MATLAB教程-數(shù)字信號處理實驗

1、Matlab及其應用1MATLAB 基礎及其應用第一講 MATLAB基礎 概述 MATLAB基本使用 MATLAB的基本矩陣分析 矩陣操作 流程控制Matlab及其應用2一、概述o MATLAB是一種交互式的以矩陣為基礎的系統(tǒng)計算平臺,它用于科學和工程的計算與可視化。它的優(yōu)點在于快速開發(fā)計算方法，而不在于計算速度。Matlab及其應用31.1 MATLAB的出現(xiàn)o 70年代中期，Cleve Moler和他的同事開發(fā)了LINPACK和EISPACK的Fortran子程序庫o 70年代末期，Cleve Moler 在新墨西哥大學給學生開線性代數(shù)，為學生編寫了接口程序，這程序取名為MATLAB，即M

2、ATrix LABoratoryo 1983年春天，工程師John Little與Moler、Steve Bangert一起開發(fā)了第二代專業(yè)版MATLABo 1984年，MathWorks公司成立，MATLAB正是推向市場。Matlab及其應用41.2 學習學習Matlab的基本原因的基本原因o 不希望學生在編程上化太多時間，課程目的不是學習編程o 社會化的運行帶來的好處：合理利用可以節(jié)約大量的時間o 為什么相同的時間別人比自己做出了更多的事情：碩士論文調查結果o 面向對象的思想帶來巨大的好處o 緊密結合科學的前沿o From BBS:博士論文=Matlab+word Matlab及其應用51

3、.3 Matlab的版本演化o Matlab 1.0o Pc matlab-matlab 386o Matlab3.5+simulinko Matlab 4.0：simlink內嵌o Matlab 5.0 :全面的面向對象o Matlab 5.15.3o Matlab 6.0o Matlab 6.5：購并了MATRIXxo Matlab 7.0:2004Matlab及其應用61.4 MATLAB特點o 高度適應性、開放性：MATLAB的工具箱可以任意增減，任何人可以自己生成MATLAB工具箱o 可擴充性： MATLAB的函數(shù)大多為ASCII文件，可以直接編輯、修改o 基于矩陣運算的工作平臺。多

4、版本：windows/unix/dos/Macintosho 極多的工具箱。Matlab及其應用71.5 Matlab能做什么o 基本的數(shù)據(jù)處理o 優(yōu)化和解方程o 動態(tài)過程仿真：實時的和非實時的o 數(shù)據(jù)來源：Excel、數(shù)據(jù)庫、A/D等等o 嵌入式的控制：Pc/104和DSPo 神經元網(wǎng)絡、小波分析、GA等等o 虛擬現(xiàn)實仿真Matlab及其應用8Matlab產品家族o Matlab擴展支持在matlab中隊系統(tǒng)的實施和開發(fā)。o 工具箱：專用的函數(shù)庫，解決特定領域的問題。o Simulink非線性系統(tǒng)仿真o Blockset是專門為simulink建立的模塊。Matlab及其應用9Matlab是

5、所有系統(tǒng)工具的基礎Matlab及其應用10設計自動化工具Matlab及其應用11一般用途工具Matlab及其應用12信號和圖像處理Matlab及其應用13控制系統(tǒng)設計和分析Matlab及其應用141.6 網(wǎng)絡資源1.USENET新聞組nMATLAB的新聞組是comp.soft-sys.MATLAB。瀏覽器指向nhttp:/ nhttp:/2.網(wǎng)絡上的工具箱nhttp:/ nhttp:/ 與MATLAB相似的軟件o Mathmatica 數(shù)學計算功能。復雜符號計算，主要在理論界o Mathcad 數(shù)學文字軟件。直接寫出報告o Maple 符號計算功能強大o SciLab 免費的matlab科隆體

6、o 仿真軟件：MATRIXx、VisSim等等Matlab及其應用16二、MATLAB基礎使用2.1 MATLAB安裝啟動 o Matlab的安裝n 定制安裝n 關于Java的問題:XP系統(tǒng)必須安裝虛擬機n 安裝pdf文件o Matlab啟動n 自動批處理 startup.m matlabrc.mMatlab及其應用172.2 Matlab菜單的含義o 多窗口界面o Matlab的設置n 快速啟動n 版本控制n 圖形粘貼設置o 字體的改變Matlab及其應用182.3幫助的使用 o help 命令：已知命令不知道用法o lookfor命令：知道命令的關鍵詞o Matlab Help:命令查找，

7、索引，說明書o Demoo 有效的利用幫助Matlab及其應用192.3.1 怎樣獲得詳盡的幫助信息1. 首先是MATLAB窗口中的help命令，它最常用、最快，往往也是最有效的。給出關鍵字就能找到相應的說明。Help命令簡單易用，但是它要求準確給出關鍵字，如果記憶不準，就很難找到。這時就應該用第二種方案。2. Help Desk：這是MATLAB的HTML格式的幫助文檔，有著很好的組織。可以在命令行鍵入helpdesk，進入“Matlab Help Desk”。Help Desk的搜索可以使用不完全關鍵字，這樣即使遇到記憶模糊的情況也可以很快查到。3. 前面兩種方法所得到的幫助信息常常是不夠

