1、1数字信号处理课程设计选做题目及要求一、课程设计题目1. DFT在信号频谱分析中的应用2.用窗函数法设计 FIR数字低通滤波器注：以上课程设计题目具体要求可参考附录一二、课程设计的考核方法及成绩评定课程设计的考核依据学生的学习态度、方案合理性、资料完备性、创造性、报告撰写规范性和书面表达能力等为考核点，对学生进行综合考核。成绩评定采用优秀、良好、中等、及格和不及格五级记分制。评定细则如下：1.遵守纪律（10%）：根据设计出勤情况、遵守纪律情况及设计态度等因素评定；2.设计报告（80%）：根据课程设计报告书内容要求和实际完成情况评定；3.设计效果（10%）：根据设计实际完成的质量及设计中的创造性
2、评定；对设计任务理解透彻，能够全面、正确、独立地完成设计内容所规定的任务，得出正确的设计结果，并按时提交完整、规范的设计报告，可评为优秀；按照设计任务要求能够顺利地完成任务，得出结果，按时提交较完整的、符合要求的设计报告，可评定为良好；按照设计要求完成了软件的编程与调试，基本完成了任务要求，提交符合要求的设计报告，可评为中等；基本完成设计目标，但不够完善，存在缺陷，在帮助指导下能够完成任务要求，提交设计报告，可评为及格；不能完成规定的任务和要求，未提交设计报告的，或抄袭他人设计报告的评为不及格。三、课程设计报告撰写格式要求课程设计报告格式按附录三中的要求去做。报告应认真书写，条理清晰，内容充实
3、、插图规范，符合设计格式要求。程序执行结果的图形尽量打印出来。注：附录一：可供参考的课程设计题目及具体内容要求附录二：MATLAB 语言简介附录三：课程设计报告撰写格式2附录一：可供参考的设计题目及具体内容要求设计一 DFT 在信号频谱分析中的应用一、设计目的1. 熟悉 DFT 的性质。2. 加深理解信号频谱的概念及性质。 3. 了解高密度谱与高分辨率频谱的区别。二、设计任务与要求1.学习用 DFT 和补零 DFT 的方法来计算信号的频谱。2.用 MATLAB 语言编程来实现，在做课程设计前，必须充分预习课本 DTFT、DFT及补零 DFT 的有关概念，熟悉 MATLAB 语言，独立编写程序。
4、三、设计内容1. 用 MATLAB 语言编写计算序列 x(n)的 N 点 DFT 的 m 函数文件 dft.m。并与 MATLAB中的内部函数文件 fft.m 作比较。2. 对离散确定信号 作如下谱分析：()cos(0.48)cos(0.52)xnnn(1) 截取 使 成为有限长序列 N( )，( 长度 N 自己选)写程序计-1算出 的 N 点 DFT ,画出时域序列图 xnn 和相应的幅频图 。()x()Xk ()Xk(2) 将 (1)中 补零加长至 M 点，长度 M 自己选,（为了比较补零长短的影响，M()n可以取两次值，一次取较小的整数，一次取较大的整数） ，编写程序计算 的 M()xn
5、点 DFT, 画出时域序列图和两次补零后相应的 DFT 幅频图。(3)利用补零 DFT 计算 (1)中 N 点有限长序列 频谱 并画出相应的幅频()xn()jXe图 。()jXe3. 研究高密度谱与高分辨率频谱。对连续确定信号 333()cos26.510)cos(2710)cos(2910)axtttt以采样频率 fs=32kHz 对信号 采样得离散信号 ，分析下列三种情况的幅频特性。()axt)xn(1)采集数据 长度取 N=16 点，编写程序计算出 的 16 点 DFT ,并画出相应()xn()()Xk的幅频图 Xk3(2) 采集数据 长度 N=16 点，补零加长至 M 点(长度 M 自
