01020 30405060-100-80 -60 -40 -20 20 40 n y 2(n ) 二级滤波后的心电图信号 三级滤波后的心电图信号： 0102030 405060-80-60 -40 -20 20 40 n y 3(n )三级滤波后的心电图信号
中南大学通信电子线路实验报告
中南大学 《通信电子线路》实验报告 学院信息科学与工程学院 题目调制与解调实验 学号 专业班级 姓名 指导教师
实验一振幅调制器 一、实验目的： 1．掌握用集成模拟乘法器实现全载波调幅和抑止载波双边带调幅的方法。 2．研究已调波与调制信号及载波信号的关系。 3．掌握调幅系数测量与计算的方法。 4．通过实验对比全载波调幅和抑止载波双边带调幅的波形。 二、实验内容： 1．调测模拟乘法器MC1496正常工作时的静态值。 2．实现全载波调幅，改变调幅度，观察波形变化并计算调幅度。 3．实现抑止载波的双边带调幅波。 三、基本原理 幅度调制就是载波的振幅（包络）受调制信号的控制作周期性的变化。变化的周期与调制信号周期相同。即振幅变化与调制信号的振幅成正比。通常称高频信号为载波信号。本实验中载波是由晶体振荡产生的10MHZ高频信号。1KHZ的低频信号为调制信号。振幅调制器即为产生调幅信号的装置。 在本实验中采用集成模拟乘法器MC1496来完成调幅作用，图2-1为1496芯片内部电路图，它是一个四象限模拟乘法器的基本电路，电路采用了两组差动对由V1－V4组成，以反极性方式相连接，而且两组差分对的恒流源又组成一对差分电路，即V5与V6，因此恒流源的控制电压可正可负，以此实现了四象限工作。D、V7、V8为差动放大器V5与V6的恒流源。进行调幅时，载波信号加在V1－V4的输入端，即引脚的⑧、⑩之间；调制信号加在差动放大器V5、V6的输入端，即引脚的①、④之间，②、③脚外接1KΩ电位器，以扩大调制信号动态范围，已调制信号取自双差动放大器的两集电极（即引出脚⑹、⑿之间）输出。
图2-1 MC1496内部电路图 用1496集成电路构成的调幅器电路图如图2－2所示，图中VR8用来调节引出脚①、④之间的平衡，VR7用来调节⑤脚的偏置。器件采用双电源供电方式（＋12V，－9V），电阻R29、R30、R31、R32、R52为器件提供静态偏置电压，保证器件内部的各个晶体管工作在放大状态。 四、实验结果 1. ZD.OUT波形： 2. TZXH波形：
DSP实验报告
一、综合实验内容和目的 1、实验目的 (1) 通过实验学习掌握TMS320F28335的浮点处理； (2) 学习并掌握A/D模块的使用方法； (3) 学习并掌握中断方式和查询方式的相关知识及其相互之间的转换； (4) 学习信号时域分析的方法，了解相关电量参数的计算方法； (5) 了解数字滤波的一些基本方法。 2、实验内容 要求1：对给定的波形信号，采用TMS320F28335的浮点功能计算该信号的以下时域参数：信号的周期T，信号的均方根大小V rms、平均值V avg、峰-峰值V pp。 其中，均方根V rms的计算公式如下： V= rms 式中N为采样点数，()u i为采样序列中的第i个采样点。 要求2：所设计软件需要计算采样的波形周期个数，并控制采样点数大于1个波形周期，且小于3个波形周期大小。 要求3：对采集的数据需要加一定的数字滤波。 二、硬件电路 相关硬件：TMS320F28335DSP实验箱，仿真器。
硬件结构图 三、程序流程图 1、主程序流程图 程序的主流程图2、子程序流程图
参数计算的流程图 四、实验结果和分析 1、实验过程分析 (1) 使用的函数原型声明 对ADC模件相关参数进行定义：ADC时钟预定标，使外设时钟HSPCLK 为25MHz，ADC模块时钟为12.5MHz，采样保持周期为16个ADC时钟。 (2) 定义全局变量 根据程序需要，定义相关变量。主要有：ConversionCount、Voltage[1024]、Voltage1[1024]、Voltage2[1024]、filter_buf[N]、filter_i、Max、Min、T、temp、temp1、temp2、temp3、Num、V、Vav、Vpp、Vrm、fre。这些变量的声明请见报告后所附的源程序。 (3) 编写主函数 完成系统寄存器及GPIO初始化；清除所有中断，初始化PIE向量表，将程
2017中南大学人工智能实验报告
“人工智能”实验报告 专业： 班级： 学号： 姓名： 2017年4月日
