Matlab数字信号处理综合实验设计

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1综合实验设计实例

1.1读取心电信号

本文采用的心电信号来源于美国提供的MIT-BIH数据库。为了读取简单方便，采用其txt格式的数据文件作为我们的源心电信号数据。教师可提前下载供学生使用。要求学生利用matlab自带的textread或textscan函数，读取txt数据文件中的信号，并画出心电信号波形。

1.2对心电信号线性插值

由于心电信号数据不是等间隔采样而得到的，而Matlab中用数字滤波器被处理的数据应该都是等间隔的，因此，首先对心电信号进行线性插值处理，使其变为等间隔的数据。t=0∶0.001∶2.5；F=interp1（x，y，t）；%x，y为插值点，F为在被插值点t处的插值结果。插值前后的心电信号时域波形及频谱。

1.3设计数字滤波器

由于人体心电信号易受到仪器、人体活动等因素的影响，所采集的信号常伴有干扰。比如，人的说话呼吸，常常会混有约为0.1Hz到0.25Hz频段的干扰。设计滤波器的目的是对这些干扰进行滤除。在此，应引导学生确定滤波器的类型及指标并画出幅频特性图。设计低通滤波器的参考程序如下：[N，wc]=buttord（wp，ws，Rp，As,'s'）[B，A]=butte（rN，wc，'s'）Hk=freqs（B，A，wk）；设计高通滤波器的参考程序如下：[N，wc]=buttord（wp，ws，Rp，As，'s'）[B0，A0]=butte（rN，wc，'s'）；[BH，AH]=lp2hp（B，A，wph）；设计好滤波器之后，利用matlab的filter函数对心电信号进行滤波，如Y=filte（rB，A，X）；%B为的分子系数；B为滤波器的分母系数；X为滤波前的信号；Y为滤波后的结果。比较滤波前后信号的时域波形图及频谱图，引导学生从信号平滑及延时等角度观察滤波前后信号的变化。如滤波效果不明显，则需变动滤波器参数指标，重新设计滤波器。理想的滤波结果。

1.4系统分析

最后，教师可要求学生画出各滤波器的冲激响应、幅度响应及相位响应。并将各滤波器级联后画出零极点图判断级联后系统的稳定性。参考程序如下：H1=impz（b，a)；%求系统的冲激响应H2=impz（b1，a1）；Hn=conv（H1，H2）；%将系统一与系统二级联[H，f]=freqz（B，A，N，fs）；%求系统的幅频特性曲线。其中，B、A是离散系统的系统函数分子、分母多项式的系数向量；N为点数，默认为512；fs是采样频率。mag=abs（H）；%幅度响应ph=angle（H）；%相位响应zr=roots（B）；%求系统的零点pk=roots（A）；%求系统的极点zplane（B，A）；%画出系统的零极点图高、低通滤波器的幅度响应、相位响应。

2结语

该综合实验将信号的读取、频谱分析、IIR和FIR数字滤波器设计方法和系统分析等数字信号理论知识融为一个整体，工作量较大且有一定难度，建议学生2～4人一组。首先由教师给出实验思路，实验方案由各组学生提出，通过查阅文献合力完成。实验难点是如何确定数字滤波器的指标并设计数字滤波器。该综合实验既有助于对基础知识进行复习和巩固，更有助于培养学生综合运用知识解决实际问题的能力。同时，还能够发掘一些有创新能力、动手能力强的学生，这为推荐和培养其参加各种全国的比赛又能起到促进作用。

作者：王路露 陈英 刘光灿 单位：长沙学院