基于MATLAB数字信号处理教学实验系统

分类号编号华北水利水电学院NorthChinaInstituteofWaterConservancyandHydroelectricPower毕业设计题目基于MATLAB数字信号处理教学实验系统学院信息工程专业电子信息工程姓名林凤英学号200611214指导教师陈黎霞2010年6月4日华北水利水电学院毕业设计任务书设计题目：基于MATLAB数字信号处理教学实验系统专业：电子信息工程班级学号：200611214姓名：林凤英指导教师：陈黎霞设计期限：2010年3月15日开始2010年6月4日结束院、系：信息工程学院2010年3月15日一、毕业论文的目的通过本次毕业设计的完成，锻炼学生综合运用所学知识进行实践的能力，提高学生自学新知识、掌握新技术的能力，培养学生的创新意识和创新能力，并通过毕业设计论文的完成提高学生知识表达，语言组织的水平，使学生的科研水平上一个层次。二、主要内容通过研究利用MATLAB实现基本序列的计算、基本信号的产生、离散傅里叶变换、数字滤波器设计等实验，让基于MATLAB的教学实验系统更具体化，充分利用MATLAB仿真软件以加深对课程原理和方法的理解。三、重点研究问题1.分析基本信号的产生、序列的基本运算和傅里叶变换、滤波器设计等实验；2.使用MATLAB编辑GUI界面，设计出对信号的系统分析、离散傅里叶变换和数字滤波器等并进行仿真；四、主要研究方法1.研究分析数字信号处理实验；2.利用MATLAB这个平台，设计各个实验的GUI界面；3.使用MATLAB进行设计，调试，收集并分析数据。五、论文成果要求1.翻译外文资料，要求不少于2000汉字；2.给出实现基本信号的产生、序列的基本运算、离散傅里叶变换等实验的设计程序（正常运行）及分析结果；3.提交正文在10000字以上毕业设计说明书，要求格式规范，文字叙述严谨流畅，图形图表清晰美观，正文中应包括目录、中英文摘要、序言、研究内容、参考文献等。六、时间安排第15周：答辩。七、参考书目1、数字信号处理陈后金2、MATLAB教程罗建军3、MATLAB在数字信号处理中的应用薛年喜4、MATLAB图形技术周明、李长虹、雷虎民5、MATLAB7.X界面设计与编译技巧李显宏第1~2周：实习；第3~4周：查阅参考文献、写开题报告；第5周：进行理论分析第6周：进行基本信号的产生、基本序列运算、傅里叶变换、数字滤波器等实验分析；第7周：进行数字滤波器等实验的设计；第8~9周：具体编程、调试；第10~11周：建立GUI界面，对结果进行分析；第12~13周：外文翻译、撰写论文；第14周：提交论文、准备答辩，组织预答辩；华北水利水电学院本科生毕业设计（论文）开题报告学生姓名林凤英学号200611214专业电子信息工程题目名称基于MATLAB数字信号处理教学实验系统课题来源自选主要内容一、课题意义“数字信号处理”在电子信息专业中是一门很重要的课程，它涉及的知识广泛，包括微积分、概率论、信号与系统等。学生在学习这方面的内容的时候，通常感觉比较抽象，对其中的基本理论和分析方法难以具体地理解和掌握。为此，很多学校安排了实验课程，借助一些优良的软件平台（如MATLAB等）来解决这一实际问题，帮助学生更好地理解和掌握数字信号处理中的基本理论和分析方法，激发他们的学习兴趣，从而达到良好的教学效果。二、相关背景1.MATLAB是matrixlaboratory即矩阵实验室的缩学，是1984年由美国的Mathworks公司数值计算及图形工具软件，它最初是作为“矩阵理论”和“数值分析”的等课程的计算工具，经过十几年的发展和完善，目前已成为世界各国在科学分析和计算领域的主流软件。2.它的特点是：（1）友好的工作平台和编程环境；（2）简单易用的程序语言；（3）强大的科学计算机数据处理能力；（4）出色的图形处理功能；（5）应用广泛的模块集合工具箱；（6）实用的程序接口和发布平台；（7）应用软件开发（包括用户界面）。3.以MATLAB为平台开发的数字信号处理教学辅助软件充分利用了计算机的快速运算、文字、动态图形、声音及交互人机界面的特点，利用MATLAB的数值分析和计算结果可视化、信号处理工具箱的强大功能，将数字信号处理中较难掌握和理解的部分，形象、生动的表现出来，从而使学生理解的更加透彻，同时运用教学软件中的数值计算工具箱，将使学生从大量繁琐的手工运算中解放出来，将更多时间用于对基本概念和基本方法的思考。三、理论分析数字信号处理是将信号以数字方式表示并处理的理论和技术。数字信号处理的目的是对真实世界的连续模拟信号进行测量或滤波。因此在进行数字信号处理之前需要将信号从模拟域转换到数字域，这通常通过模数转换器实现。而数字信号处理的输出经常也要变换到模拟域，这是通过数模转换器实现的。1.MATLAB在数字信号处理实验中的运用MATLAB包括拥有数百个内部函数的主包和三十几种工具包。工具包又可以分为功能性工具包和学科工具包。功能工具包用来扩充MATLAB的符号计算，可视化建模仿真，文字处理及实时控制等功能。学科工具包是专业性比较强的工具包，控制工具包，信号处理工具包，通信工具包等都属于此类。MATLAB实现了给定参数信号波形生产、DTFT频谱分析、FIR、IIR滤波器等功能。系统提供了参数滤波器分析功能，学生可以通过自己输入滤波器参数的方式查看该参数下滤波器的频率特性，从而增强学生对滤波器工作过程的理解。四、可行性分析1.重点知识演示系统它包括常用信号和基本运算、卷积积分、卷积和、周期信号的分解与合成、连续信号的频谱、连续系统的频率特性、模拟低通滤波器等。MATLAB内部提供了大量的函数用于产生噪声及常用的信号波形。如方波函数、三角波函数周期信号函数等。这些信号在信号处理中非常重要。它充分利用MATLAB的计算结果可视化和图形处理的强大功能，将数字信号处理中较难掌握和理解的部分，以文字、动态图形、声音及交互人机界面的形式表现出来，有助于学生更好地理解和掌握。2.