6、己选) ，利用补零 DFT 计()xn算 的频谱 并画出相应的幅频图 。1jXe1jXe(3) 采集数据 长度取为 M 点（注意不是补零至 M） ，编写程序计算出 M 点采集数()xn据 的的频谱 并画出相应的幅频图 。 2)je2()je四、设计报告要求1. 简述设计目的及原理。2. 完成设 计 中要求的各种理论推导和计算,并列出相应的MATLAB程序。3. 绘出设 计 中要求的各种曲线,并作出说明。4. 结 合 设 计 过 程 ， 归 纳 得出结论，并分析设计中遇到的问题及解决思路和方法。5. 写出设计体会。6. 简要回答如下思考题：（1） 对比设计内容2中(1)(2) (3)的图，说明补
7、零DFT的作用。（2） 解释设计内容3中 图和 图有什么区别？补零DFT能1()jXe2()jXe否提高信号的频谱分辨率，说明提高频谱密度、频谱分辨率的措施各是什么？设计二 用窗函数法设计 FIR数字低通滤波器一、设计目的1. 熟悉设计线性相位数字滤波器的一般步骤。2. 掌握用窗函数法设计 FIR数字滤波器的原理和方法。3. 熟悉各种窗函数的作用以及各种窗函数对滤波特性的影响。4. 学会根据指标要求选取合适的窗函数。 二、设计任务与要求1. 学会计算滤波器各项性能指标及如何来满足给定的指标要求。2. 用 MATLAB 语言编程实现给定指标要求的滤波器的设计。3. 熟悉 MATLAB 语言，独立
8、编写程序。4. 设计低通 FIR 滤波器的指标：通带最大波动 ，0.25,pRdB0.2p阻带最小衰减 ，sA3s三、设计内容1.熟悉各种窗函数,在 MATLAB命令窗下浏览各种窗函数，绘出（或打印）所看到的4窗函数图。 2.编写计算理想低通滤波器单位抽样响应 hd(n)的 m函数文件 idealm。3.编写计算 N 阶差分方程所描述系统频响函数 的 m 函数文件 fr.m。()jHe4.根据指标要求选择窗函数的形状与长度 N。5.编写m 程序文件，通过调用 idealm 和 frm 文件，计算你设计的实际低通 FIR滤波器的单位抽样响应 h(n)和频率响应 ，打印在频率区间O，上的幅频()j
9、e响应特性曲线 ，幅度用分贝表示。()jHe6.验证所设计的滤波器是否满足指标要求。四、设计报告要求1.简述设计目的及原理。2. 完成设计中要求的各种理论推导和计算,并列出相应的 MATLAB源程序。3.绘出（或打印）设计中要求的各种曲线及数据,并作出说明。4.将你所设计的滤波器的技术指标计算出来，并与给定的指标作比较，归纳得出结论。5.写出设计体会。 6.简要回答如下思考题：(1)设计线性相位数字滤波器的一般步骤。(2)窗函数有哪些指标要求?对给定指标要求的低通滤波器，理论计算所需窗函数的长度 N。(3)用窗函数法设计 FIR滤波器，滤波器的过渡带宽度和阻带衰减与哪些因素有关？(4)比较所选
10、窗长 N相同但窗形状不同对滤波器设计结果的影响以及选同一种窗函数但窗长 N不同时对滤波器设计结果的影响，将结论写在报告中。附录二：MATLAB 简介本课程设计是以 MATLAB语言程序用法为基础，在 MATLAB环境下完成各项设计内容。下面介绍 MATLAB语言及其用法。（一）MATLAB 语言概述1、MATLAB 语言的发展MATLAB语言是由美国的 Clever Moler博士于 1980年开发的，设计者的初衷是为解决“线性代数”课程的矩阵运算问题，取名 MATLAB即 Matrix Laboratory矩阵实验室的意思。MATLAB 已经不仅仅是一个“矩阵实验室”了，它集科学计算、图象处
