数字信号处理课程设计实验指导书

数字信号处理课程设计实验指导书电子信息工程，信息与计算科学一、数字信号处理课程设计目的通过课程设计，主要达到以下目的：1.使学生增进对MATLAB的认识，加深对数字信号处理理论方面的理解。2.使学生掌握数字信号处理中IIR和FIR滤波器的设计。3.使学生了解和掌握用MATLAB实现IIR和FIR滤波器的设计方法、过程，为以后的设计打下良好基础。二、数字信号处理课程设计说明及要求1.在数字信号处理课程设计环节中，学生可以自选题目，但必须要经过指导教师的审查同意后方可进行设计。2.数字信号处理课程设计要达到的结果：要求写出详细设计报告，在设计报告中写出源程序、并附上综合结果和仿真波形等。3.使学生能熟练掌握MATLAB软件的使用方法。4.使学生能进行至少三种类型的滤波器的设计（内容可由老师指定或自由选择）。5.使学生能独立写出严谨的、有理论根据的、实事求是的、文理通顺的、字迹端正的课程设计报告。考查形式为：设计中的能力表现和设计报告，综合评分。三、数字信号处理课程设计所需要的硬件工具PC机四、数字信号处理课程设计所需要的软件MATLAB软件五、数字信号处理课程设计过程1.选择题目：根据自己掌握的情况选择合适的题目。要求IIR滤波器的设计中，模拟滤波器的设计选择一个，数字滤波器的设计选择一个；FIR滤波器的设计中，窗函数选择一个。2.技术参数设定：选定所要设计的某种类型的滤波器后，设定相应的技术参数。3.Matlab程序设计。4.得出结果和仿真波形。5.总结：对以上各设计步骤写出详细的设计报告，存在什么问题，如何解决。六、数字信号处理课程设计题目1.IIR（无限脉冲响应）模拟滤波器设计（1）模拟低通滤波器设计设计要求：用Matlab根据技术指标设计一个模拟低通滤波器，对于滤波器的类型可以自行选择（如巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器、贝塞尔滤波器等）。总体要求：Matlab原程序+仿真波形+技术指标***（2）模拟高通滤波器设计设计要求：用Matlab根据技术指标设计一个模拟高通滤波器，对于滤波器的类型可以自行选择（如巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器、贝塞尔滤波器等）。总体要求：Matlab原程序+仿真波形+技术指标（3）模拟带通滤波器设计设计要求：用Matlab根据技术指标设计一个模拟带通滤波器，对于滤波器的类型可以自行选择（如巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器、贝塞尔滤波器等）。总体要求：Matlab原程序+仿真波形+技术指标（4）模拟带阻滤波器设计设计要求：用Matlab根据技术指标设计一个模拟带阻滤波器，对于滤波器的类型可以自行选择（如巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器、贝塞尔滤波器等）。总体要求：Matlab原程序+仿真波形+技术指标注：从以上四个题目中任选一个。2.IIR（无限脉冲响应）数字滤波器设计（1）IIR数字低通滤波器设计设计要求：用Matlab根据技术指标设计一个数字低通滤波器，对于滤波器的类型可以自行选择（如巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器、贝塞尔滤波器等）。总体要求：Matlab原程序+仿真波形+技术指标***（2）IIR数字高通滤波器设计设计要求：用Matlab根据技术指标设计一个数字高通滤波器，对于滤波器的类型可以自行选择（如巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器、贝塞尔滤波器等）。总体要求：Matlab原程序+仿真波形+技术指标（3）IIR数字带通滤波器设计设计要求：用Matlab根据技术指标设计一个数字带通滤波器，对于滤波器的类型可以自行选择（如巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器、贝塞尔滤波器等）。总体要求：Matlab原程序+仿真波形+技术指标（4）IIR数字带阻滤波器设计设计要求：用Matlab根据技术指标设计一个数字带阻滤波器，对于滤波器的类型可以自行选择（如巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器、贝塞尔滤波器等）。总体要求：Matlab原程序+仿真波形+技术指标注：从以上四个题目中任选一个。