实验一搜索策略 （一）实验内容 1. 熟悉和掌握启发式搜索的定义、估价函数和算法过程；比较不同算法的性能。 2. 修改八数码问题或路径规划问题的源程序，改变其启发函数定义，观察结果的变化，分析原因。 （二）实验思路 1.利用已有程序“search.jar”，利用已有的“简单搜索树”图或自行构建一个图，选择DFS/BFS/Lowest Cost First/Best-First/Heuristic Depth First/A*等不同的搜索策略，观察程序运行中，OPEN表和CLOSED表的变化，观察搜索过程的变化，理解各个算法的原理。 2.任选八数码问题或路径规划问题的源程序，思考程序如何解决该问题，并对其启发函数进行修改，观察结果的变化，并分析原因 （三）程序清单 此处我选择了路径规划问题：由于篇幅原因，只附上启发函数的定义部分。 原启发函数： floatMapSearchNode::GoalDistanceEstimate( MapSearchNode&nodeGoal ) { floatxd = fabs(float(((float)x - (float)nodeGoal.x))); floatyd = fabs(float(((float)y - (float)nodeGoal.y))); return (xd + yd); } 第一次修改后的启发函数： float MapSearchNode::GoalDistanceEstimate( MapSearchNode&nodeGoal ) { float xd = fabs(float(((float)x - (float)nodeGoal.x))); float yd = fabs(float(((float)y - (float)nodeGoal.y))); float d=sqrt(xd*xd+yd*yd); return d; } 第二次修改后的启发函数： float MapSearchNode::GoalDistanceEstimate( MapSearchNode&nodeGoal ) { float xd = fabs(float(((float)x - (float)nodeGoal.x))); float yd = fabs(float(((float)y - (float)nodeGoal.y))); float d=3*sqrt(xd*xd+yd*yd); return d; } 第三次修改后的启发函数： float MapSearchNode::GoalDistanceEstimate( MapSearchNode&nodeGoal ) { float xd = fabs(float(((float)x - (float)nodeGoal.x)));
中南大学RFID课程设计报告
CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 课程设计报告 课程： RFID课程设计 班级：物联网工程1201班 学号： 0909120316 姓名：王兆岳 指导教师：李刚 日期： 2015年4月25日
第一节课程设计选题 (1) 1.1选题背景 (1) 1.2课程设计目标 (1) 1.3课程设计使用的相关语言及数据库 (2) 1.4测试环境 (2) 第二节总体设计 (2) 2.1处理流程概要 (2) 2.2总体架构设计 (3) 2.3总体处理流程 (4) 第三节 PC端具体设计 (4) 3.1PC端模块划分 (4) 3.2出入库控制模块 (5) 3.3信息查询模块 (6) 3.4账号注册模块 (8) 3.5充值缴费模块 (8) 3.6硬件通讯中间件 (10) 第四节移动端具体设计 (11) 4.1剩余车位展示 (11) 4.2停车场线路导航 (12) 4.3个人记录、余额查询 (13) 第五节主要算法 (13) 6.1避免刷卡同时激活入库和出库 (13) 6.2多张卡同时在区域内时的屏蔽 (14) 6.3屏蔽偶发错误 (15) 第六节实验总结 (15)
第一节课程设计选题 1.1选题背景 近几年随着我国高速发展，我国的机动车保有量也在不断攀升，因此楼宇、社区和商业区构建停车场及管理系统就显得十分迫切，构建一套包含车辆进出、停车泊位、缴费结算、资料查询、信息提示等功能的相对完善的管理系统，已成为停车场管理部门的共同愿望，同时由于传统停车场并没有与互联网实现对接，经常造成停车位的浪费或是由于驾驶员不能及时获知停车位已满的消息而导致能源的极大浪费、加剧交通拥堵的状况，基于此我选择停车场管理系统作为本次RFID课程设计的题目。 1.2课程设计目标 在本方案中，效率、正确率、信息的整合、以及便捷性是重点追求的目标。 效率读取后数据应及时进行处理，并写入数据库备查 正确率保证每次读取信息的准确性，避免“漏读”或“重读” 信息的整合不同功能模块要实现良好的整合 便捷性尽可能减少人员手动操作，尽量实现自动化
