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第1部分 基础实验 3

Laboratory 1 Basic Knowledge About MATLAB 3

1.1 Introduction 3

1.2 Pre-knowledge 3

1.2.1 What Is MATLAB 4

1.2.2 Starting and Quitting MATLAB 4

1.2.3 MATLAB Command Window 5

1.2.4 MATLAB Operators 6

1.2.5 Variables,Arrays and Matrices 7

1.2.6 Graphics 10

1.2.7 Loops 15

1.2.8 Vectorization 16

1.2.9 Programming in MATLAB 17

1.2.10 MATLAB Demos 19

1.2.11 Complex Numbers in MATLAB 19

1.2.12 Complex Exponential Signals 20

1.2.13 Harmonic Sinusoids 21

1.3 Exercises 21

1.3.1 Exercises on Complex Numbers 21

1.3.2 Exercises on Arrays 22

1.3.3 Operating Sinusoids with MATLAB 22

1.3.4 Representation of Sinusoids with Complex Exponentials 22

1.3.5 Verify Addition of Sinusoids Using Complex Exponentials 23

1.3.6 Sinusoidal Synthesis with a Function 23

1.3.7 Periodic Waveforms 24

Laboratory 2 AM And FM Synthesis With Sinusoidal Signals 25

2.1 Introduction 25

2.2 Pre-knowledge 25

2.2.1 Amplitude Modulation 25

2.2.2 Frequency Modulation 27

2.2.3 Synthesis of Sinusoidal Signals 27

2.2.4 Beat Notes 30

2.2.5 Chirp or Linearly Swept Frequency 32

2.2.6 Spectrograms 32

2.3 Laboratory A:Chirps and Note Beats 34

2.3.1 Synthesize a Chirp 34

2.3.2 Beat Notes 35

2.4 Laboratory B:FM Synthesis of Instrument Sounds 36

2.4.1 Generating the Bell Envelopes 36

2.4.2 Synthesis of the Bell 37

2.4.3 The Bell Sound 37

2.5 Exercises(Optional) 38

Laboratory 3 FIR Filters And The Implementation In MATLAB 40

3.1 Introduction 40

3.2 Pre-knowledge 41

3.2.1 Types of Filters 41

3.2.2 Basis about FIR Filters 41

3.2.3 Some MATLAB Functions for FIR Filter Design 42

3.2.4 Frequency Response of FIR Filters 44

3.3 Laboratory 46

3.3.1 Frequency Response of the 4-Point Averager 46

3.3.2 Filtering Cosine Waves 47

3.3.3 First-Difference Filtering of Cosine Waves 47

3.3.4 Linear Time-invariance(LTI)Filters 48

3.3.5 Cascading Two Systems 49

Laboratory 4 Filtering Digital Signals 51

4.1 Introduction 51

4.2 Pre-knowledge 53

4.2.1 Properties of Discrete-Time Linear Time-Invariance Systems 53

4.2.2 Data Preparation for Laboratory 54

4.3 Laboratory A 56

4.3.1 The Design of Cascade Systems 57

4.3.2 Study the First-Difference System 57

4.3.3 Study 5-point Moving Averager 58

4.3.4 Study Cascade System 1 59

