matlab数字仿真实验,基于MATLAB的“数字信号处理”仿真实验

“数字信号处理”是重庆邮电大学通信电子类、自动化、测控仪器等专业的一门理论性、实践性均很强的主干课,学生在学习这门课时普遍对理论不能理解,也很难将该课程的理论知识应用到工程实践中,[1]因此实验在教学中占有十分重要的地位。如何让学生理解和掌握课程内容及学会灵活运用这一理论工具,提高解决实际问题的能力、提高科研能力和创新能力是“数字信号处理”实验教学所要解决的关键问题。[2]一、实验教学体系实验内容上,改变以往运用MATLAB工具对数字信号处理基本理论单一化仿真验证的软件实现方法,增加了研究性和综合性实验,将实验分为三大类:仿真验证实验、研究性实验、综合设计性实验。仿真验证实验主要是运用MATLAB工具对基本理论仿真验证,实验内容主要有利用MATLAB验证时域采样定理;利用MATLAB实现时域离散系统的时域和频域分析。研究性实验要求学生在实验中改变某些参数,看这些参数对结果的影响,分析原因。实验内容主要有用FFT进行谱分析、IIR数字滤波器和FIR数字滤波器的设计。综合设计性实验要求学生实例编程完成实验内容,例如综合设计数字语音滤波系统,此实验综合了信号的采样定理、FFT的基本原理及IIR和FIR数字滤波器设计方法的数字信号理论知识。实验教学体系归纳如图1所示。二、实验教学内容1.仿真验证性实验验证性实验比较简单,目的是加强学生对数字信号处理所学基础知识的理解,主要是对比较抽象的知识点进行原理性演示,给学生以直观的认识。学生只需要参照实验指导书上的程序输入就可观察到图形。例如对于时域采样定理,学生很难理解信号采样前后频谱的关系,没有直观的认识。通过实验,学生可以看到采样后信号的频谱发生的改变,也可以看到采样频率和最高频率分量不同时频谱的特点,从而理解采样定理。2.研究性实验研究性实验要求学生首先从理论上进行分析,参照指导书上的要求,编写MATLAB程序,得出在不同参数下的多个实验现象,并对这些实验现象进行比较研究,发现问题并用所学的理论知识解决问题,以便在实际中应用。如用FFT进行谱分析,在实验中要求对给出的三类信号(周期序列、非周期序列和连续信号)分别进行谱分析。对于每类信号进行谱分析的时候,采样点数N变换三种取值,对比N不同取值下FFT图形,并和信号的幅频特性曲线比较,以理解DFT的物理意义及分析出FFT作谱分析时有关参数的选择方法。例如对连续信号x=cos(8t)+cos(16t)+cos(20t)做谱分析关键代码如下:N=64;fs=64;n=0:N-1;x=cos(8*pi*n/fs)+cos(16*pi*n/fs)+cos(20*pi*n/fs);Xk=fft(x,N);stem(0:N-1,abs(Xk),'.');得到的此连续信号的64点采样序列和序列的64点的FFT频谱如图2所示。3.综合设计性实验综合设计性实验综合数字信号处理的知识点,并与实际系统相联系,使学生拓宽知识面,培养学生的创新性和科研素质。下面以数字语音滤波系统设计为例来介绍综合设计性实验。该实验首先是采集语音信号,对采集的语音信号进行采样,然后用FFT进行频谱分析,根据信号的频谱特性、双线性变换法设计不同功能的数字滤波器进行滤波,得出滤波前后的频谱,分析信号的变化。(1)采集语音信号及信号采样。利用计算机Windows下的录音机设备录制一段“重庆邮电大学,重庆邮电大学”话音,时间约在4s左右,得到数据文件cqupt.wav。然后在MATLAB软件平台下,利用函数[x,Fs,Nbits]=wavread(‘cqupt.wav’),对此语音信号进行采样,可以得到语音信号