DSP实验报告
东南大学自动化学院 实验报告 课程名称： DSP技术及课程设计 实验名称：直流无刷电机控制综合实验 院（系）：自动化专业：自动化 姓名：ssb 学号：08011 实验室：304 实验组别： 同组人员：ssb1 ssb2 实验时间：2014年 6 月 5 日评定成绩：审阅教师：
目录 1.实验目的和要求 (3) 1.1 实验目的 (3) 1.2 实验要求 (3) 1.2.1 基本功能 (3) 1.2.2 提高功能 (3) 2.实验设备与器材配置 (3) 3.实验原理 (3) 3.1 直流无刷电动机 (3) 3.2 电机驱动与控制 (5) 3.3 中断模块 (7) 3.3.1 通用定时器介绍及其控制方法 (7) 3.3.2 中断响应过程 (7) 3.4 AD模块 (8) 3.4.1 TMS320F28335A 芯片自带模数转换模块特性 (8) 3.4.2 模数模块介绍 (8) 3.4.3 模数转换的程序控制 (8) 4.实验方案与实验步骤 (8) 4.1 准备实验1：霍尔传感器捕获 (8) 4.1.1 实验目的 (8) 4.1.2 实验内容 (9) 4.1.2.1 准备 (9) 4.1.2.2 霍尔传感器捕获 (9) 4.2 准备实验2：直流无刷电机(BLDC)控制 (10) 4.2.1 程序框架原理 (10) 4.2.1.1 理解程序框架 (10) 4.2.1.2 基于drvlib281x库的PWM波形产生 (11) 4.2.2 根据捕获状态驱动电机运转 (12) 4.2.2.1 目的 (12) 4.2.2.2 分析 (12) 4.3 考核实验：直流无刷电机调速控制系统 (13) 4.3.1 初始化工作 (13) 4.3.2 初始化定时器0.... . (13) 4.3.3初始化IO口 (13) 4.3.4中断模块.... (13) 4.3.5 AD模块 (14) 4.3.6在液晶屏显示 (15) 4.3.7电机控制 (17) 4.3.7.1 控制速度方式选择 (17) 4.3.7.2 控制速度和转向 (18) 4.3.8延时子函数 (19) 4.3.9闭环PID调速 (19)
(完整版)《中南大学数字信号处理》2014试卷及答案
中南大学考试试卷 2013-- 2014学年 下 学期期末考试试题 时间100分钟 数字信号处理 课程 48 学时 3 学分 考试形式： 闭 卷 专业年级： 电子信息、通信2012级 总分100分，占总评成绩 70 % 注：此页不作答题纸，请将答案写在答题纸上 一、填空题（本题20分，每空2分） 1. 系统稳定的充要条件是系统的单位脉冲响应满足: ∞<∑+∞ -∞=|)(|n n h 。 （p17） 2.若()a x t 是频带宽度有限的，要想抽样后()()a x n x nT =能够不失真地还原出原始信号()a x t ，则抽样频率必须 大于或等于 两倍信号谱的最高频率，这就是奈奎斯特抽样定理。P24 3. 如果序列)(n x 是一长度为64点的有限长序列)630(≤≤n ，序列)(n h 是一长度为128点的有限长序列)1270(≤≤n ，记)()()(n h n x n y *=（线性卷积），则)(n y 为 64+128-1＝191 点的序列，如果采用基FFT 2算法以快速卷积的方式实现线性卷积，则FFT 的点数至少为 256 点。P12、p111 4. 设序列()x n 傅立叶变换为()jw X e ，则0()x n n -（0n 为任意实整数）的傅立叶变换是 0)(jwn jw e e X -? 。P35 5. 序列()(3)x n n δ=-的傅里叶变换是 3jw e - 。P35 6.某DFT 的表达式是1 0()()N kn N n X k x n W -==∑，则变换后数字频域上相邻两个频率样点之间的 间隔是 2/N π 。 p76 7.用DFT 对模拟信号进行谱分析，会有 频谱混叠、截断效应、栅栏效应 三种误差来源。 P103 二、单项选择题(10分，每题2分) 1. 序列()(1)n x n a u n =---，则()X z 的收敛域为（ A ）。P48列 2.5.4 A. ||||z a < B. ||||z a ≤ C. ||||z a > D. ||||z a ≥ 2．下列系统（其中y(n)为输出序列，x(n)为输入序列）中哪个属于线性系统？( D )p11 A.5()()y n x n = B.()()(2)y n x n x n =+ C.()()2y n x n =+ D. 2 ()()y n x n = 3. 直接计算N 点DFT 所需的复数乘法次数与( B )成正比。P110 A.N B.N 2 C.N 3 D.Nlog 2N 4.ZT[2()]n u n --=__B____。P46，例2.5.1
