概述
信号与系统实验指导书(本一)讲解
实验一 基本信号的产生与运算
实验目的
学习使用MATLAB产生基本信号、绘制信号波形、实现信号的基本运算。
实验原理
MATLAB提供了许多函数用于产生常用的基本信号:如阶跃信号、脉冲信号、指数信号、正弦信号和周期方波等等。这些信号是信号处理的基础。
连续信号的产生
阶跃信号
产生阶跃信号的MATLAB程序如下,运行结果如图1-1所示。
t=-2:0.02:6;
x=(t>0);
plot(t,x);
axis([-2,6,0,1.2]);
图1-1 阶跃信号
指数信号
产生随时间衰减的指数信号的MATLAB程序如下,运行结果如图1-2所示。
t=0:0.001:5;
x=2*exp(-1*t);
plot(t,x);
图1-2 指数信号
正弦信号
利用MATLAB提供的函数cos和sin可产生正弦和余弦函数。产生一个幅度为2,频率为4Hz,相位为的正弦信号的MATLAB程序如下,运行结果如图1-3所示。
f0=4;
w0=2*pi*f0;
t=0:0.001:1;
x=2*sin(w0*t+pi/6);
plot(t,x);
图1-3 正弦信号
矩形脉冲信号
函数rectpulse(t)可产生高度为1、宽度为1、关于t=0对称的矩形脉冲信号;
函数rectpulse(t,w) 可产生高度为1、宽度为w、关于t=0对称的矩形脉冲信号。
产生高度为1、宽度为4、延时2秒的矩形脉冲信号的MATLAB程序如下,运行结果如图1-4所示。
t=-2:0.02:6;
x=rectpuls(t-2,4);
plot(t,x);
axis([-2,6,0,1.2]);
图1-4 矩形脉冲信号
周期方波
函数square(w0*t)产生基本频率为w0的周期方波。
函数square(w0*t,DUTY)产生基本频率为w0、占空比DUTY=的周期方波。为一个周期中信号为正的时间长度。
产生一个幅度为1,基本频率为2Hz,占空比50%的周期方波的MATLAB程序如下,运行结果如图1-5所示。
f0=2;
t=0:0.0001:2.5;
w0=2*pi*f0;
Y=square(w0*t,50);
plot(t,Y);
axis([0,2.5,-1.5,1.5]);
图1-5周期方波信号
抽样函数
可使用函数sinc(x)计算抽样信号,函数sinc(x)的定义为。
产生信号的MATLAB程序如下,运行结果如图1-6所示。
t=-10:1/500:10;
x=sinc(t/pi);
plot(t,x);
图1-6 抽样信号
实验内容
利用MATLAB产生下列连续信号并作图。
(1)
(2)
(3)
(4)
实验二 周期信号的傅里叶级数展开
实验目的
掌握傅里叶级数展开的原理。
了解周期信号的频谱特点。
观察有限项级数迭加逼近原函数的情形。
掌握利用计算机程序进行软件模拟的方法。
实验原理
周期信号的傅里叶级数展开
按照傅里叶级数定义周期信号可由三角函数的线性组合来表示,若的周期为 ,角频率为 ,则傅里叶级数展开表达式为
=
式中n为正整数,各次谐波成分的幅度值按以下公式计算:
直流分量
余弦分量
正弦分量
常用周期信号的傅里叶级数
周期矩形脉冲信号
其中E为矩形的高度,为矩形的宽度,为矩形的周期,以下雷同。
周期锯齿脉冲信号
周期三角脉冲信号
周期半波余弦信号
实验内容
计算以上所列的四个基本周期信号的傅里叶级数展开,即写出展开的公式。
利用MATLAB产生四个周期信号的时域波形并作图。
分别计算出5、10、15次谐波迭加的值,写出公式。
把5、10、15次谐波迭加的波形重叠画在周期信号的时域波形上,观察逼近情况。
实验三 离散信号的运算
实验目的
学习使用MATLAB产生基本离散信号、绘制信号波形、实现信号的基本运算特别是卷积和的运算。
实验原理
散信号的产生
单位脉冲序列和单位阶跃序列
函数ones(1,n)和zeros(1,n)可以生成单位脉冲序列和单位阶跃序列。函数ones(1,n)产生1行n列的由1组成的矩阵;函数zeros(1,n)产生1行n列的由0组成的矩阵。
产生单位脉冲序列的MATLAB程序如下,运行结果如图1-7所示。
k=-4:20;
x=[zeros(1,7),1,zeros(1,17)];
stem(k,x)
图1-7 单位脉冲序列
产生单位阶跃序列的MATLAB程序如下,运行结果如图1-8所示。
k=-4:
最后
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