3.FIR（有限脉冲响应）数字滤波器设计（1）基于矩形窗的FIR滤波器设计设计要求：用Matlab根据技术指标设计一个基于矩形窗的FIR滤波器。总体要求：Matlab原程序+仿真波形+技术指标+窗函数技术指标：低通或高通技术指标；带通或带阻技术指标；阶数N（2）基于汉宁窗（升余弦窗）的FIR滤波器设计设计要求：用Matlab根据技术指标设计一个基于汉宁窗的FIR滤波器。总体要求：Matlab原程序+仿真波形+技术指标+窗函数技术指标：低通或高通技术指标；带通或带阻技术指标；阶数N（3）基于汉明窗（改进的升余弦窗）的FIR滤波器设计设计要求：用Matlab根据技术指标设计一个基于汉明窗的FIR滤波器。总体要求：Matlab原程序+仿真波形+技术指标+窗函数技术指标：低通或高通技术指标；带通或带阻技术指标；阶数N（4）基于布莱克曼窗（三阶升余弦窗）的FIR滤波器设计设计要求：用Matlab根据技术指标设计一个基于布莱克曼窗的FIR滤波器。总体要求：Matlab原程序+仿真波形+技术指标+窗函数技术指标：低通或高通技术指标；带通或带阻技术指标；阶数N（5）基于凯塞窗的FIR滤波器设计设计要求：用Matlab根据技术指标设计一个基于凯塞窗的FIR滤波器。总体要求：Matlab原程序+仿真波形+技术指标+窗函数技术指标：低通或高通技术指标；带通或带阻技术指标；阶数N；注：从以上五个题目中任选一个。七、实施案例之一1.语音信号的采集要求学生利用Windows下的录音机,录制一段自己的话音,时间在1s内。然后在Matlab软件平台下,利用函数wavread对语音信号进行采样,记住采样频率和采样点数。通过wavread函数的使用,学生很快理解了采样频率、采样位数等概念。2.语音信号的频谱分析要求学生首先画出语音信号的时域波形;然后对语音号进行快速傅里叶变换,得到信号的频谱特性,从而加深学生对频谱特性的理解。其程序如下：3.设计数字滤波器和画出其频率响应给出各滤波器的性能指标：(1)低通滤波器性能指标fb＝1000Hz,fc＝1200Hz,As＝100dB,Ap＝1dB。(2)高通滤波器性能指标fc＝4800Hz,fb＝5000HzAs＝100dB,Ap＝1dB。(3)带通滤波器性能指标fb1＝1200Hz,fb2＝3000Hz,fc1＝1000Hz,fc2＝3200Hz,As＝100dB,Ap＝1dB。要求学生用窗函数法和双线性变换法设计上面要求的3种滤波器。在Matlab中,可以利用函数fir1设计FIR滤波器,可以利用函数butte,cheby1和ellip设计IIR滤波器;利用Matlab中的函数freqz画出各滤波器的频率响应。程序如下：4.用滤波器对信号进行滤波要求学生用自己设计的各滤波器分别对采集的信号进行滤波,在Matlab中,FIR滤波器利用函数fftfilt对信号进行滤波,IIR滤波器利用函数filter对信号进行滤波。5.比较滤波前后语音信号的波形及频谱要求学生在一个窗口同时画出滤波前后的波形及频谱。其程序如下：6.回放语音信号在Matlab中,函数sound可以对声音进行回放。其调用格式：sound(x,fs,bits);可以感觉滤波前后的声音有变化。八、实施案例之二自己设定一个连续信号，作类似于上面的处理。九、数字信号处理课程设计环节参考资料及网站：1.参考资料（1）数字信号处理丁玉美西安电子科技大学出版社（2）应用MATLAB实现信号分析和处理张明照科学出版社（3）数字信号处理及MATLAB实现余成波清华大学出版社（4）MATLAB7.0在数字信号处理中的应用罗军辉机械工业出版社（5）MATLAB信号处理刘波电子工业出版社（6）Matlab信号处理与应用董长虹国防工业出版社（7）数字信号处理原理及其MATLAB实现从玉良电子工业出版社（8）数字信号处理基础及MATLAB实现周辉中国林业出版社2.相关网站（1）Matlab大观园（2）Matlab学习网十一、设计报告要求1.设计报告一律按照规定的格式，使用A4纸，格式、封面统一给出模版。2.报告内容（1）设计题目：包括三个题目。在参考题目中IIR滤波器的设计中，模拟滤波器的设计选择一个、数字滤波器的设计选择一个；FIR滤波器的设计中，选择一种窗函数进行设计。（2）设计要求（3）设计原理（4）源程序清单（5）设计结果和仿真波形（6）收获和体会（7）参考文献十二、选题要求1．低通，高通，带通，带阻，４个人（学号）为一个周期进行选择；2．ＩＩＲ滤波器设计中，巴特沃思，切比雪夫，以２个人为一个周期进行选择；3．在ＦＩＲ滤波器设计中，矩形窗，升余弦窗，汉明窗，布莱克曼窗，频率抽样法，５个人（学号）为一个周期进行选择。