中南大学系统仿真实验报告
实验一MATLAB 中矩阵与多项式的基本运算 实验任务 1. 了解MATLAB命令窗口和程序文件的调用。 2 ?熟悉如下MATLAB的基本运算： ①矩阵的产生、数据的输入、相关元素的显示； ②矩阵的加法、乘法、左除、右除； ③特殊矩阵：单位矩阵、“ 1 ”矩阵、“0”矩阵、对角阵、随机矩阵的产生和运算； ④多项式的运算：多项式求根、多项式之间的乘除。 基本命令训练 1、>> eye(2) ans = 1 0 0 1 >> eye(4) ans = 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 2、>> ones(2) 1 1 ans =
1 1 >> ones(4) ans = 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 >> ones(2,2) ans = 1 1 1 1 >> ones(2,3) ans = 1 1 1 1 1 1 >> ones(4,3) ans = 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3、>> zeros(2) ans =
0 0 0 0 >> zeros(4) ans = 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 >> zeros(2,2) ans = 0 0 0 0 >> zeros(2,3) ans = 0 0 0 0 0 0 >> zeros(3,2) ans = 0 0 0 0 00 4、随机阵>> rand(2,3) ans = 0.2785 0.9575 0.1576 0.5469 0.9649 0.9706 >> rand(2,3)
DSP实验报告
实验0 实验设备安装才CCS调试环境 实验目的： 按照实验讲义操作步骤，打开CCS软件，熟悉软件工作环境，了解整个工作环境内容，有助于提高以后实验的操作性和正确性。 实验步骤： 以演示实验一为例： 1．使用配送的并口电缆线连接好计算机并口与实验箱并口，打开实验箱电源； 2．启动CCS，点击主菜单“Project->Open”在目录“C5000QuickStart\sinewave\”下打开工程文件sinewave.pjt，然后点击主菜单“Project->Build”编译，然后点击主菜单“File->Load Program”装载debug目录下的程序sinewave.out； 3．打开源文件exer3.asm，在注释行“set breakpoint in CCS !!!”语句的NOP处单击右键弹出菜单，选择“Toggle breakpoint”加入红色的断点，如下图所示； 4．点击主菜单“View->Graph->Time/Frequency…”，屏幕会出现图形窗口设置对话框 5．双击Start Address，将其改为y0；双击Acquisition Buffer Size，将其改为1； DSP Data Type设置成16-bit signed integer，如下图所示； 6．点击主菜单“Windows->Tile Horizontally”，排列好窗口，便于观察 7．点击主菜单“Debug->Animate”或按F12键动画运行程序，即可观察到实验结果： 心得体会： 通过对演示实验的练习，让自己更进一步对CCS软件的运行环境、编译过程、装载过程、属性设置、动画演示、实验结果的观察有一个醒目的了解和熟悉的操作方法。熟悉了DSP实验箱基本模块。让我对DSP课程产生了浓厚的学习兴趣，课程学习和实验操作结合为一体的学习体系，使我更好的领悟到DSP课程的实用性和趣味性。
中南大学制造系统自动化技术实验报告整理
制造系统自动化技术 实验报告 学院：机电工程学院 班级：机制**** 姓名：张** 学号： *********** 指导教师：李** 时间： 2018-11-12 实验一柔性自动化制造系统运行实验 1.实验目的 （1）通过操作MES终端软件，实现对柔性制造系统的任务下达和控制加工，让学生