4.3.5 Study Cascade System 2 60

4.3.6 Quantitative Comparison of Two Cascade Systems 61

4.4 Laboratory B 62

4.4.1 Filtering the Digital Signal with h1 62

4.4.2 Filtering the Digital Signal with h2 63

4.4.3 Listen to and Discuss Effect of Filtering the Audio Signal 63

第2部分 专题实验 67

实验5 取样与恢复 67

5.1 频谱混叠研究 67

5.1.1 基本原理 67

5.1.2 实验内容 68

5.2 非带限信号取样 70

5.2.1 基本原理 70

5.2.2 实验内容 71

5.3 理想采样、平顶采样、自然采样对信号频谱的影响 73

5.3.1 基本原理 73

5.3.2 实验内容 73

实验6 离散时间系统与卷积 76

6.1 线性卷积运算 76

6.1.1 基本原理 76

6.1.2 实验内容 77

6.2 滤波的思想实现卷积 79

6.2.1 基本原理 79

6.2.2 实验内容 80

6.3 圆周卷积 81

6.3.1 基本原理 81

6.3.2 实验内容 84

6.4 分段卷积 86

6.4.1 基本原理 86

6.4.2 实验内容 88

6.5 卷积的应用 89

6.5.1 基本原理 89

6.5.2 实验内容 89

实验7 系统函数与Z变换 91

7.1 系统函数研究 91

7.1.1 基本原理 91

7.1.2 实验内容 91

7.2 数字周期波形发生器 93

7.2.1 基本原理 93

7.2.2 实验内容 94

7.3 求解差分方程 96

7.3.1 基本原理 96

7.3.2 实验内容 96

实验8 DFT/FFT 99

8.1 矩形窗和汉明窗 99

8.1.1 窗函数基础知识 99

8.1.2 实验内容 107

8.1.3 实验报告要求 108

8.2 DTMF信号分析 108

8.2.1 DTMF信号基本概念 108

8.2.2 实验内容 110

8.2.3 实验报告要求 114

8.3 DFT/FFT在频谱分析中的应用 114

8.3.1 基础知识 114

8.3.2 实验内容 116

8.3.3 实验报告要求 117

实验9 数字滤波器的实现 118

9.1 概述 118

9.2 IIR滤波器系统函数、差分方程和实现结构 118

9.2.1 基础理论 118

9.2.2 函数实现直接型和级联型间的互相转换 120

9.2.3 实验内容 124

9.2.4 实验报告要求 126

9.3 FIR滤波器的设计 126

9.3.1 FIR滤波器基本特性 126

9.3.2 FIR滤波器设计方法介绍 127

9.3.3 窗函数设计步骤 128

9.3.4 实验内容 130

9.3.5 实验报告要求 135

实验10 应用研究——数字音响 136

10.1 波形表数字振荡器 136

10.1.1 波形表数字振荡器基本原理 136

10.1.2 实验内容 144

10.2 波形表法调幅和调频 145

10.2.1 波形表法实现调幅、调频的原理 146

10.2.2 基于波形表振荡器设计AM信号发生器 147

10.2.3 基于波形表振荡器设计FM信号发生器 149

10.2.4 实验内容 151

10.3 序列延迟在音响合成中的应用 152

10.3.1 序列延迟产生简单音响效果的基本原理 152

10.3.2 实验内容 157

10.3.3 实验报告要求 159

10.4 数字反射器及其回响时间常数 160

10.4.1 反射及回响时间常数 160

10.4.2 简单的数字反射器 160

10.4.3 低通反射器 164

10.4.4 实验内容 167

10.4.5 实验报告要求 168

10.5 （反射）延迟单元 169

10.5.1 简单反射多重延迟原理 169

10.5.2 低通反射多重延迟原理 169

10.5.3 实验内容 170

10.5.4 实验报告要求 172

10.6 高阶多重延迟的音响效果 172

10.6.1 高阶多重延迟的结构原理 172

10.6.2 高阶多重延迟的实现例子 172

10.6.3 实验内容 175

10.6.4 实验报告要求 175

10.7 压缩器和扩展器 176

10.7.1 压缩器和扩展器的基本原理 176

10.7.2 压缩器和扩展器的稳态输入输出关系 176

10.7.3 动态处理器的实现结构 177

10.7.4 实验内容 180

10.7.5 实验报告要求 180

实验11 应用研究——数字图像处理 181

11.1 平滑滤波器 181

11.1.1 原理 181

11.1.2 实验内容 183

11.1.3 实验程序 184

11.2 锐化滤波器 185

11.2.1 原理 185

11.2.2 实验内容 187

11.2.3 实验程序 188

11.3 中值滤波器 189

11.3.1 原理 189

11.3.2 实验内容 189

11.3.3 实验程序 191

参考文献 193