11、理；声音处理于一身，并提供了丰富的 Windows图形界面设计方法。MATLAB 语言是功能强大的计算机高级语言，它以超群的风格与性能风靡全世界，成功地应用于各工程学科的研究领域。MATLAB 在美国已经作为大学工科学生必修的计算机语言之一(C、FOR- 5TRAN、ASSEMBLER、MATLAB)。近年来，MATLAB 语言已在我国推广使用，现在已应用于各学科研究部门和许多高等院校。2、MATLAB 能在各领域做什么工业研究与开发；数学教学，特别是线性代数；数值分析和科学计算方面的教学与研究；电子学、控制理论和物理学等工程和科学学科方面的教学与研究；经济学、化学和生物学等计算问题的所有其他
12、领域中的教学与研究，等等。3、MATLAB 语言的功能强大的数值（矩阵）运算功能；广泛的符号运算功能；高级与低级兼备的图形功能（计算结果的可视化功能） ；可靠的容错功能；应用灵活的兼容与接口功能；信息量丰富的联机检索功能。（二）MATLAB 的程序设计MATLAB语言称为第四代编程语言，程序简洁、可读性很强而且调试十分容易。m文件简介：用户如想灵活应用 matlab去解决实际问题，充分调用 matlab的科学技术资源，就需要编辑 m文件。包含 matlab语言代码的文件称为 m文件，其扩展名为m。编辑 m文件可使用各种文本编辑器。1、matlab 的工作模式窗口+m 文件窗口。（1）指令驱动模
13、式通常 matlab以指令驱动模式工作，即在 matlab 窗口下当用户输入单行指令时，matlab立即处理这条指令，并显示结果，这就是 matlab命令行方式。命令行操作时，matlab 窗口只允许一次执行一行上的一个或几个语句。（2）m 文件模式将 matlab语句构成的程序存储成以 m为扩展名的文件，然后再执行该程序文件，这种工作模式称为程序文件模式。程序文件不能在指令窗口下建立，因为指令窗口只允许一次执行一行上的一个或几个语句。2、m 文件的创建m文件的类型是普通的文本文件，我们可以使用系统认可的文本文件编辑器来建立 m文件。如 dos下的 edit，windows 的记事本和 wor
14、d等。3、matlab 文件的类型(1)数据文件(mat)mat文件是 matlab以标准二进制格式保存的数据文件，可将工作空间中有用的数据变量保存下来。 mat 文件的生成和调用是由函数 save和 load完成的。(2)m文件m文件的语法类似于 c语言，但又有其自身特点。它只是一个简单的 ASCII码文本文件，执行程序时逐行解释运行程序，matlab 是解释性的编程语言。m文件有两类独立的 m文件：命令文件和函数文件。函数文件为可调用的 m文件,即简单的 m文件;命令文件实际上是一串指令的集合，与在命令窗口逐行执行文件中的所有指令，其结果是一样的。没有输入输出参数。命令文件包括两部分：注释
15、文件和程序文件。(3)matlab内置函数文件matlab自定义的函数文件称内置函数文件。调用内置函数的方法：使用函数名并给出相应的入口、出口参数即可。(4)函数 m文件6需要输入变量，返回输出变量。matlab 用户可以根据需要编辑自己的 m文件，它们可以像库函数一样方便的调用，从而极大地扩展了 matlab 的能力。对于某一类特殊问题，如创建了许多 m函数文件，则可形成新的工具箱。这种用 matlab语言创建定义新的 matlab函数的功能，正体现了 matlab语言强大的扩展功能。函数 m文件的格式：function 返回变量=函数名（输入变量）注释说明语句段程序语句段（三）MATLAB
16、 矩阵运算1、矩阵的输入在命令窗口中输入a=1; b=2; c=3;x=5 b c; a*b a+c c/bx=5.000 2.000 3.0002.000 4.000 1.500语句生成用线性等间距生成向量矩阵（start:step:end）a=1:2:10a=1 3 5 7 9一些常用的特殊矩阵单位矩阵：eye(m,n); eye(m)零矩阵：zeros(m,n); zeros(m)一矩阵：ones(m,n); ones(m)对角矩阵：对角元素向量 V=a1,a2,an A=diag(V)随机矩阵：rand(m,n)产生一个 mn的均匀分别的随机矩阵2、矩阵的运算转置。对于实矩阵用（ ）符