了解智能制造的特征及优势。 （2）通过创意性的实验让学生了解自动化系统总体方案的构思。 （3）通过总体方案的构思让学生了解该系统的工作原理，并学会绘制控制系统流程图，掌握物料流、信息流、能量流的流动路径。 （4）通过总体方案的构思让学生掌握各机械零部件、传感器、控制元器件的工作原理及性能。 （5）通过实验系统运行让学生了解运行的可靠性、安全性是采用何种元器件来实现的，促进学生进行深层次的思考和实践。 2.实验内容 （1）仔细观察柔性自动化制造系统的实现，了解柔性自动化制造系统的各个模块，熟悉各个模块的机械结构。 （2）了解各种典型传动机构的组装、工作原理、以及如何实现运动方向和速度的改变； （3）学习多种传感器的工作原理、性能和使用方法； （4）了解典型驱动装置的工作原理、驱动方式和性能； （5）理解柔性制造系统的工作原理，完成柔性制造系统的设计、组装； （6）实现对柔性制造系统的控制与检测，完成工件抓取、传输和加工。
3.实验步骤 （1）柔性制造系统的总体方案设计； （2）进行检测单元的设计； （3）进行控制系统的设计； （4）上下料机构的组装与检测控制； （5）物料传输机构的组装与实现； （6）柔性制造系统各组成模块的连接与控制； （7）柔性制造系统各组成单元的状态与工件状态位置的检测； （8）对机器人手动操作，实现对工件的抓取、传输。 4. 实验报告 ①该柔性自动化制造系统由哪几个主要的部分组成； 主要由：总控室工作站、AGV小车输送物料机构、安川机器人上下料工作站、法那科机器人上下料工作站、ABB机器人组装工作站、视觉检测及传送工作站、激光打标工作站、堆垛机及立体仓储工作站。 ②画出该柔性自动化制造系统的物料传输系统结构简图；
我对信息与信号处理的理解
我对信息与信号处理的理解 --电气1031班肖斯诺 第一次认识到信号这个概念是在小学自然课上的一个小实验：用两个杯 子和一根很长的线远距离聊天。我现在都还记得当时我们几个最先做完的小伙 伴得意的表情，像是吃到了最甜的糖果。后来我慢慢知道，其实信号充斥着我 周围的每一个角落，电视，空调，微波炉等等……信号几乎无处不在。而第一 次深入了解和学习信号是在大一的这门信息与信号课程上，接下来说说我对这 门课程的理解吧。 先说说何为信号，信号是运载消息的工具，是消息的载体。从广义上讲， 它包含光信号、声信号和电信号等。例如，古代人利用点燃烽火台而产生的滚 滚狼烟，向远方军队传递敌人入侵的消息，这属于光信号；当我们说话时，声 波传递到他人的耳朵，使他人了解我们的意图，这属于声信号；遨游太空的各 种无线电波、四通八达的电话网中的电流等，都可以用来向远方表达各种消息，这属电信号。人们通过对光、声、电信号进行接收，才知道对方要表达的消息。 总的来说，信息的具体表现形式是信号，信息是信号包含的内容。没有信息，信号将毫无意义，这是两个分不开，却又完全不同的概念。 为了充分地获取信息和有效利用信息，必须对信号进行分析和处理。其中 包括两个方面，即信号分析和信息处理。而信息处理则指按某种需要或目的， 对信号进行特定的加工，操作或修改。信号处理涉及的领域非常广泛，包括信 号滤波，信号中的干扰/噪声抑制或滤除、信号平滑、信号锐减、信号增强、信 号的数字化、信号的恢复和重建、信号的编译和译码、信号的调制和调解、信 号加密和解密、信号均衡或校正、信号的特征提取、信号的辨识或目标识别、
信息融合及信号的控制，等等。 这是现代信号处理的过程，而古往至今信息处理是经过了多年的演变才有了今天对信号如此多变的应用。 概括说来，信息与信号处理大致经历了一个这样的发展过程：肢体语言信息语言文字信息远程通讯与信息处理模拟信号与信息处理数字信号与信息处理。 信号其实在人类之前就有了，蜜蜂跳舞就是一种信号，蜜蜂们通过跳舞产生信号，让自己的同伴了解到自己所要表达的信息。而当人类诞生以后，信号的世界才变得丰富多彩。 古时候，大概还在石器时期的时候，类人猿通过吼叫以及各种肢体语言在种群生活中向其他类人猿表达自己的想法，后来，随着人类祖先的不断进化，开始使用各种工具，人类的生活中不只只有寻找食物以谋求生存，于是，语言出现了。这是人类进化史上的一大步。人类文明史上的一个伟大的里程碑就是语言的诞生。语言的诞生让人类之间的信息交流变得更方便，人类文明也因此不断地进化，再之后，人类又发明了沉默的语言——文字，文字的产生让人类的学习能力增加，文字这种信号形式让信息可以长时间的保存，人类的技能和知识通过文字的形式得到保存，后人通过前人保存下来的信息可以直接得到前人总价下来的知识精华，并以此获取更多的知识，这让人类在相对来说短短的几千年来成为世界当之无愧的统治者。 自工业革命以后200来年，人类的文明又得到了一步巨大的跨越，科学知