数值分析工具箱该系统是学生利用计算机完成数字信号处理中大量繁杂手工运算的有力工具其目的在于让学生学会用科学的计算方法解决问题，将使学生从大量繁琐的手工运算中解放出来，将更多时间用于对基本概念和基本方法的思考，从而把握住问题的关键，理解的更加透彻。数值工具箱的功能包括：积分、微分、微分方程求解、差分方程求解、多项式求根、系统零极点计算、单变量信号绘图、部分分式展开和系统稳定性判断等。五、目标任务分析离散信号与系统分析基础是信号频谱分析和系统设计的理论基础，所以要对序列的基本运算和基本信号的产生有一定的理解，实验列举了正弦信号、阶跃信号、冲激信号等信号的产生和计算；通过有限长序列的傅里叶表示定义有限长系列的离散傅里叶变换，并利用DFT分析连续非周期信号的频谱，通过频谱分析信号是否重叠；数字滤波器是一个离散系统，包括有限冲激响应滤波器（FIR）和无限冲激响应滤波器（IIR）。该系统能对输入的离散信号进行处理，从而获取所需的有用信息。最后将选取的实验利用MATLAB的GUI界面整合成一个系统，使得在教学过程中帮助学生理解和掌握数字信号处理的理论知识。采取的主要技术路线或方法GUI即人机交互图形化用户界面设计，是指采用图形方式显示的计算机操作用户界面。流程图如下：该实验系统包括基本序列的计算、基本信号的产生、傅里叶变换、卷积和数字滤波器设计等实验。基本系列计算包括翻转、位移等，在实验界面上，可以通过输入参数可以产生不同的序列图形，通过输入卷积的幅度得到两个序列卷积后的图形；基本信号包括正弦信号、单位脉冲、矩形等信号，输入它们的平移量或者幅度等一系列参数，可以得到不同的结果，并可以就这些结果进行比较；傅里GUI界面退出实验主界面退出实验子界面实验结果实验内容退出返回退出2010年3月19日叶变换是数字信号处理这门课程的核心算法之一，信号的傅里叶变换建立了信号的时域与频域之间的一一对应关系，拓展了信号表达的空间，为信号与系统的频域分析奠定了理论基础，该实验是对方波信号和指数信号的频谱进行分析，观察信号是否会发生混叠；卷积是离散信号处理中的重要运算，卷积运算实验是要计算两个给定数值的序列的卷积；滤波器设计是数字信号处理课程的重要内容，通过输入不同的截止频率，得到给定参数下的信号频谱。预期的成果及形式1．对数字信号处理和MATLAB软件进行理论研究和分析；2．用Matlab语言写出各个实验的程序；3．对模拟结果进行分析；4．提交正文在10000字以上毕业设计说明书，要求格式规范，文字叙述严谨流畅，图形图表清晰美观，正文中应包括目录、中英文摘要、序言、参考文献等；时间安排第1~2周：实习第3-4周：查阅参考文献、写开题报告；第5周：进行理论分析第6周：进行数字滤波器等实验分析；第7周：进行数字滤波器等实验的设计；第8—9周：具体编程、调试；第10-11周：对结果进行分析；第12-13周：外文翻译、撰写论文；第14周：提交论文、准备答辩，组织预答辩；第15周：答辩。指导教师意见签名：年月日备注目录摘要......................................................................................................................................................................1Abstract...............................................................................................................................................................2第1章绪论...................................................................................................................................................31.1课题研究的背景及意义..................................................................................................................31.2教学实验系统简介............................................................................................................................31.3设计的目标任务................................................................................................................................4第2章数字信号处理与开发环境的简介.............................................................................................52.1数字信号处理的简介.......................................................................................................................52.2MATLAB简介与特点...............................................................................................................