17、号或（. ）求转置结果是一样的；然而对于含复数的矩阵，则（ ）将同时对复数进行共轭处理，而 （. ）则只是将其排列形式进行转置。四则运算与幂运算。逆矩阵与行列式计算。求逆 inv(A)。求行列式 det(A)。（四）绘图简介MATLAB提供了丰富的绘图功能:help graph2d可得到所有画二维图形的命令。help graph3d可得到所有画三维图形的命令。下面介绍常用的二维图形命令。1、基本的绘图命令plot（x1,y1,option1,x2,y2,option2,） 。x1,y1 给出的数据分别为 x,y轴坐标值，option1为选项参数，以逐点连折线的方式绘制 1个二维图形；同时类似地
18、绘制第二个二维图形，等。这是 plot命令的完全格式，在实际应用中可以根据需要进行简化。比如：7plot(x,y)；plot(x,y,option)，选项参数 option定义了图形曲线的颜色、线型及标示符号，它由一对单引号括起来。2、选择图像figure（1） ；figure（2） ；figure(n)。打开不同的图形窗口，以便绘制不同的图形。3、画栅格grid on在所画出的图形坐标中加入栅格。grid off 除去图形坐标中的栅格4、当前图形保持hold on：把当前图形保持在屏幕上不变，同时允许在这个坐标内绘制另外一个图形。hold off：使新图覆盖旧的图形。5、设定轴的范围axis
19、（xmin xmax ymin ymax） ，axis(equal)：将 x坐标轴和 y坐标轴的单位刻度大小调整为一样。6、文字标示text(x,y,字符串)：在图形的指定坐标位置(x,y)处，标示单引号括起来的字符串。gtext(字符串)：利用鼠标在图形的某一位置标示字符串。title(字符串)：在所画图形的最上端显示说明该图形标题的字符串。xlabel(字符串)，ylabel(字符串)：设置 x，y 坐标轴的名称。输入特殊的文字需要用反斜杠（）开头。7、legend(字符串 1,字符串 2,字符串 n)在屏幕上开启一个小视窗，然后依据绘图命令的先后次序，用对应的字符串区分图形上的线。8、s
20、ubplot（m n k）：分割图形显示窗口m:上下分割个数，n:左右分割个数，k:子图编号9、semilogx：绘制以 x轴为对数坐标（以 10为底） ，y 轴为线性坐标的半对数坐标图形。semilogy：绘制以 y轴为对数坐标（以 10为底） ，x 轴为线性坐标的半对数坐标图形。10、一点补充说明对于图形的属性编辑同样可以通过在图形窗口上直接进行。但图形窗口关闭之后编辑结果不会保存。8课程设计报告撰写格式课程设计报告编写格式：（分为封面、目录和正文、参考文献四部分）封面：XXXX课程设计报告（3 号字黑体）（以下为 4 号宋体）任课教师：指导教师：学生学号：学生姓名：所学专业：9年 月 日目录一、设计题目二、设计目的三、设计原理四、实现方法（包括 MATLAB 算法原理等）五、设计内容及要求（应含有设计源程序）六、设计结果及改进建议（要求画出所有设计曲线，并加以说明）七、回答思考题八、设计体会九、参考文献（至少两篇）参考文献格式要求：作者名，文章（或书）名，出处（杂志或书） ，年，月，卷号，期号，页码。例：1 王成华单片机应用技术电气电子教学学报，2001.5, Vol.4, No.1, p52-55.102 杨植心,陈光东.单片微型计算机及其应用. 湖北:华中理工大学出版社，1987