中南大学 计算机体系结构实验报告
计算机体系结构课程设计 学院：信息科学与工程学院 专业班级： 指导老师： 学号： 姓名：
目录 实验1 对指令操作码进行霍夫曼编码 (3) 一、实验目的 (3) 二、实验内容 (3) 三、设计思路 (4) 四、关键代码 (4) 五、实验截图 (5) 六、源代码 (5) 实验2 使用LRU 方法更新Cache (8) 一、实验目的 (8) 二、实验内容 (8) 三、设计思路 (9) 四、程序截图 (9) 五、实验代码 (9) 实验总结 (16) 参考文献 (16)
实验1 对指令操作码进行霍夫曼编码一、实验目的 了解和掌握指令编码的基本要求和基本原理 二、实验内容 1. 使用编程工具编写一个程序，对一组指令进行霍夫曼编码，并输出最后的编码结果以及对指令码的长度进行评价。与扩展操作码和等长编码进行比较。 2. 问题描述以及问题分析 举例说明此问题，例如： 下表所示： 对此组指令进行 HUFFMAN 编码正如下图所示： 最后得到的HUFFMAN 编码如下表所示：
最短编码长度为： H=0.45*1+0.30*2+0.15*3+0.05*4+0.03*5+0.01*6+0.01*6=-1.95. 要对指令的操作码进行 HUFFMAN 编码，只要根据指令的各类操作码的出现概率构造HUFFMAN 树再进行 HUFFAM 编码。此过程的难点构造 HUFFMAN 树，进行 HUFFAM 编 码只要对你所生成的 HUFFMAN 树进行中序遍历即可完成编码工作。 三、设计思路 观察上图，不难看出构造 HUFFMAN 树所要做的工作：1、先对各指令操作码的出现概率进行排序，构造一个有序链表。2、再取出两个最小的概率节点相加，生成一个生的节点加入到链表中，同时从两表中删除此两个节点。3、在对链表进行排序，链表是否只有一个节点，是则 HUFFAN 树构造完毕，否则继续做 2 的操作。为此设计一个工作链表（链表的元素时类，此类的功能相当结构。）、HUFFMAN 树节点、HUFFMAN 编码表节点。 四、关键代码 哈夫曼树重点在于如何排列权值大小不同的结点的顺序 private int leafNum; //叶子结点个数 private HaffmanNode[] hnodes; //哈夫曼树的结点数组 public HaffManCode(double[] weight) //构造指定权值集合的哈夫曼树 { int n = weight.length; //n个叶子结点 this.leafNum = n; this.hnodes = new HaffmanNode[2*n-1]; //n个叶子结点的哈夫曼树共有2n-1个结点 for(int i=0; i 深圳大学实验报告课程名称：DSP系统设计 实验项目名称：DSP系统设计实验 学院：机电与控制工程学院 专业：自动化 指导教师：杜建铭 报告人1：. 学号：。班级：3 报告人2：. 学号：。班级：3 报告人3：. 学号：。班级：3 实验时间： 实验报告提交时间： 教务处制 实验一、CCS入门试验 一、实验目的 1. 熟悉CCS集成开发环境，掌握工程的生成方法； 2. 熟悉SEED-DEC2812实验环境； 3. 掌握CCS集成开发环境的调试方法。 二、实验仪器 1．TMS320系列SEED-DTK教学试验箱24套 2. 台式PC机24台 三、实验内容 1．仿真器驱动的安装和配置 2. DSP 源文件的建立； 3. DSP程序工程文件的建立； 4. 学习使用CCS集成开发工具的调试工具。 四、实验准备： 1.将DSP仿真器与计算机连接好； 2.将DSP仿真器的JTAG插头与SEED-DEC2812单元的J1相连接； 3.启动计算机,当计算机启动后，打开SEED-DTK2812的电 源。SEED-DTK_MBoard单元的＋5V，＋3.3V，＋15V，－15V的电源指示灯及SEED-DEC2812的电源指示灯D2是否均亮；若有不亮，请断开电源，检查电源。 五、实验步骤 （一）创建源文件 1.进入CCS环境。 2.打开CCS选择File →New →Source File命令 3.编写源代码并保存 4.保存源程序名为math.c，选择File →Save 5.创建其他源程序（如.cmd）可重复上述步骤。 （二）创建工程文件 1.打开CCS，点击Project-->New,创建一个新工程，其中工程名及路径可任意指定弹 出对话框： 2.在Project中填入工程名，Location中输入工程路径；其余按照默认选项，点击完成 即可完成工程创建； 3.点击Project选择add files to project，添加工程所需文件； 算法分析与设计实验报告 学院：信息科学与工程学院 专业班级： 指导老师： 学号： 姓名： 目录 实验一：递归与分治 (3) 1.实验目的 (3) 2.实验预习内容 (3) 3.实验内容和步骤 (3) 4.实验总结及思考 (5) 实验二：回溯算法 (6) 1.实验目的： (6) 2.实验预习内容： (6) 3. 实验内容和步骤 (6) 4. 实验总结及思考 (9) 实验三：贪心算法和随机算法 (10) 1. 实验目的 (10) 2.实验预习内容 (10) 3.实验内容和步骤 (10) 4. 实验总结及思考 (13) 实验一：递归与分治 1.实验目的 理解递归算法的思想和递归程序的执行过程，并能熟练编写快速排序算法程序。 掌握分治算法的思想，对给定的问题能设计出分治算法予以解决。 2.实验预习内容 递归：递归算法是把问题转化为规模缩小了的同类问题的子问题。然后递归调用函数（或过程）来表示问题的解。 一个过程(或函数)直接或间接调用自己本身,这种过程(或函数)叫递归过程(或函数). 分治：分治算法的基本思想是将一个规模为N的问题分解为K个规模较小的子问题，这些子问题相互独立且与原问题性质相同。求出子问题的解，就可得到原问题的解。 3.实验内容和步骤 快速排序的基本思想：通过一趟排序将要排序的数据分割成独立的两部分，其中一部分的所有数据都比另外一部分的所有数据都要小，然后再按此方法对这两部分数据分别进行快速排序，整个排序过程可以递归进行，以此达到整个数据变成有序序列。 源代码： #include DSP 实验课大作业实验报告 题目：在DSP 上实现线性调频信号的脉冲压缩，动目标显示和动目标检测 （一）实验目的： （1）了解线性调频信号的脉冲压缩、动目标显示和动目标检测的原理，及其DSP 实现的整个流程； （2）掌握C 语言与汇编语言混合编程的基本方法。 （3）使用MATLAB 进行性能仿真，并将DSP 的处理结果与MATLAB 的仿真结果进行比较。 （二）实验内容： 1. MATLAB 仿真 设定信号带宽为B= 62*10，脉宽-6=42.0*10τ，采样频率为62*10Fs =，脉冲重复周期为-4T=2.4*10，用MATLAB 产生16个脉冲的线性调频信号，每个脉冲包含三个目标，速度和距离如下表： 对回波信号进行脉冲压缩，MTI ，MTD 。并且将回波数据和频域脉压系数保存供DSP 使用。 2.DSP 实现 在Visual Dsp 中，经MATLAB 保存的回波数据和脉压系数进行脉压，MTI 和MTD 。 （三）实验原理 1．脉冲压缩原理 在雷达系统中，人们一直希望提高雷达的距离分辨力，而距离分辨力定义为：22c c R B τ?==。其中，τ表示脉冲时宽，B 表示脉冲带宽。从上式中我们可以看 出高的雷达分辨率要求时宽τ小，而要求带宽B大。但是时宽τ越小雷达的平均发射功率就会很小，这样就大大降低了雷达的作用距离。因此雷达作用距离和雷达分辨力这两个重要的指标变得矛盾起来。然而通过脉冲压缩技术就可以解决这个矛盾。脉冲压缩技术能够保持雷达拥有较高平均发射功率的同时获得良好的距离分辨力。 在本实验中，雷达发射波形采用线性调频脉冲信号（LFM），其中频率与时延成正比关系，因此我们就可以将信号通过一个滤波器，该滤波器满足频率与时延成反比关系。那么输入信号的低频分量就会得到一个较大的时延，而输入信号的高频分量就会得到一个较小的时延，中频分量就会按比例获得相应的时延，信号就被压缩成脉冲宽度为1/B的窄脉冲。 从以上原理我们可以看出，通过使用一个与输入信号时延频率特性规律相反的滤波器我们可以实现脉冲压缩，即该滤波器的相频特性与发射信号时共轭匹配的。所以说脉冲压缩滤波器就是一个匹配滤波器。从而我们可以在时域和频域两个方向进行脉冲压缩。 滤波器的输出() h n= y n为输入信号() x n与匹配滤波器的系统函数() *(1) y n x n s N n =--。转换到频域就是--卷积的结果：* ()()*(1) s N n =。因此我们可以将输入信号和系统函数分别转化到频域：Y k X k H k ()()( Y k，然后将结果再转化到时域， h n H k →，进行频域相乘得() ()() x t X k →，()() 就可以得到滤波器输出：()() →。我们可用FFT和IFFT来实现作用域的 Y k y n 转换。原理图如下： 图1.脉冲压缩原理框图 2．MTI原理 动目标显示（MTI）技术是用来抑制各种杂波，来实现检测或者显示运动目标的技术。利用它可以抑制固定目标的信号，显示运动目标的信号。以线性调频 实验报告 实验名称：FIR数字滤波器设计及应用 课程名称____数字信号处理________ 院系部:电气与电子工程专业班级：信息1002 学生姓名：王萌学号: 11012000219同组人:实验台号: 指导教师：范杰清成绩： 实验日期: 华北电力大学 一、实验目的 加深理解 FIR 数字滤波器的时域特性和频域特性，掌握FIR 数字 滤波器的设计原理与设计方法，以及FIR 数字滤波器的应用。 二、 实验原理 FIR 数字滤波器可以设计成具有线性相位，在数据通信、图像处理、 语音信号处理等实际应用领域得到广泛应用。 M 阶FIR 数字滤波器的系统函数为： FIR 数字滤波器的单位脉冲响应h [k ]是长度为M +1的有限长因果序列。当满足对称条件时，该FIR 数字滤波器具有线性相位。FIR 数字滤波器设计方法主要有窗口法、频率取样法及优化设计法。 MATLAB 中提供的常用FIR 数字滤波器设计函数有： fir1 窗函数法设计FIR 数字滤波器（低通、高通、带通、 带阻、多频带滤波器） fir2 频率取样法设计FIR 数字滤波器：任意频率响应 firls FIR 数字滤波器设计：指定频率响应 firrcos 升余弦型 FIR 数字滤波器设计 intfilt 内插FIR 数字滤波器设计 kaiserord 凯塞(Kaiser)窗函数设计法的阶数估计 firpm Parks-McClellan 算法实现FIR 数字滤波器优化设计 firpmord Parks-McClellan 数字滤波器的阶数选择 cremez 复系数非线性相位FIR 等波纹滤波器设计 1、 窗口法设计FIR 数字滤波器 fir1函数可以很容易地实现FIR 数字滤波器窗口法设计。 可设计低通、高通、带通、带阻滤波器、多频带滤波器。 k M k z k h z H -=∑=][)(0 北京邮电大学 数字信号处理硬件实验 实验名称：dsp硬件操作实验姓名：刘梦颉班级： 2011211203 学号：2011210960 班内序号：11 日期：2012年12月20日 实验一常用指令实验 一、实验目的 了解dsp开发系统的组成和结构，熟悉dsp开发系统的连接，熟悉dsp的开发界面，熟 悉c54x系列的寻址系统，熟悉常用c54x系列指令的用法。 二、实验设备 计算机，ccs 2.0版软件，dsp仿真器，实验箱。 三、实验操作方法 1、系统连接 进行dsp实验之前，先必须连接好仿真器、实验箱及计算机，连接方法如下所示： 1）上电复位 在硬件安装完成后，接通仿真器电源或启动计算机，此时，仿真盒上的“红色小灯”应 点亮，否则dsp开发系统与计算机连接有问题。 2）运行ccs程序 先实验箱上电，然后启动ccs，此时仿真器上的“绿色小灯”应点亮，并且ccs正常启 动，表明系统连接正常；否则仿真器的连接、jtag接口或ccs相关设置存在问题，掉电，检 查仿真器的连接、jtag接口连接，或检查ccs相关设置是否正确。 四、实验步骤与内容 1、实验使用资源 实验通过实验箱上的xf指示灯观察程序运行结果 2、实验过程 启动ccs 2.0，并加载“exp01.out”；加载完毕后，单击“run”运行程序； 五、实验结果 可见xf灯以一定频率闪烁；单击“halt”暂停程序运行，则xf灯停止闪烁，如再单击 “run”，则“xf”灯又开始闪烁； 关闭所有窗口，本实验完毕。 六、源程序代码及注释流程图： 实验二资料存储实验 一、实验目的 掌握tms320c54的程序空间的分配；掌握tms320c54的数据空间的分配；熟悉操作 tms320c54数据空间的指令。 二、实验设备 计算机，ccs3.3版软件，dsp仿真器，实验箱。 三、实验系统相关资源介绍 本实验指导书是以tms32ovc5410为例，介绍相关的内部和外部内存资源。对于其它类型 的cpu请参考查阅相关的资料手册。下面给出tms32ovc5410的内存分配表： 对于存储空间而言，映像表相对固定。值得注意的是内部寄存器与存储空间的映像关系。 因此在编程应用时这些特定的空间不能作其它用途。对于篇二：31北邮dsp软件实验报告北京邮电大学 dsp软件DSP实验报告-深圳大学-自动化
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