8、細致的，需要用第三種途徑來補充，這就是電子版的使用手冊。MATLAB里包含了大量關于MATLAB安裝、使用、編程以及各種工具箱等的電子版手冊，全部為PDF格式,具有搜索功能，因此也可以在指定的手冊中搜索關鍵字，使用非常方便。Matlab及其應用202.4 Matlab變量o 基本運算 n變量：直接使用，無需定義n逗號、分號的意義n行內編輯、注釋、運算規(guī)則o 變量要求（文件名最好使用相同的規(guī)則）n變量區(qū)分字母的大小寫n名字不能超過19個字符，第19個字符后的字符被忽略n變量必須以字母開頭，之后可以是任意字母、數(shù)字或者下滑線n變量中不能含有標點符號。Matlab及其應用212.4.1 特殊變量Ma

9、tlab及其應用222.4.2 復數(shù)o 不需要特殊的處理。復數(shù)可以表示為：a=10-9i o 復數(shù)運算不需要特殊處理，可以直接進行Matlab及其應用232.4.3 顯示格式o MATLAB中所有的量為雙字長浮點數(shù)，顯示按下面顯示規(guī)則：1. 在缺省情況下，當結果為整數(shù)，作為整數(shù)顯示；當結果為實數(shù)，以小數(shù)后4位的精度近似顯示。2. 如果結果中的有效數(shù)字超出了這一范圍，以科學計數(shù)法顯示結果。3. format命令改變顯示格式，常用的的格式有o long (16位) bank(2個十進制位) hex(十六進制)o short(缺省) short e(5位加指數(shù)) +(符號)o long e(16位加

10、指數(shù)) rat(有理數(shù)近似)Matlab及其應用242.5 文件管理功能o who(whos)o cd(chdir,pwd)o dir(ls)o typeo whato whicho clco edito !o echoo loado clear/packo saveo diaryMatlab及其應用25三、MATLAB的基本矩陣運算3.1 簡單矩陣輸入o 命令行簡單鍵盤輸入n用于很少數(shù)據(jù)輸入n矩陣的方向：, ; NaN Info 文件形式輸入n可以用來讀入試驗數(shù)據(jù)n大量的數(shù)據(jù)輸入o load數(shù)據(jù)n文本文件：全部是數(shù)據(jù)，不含有數(shù)據(jù)nmat文件：matlab自有的數(shù)據(jù)格式Matlab及其應用26

11、2語句生成矩陣o 線性等間距格式矩陣，使用from:step:too linspace命令n a=linspace(1,10,5);o logspace命令n b=logspace(0,2,10)o 矩陣連接n c=a b;o zeros ones eye randn Matlab及其應用273. 引入特殊的文件格式o 引入輸入：import wizardo 可以引入的文件格式：o 文本文件: .txt .dato 圖片文件: .gif .bmp .jpg .avio 聲音：.wav .auo 電子表格：.csv .xls .wk1Matlab及其應用28直接讀入特殊格式文件：文本類型Matl

12、ab及其應用29直接讀入特殊格式文件：二進格式Matlab及其應用303.2 矩陣運算o矩陣的轉置n用符號來表示和實現(xiàn)n非共軛轉置 .o矩陣的四則運算n+-*/ n點乘：.* 右除：./ 左除：.o矩陣的乘方n矩陣乘方n.元素對元素的乘方o矩陣的范數(shù)nnorm 1-范數(shù) 2-范數(shù) 無窮范數(shù)o條件數(shù) condMatlab及其應用313.3 矩陣的超越函數(shù)o MATLAB中exp、sprt、sin、cos等命令可以直接使用在矩陣上，這種運算只是定義在矩陣的單個元素上，即分別對矩陣的每個元素進行運算。MATLAB中也提供了基本的三角函數(shù)。 o 注意其中的取整函數(shù)名函數(shù)名含義含義abs絕對值或者復數(shù)模

13、sqrt平方根real實部imag虛部conj復數(shù)共軛round4舍5入到整數(shù)fix舍入到最接近0的整數(shù)floor舍入到最接近-的整數(shù)ceil舍入到最接近的整數(shù)Matlab及其應用323.3 矩陣的超越函數(shù)函數(shù)名函數(shù)名含義含義sign符號函數(shù)rem留數(shù)sin正弦cos余弦tan正切asin反正弦acos反余弦atan反正切atan2第四象限反正切函數(shù)名函數(shù)名含義含義sinh雙曲正弦cosh雙曲余弦tanh雙曲正切exp自然指數(shù)log自然對數(shù)log10以10為底的對數(shù)bessel貝賽爾函數(shù)gamma伽嗎函數(shù)rat有理逼近Matlab及其應用333.4 關系和邏輯運算1 關系操作符oMATLAB常

14、用的關系操作符有：(小于)、(大于)、=(大于或等于)、 = =(等于)、 !=(不等于)。oMATLAB的關系操作符可以用來比較兩個大小相同的數(shù)組，或者比較一個數(shù)組和一個標量。在與標量比較時，結果和數(shù)組大小一樣。oa=1:9;ob=a4ob =o 0 0 0 0 1 1 1 1 1oc=a(a4)oc =o 5 6 7 8 9Matlab及其應用342 邏輯操作符o 邏輯操作符定義了一種與或非的關系表達式。MATLAB的邏輯操作符有&(與)、|(或)、(非)。例如：o c=(a4)o c =o 1 1 1 1 0 0 0 0 0o c=(a4)&(a15)o ans =o 7

15、 8 9 10 11o 矩陣的排序使用sort函數(shù)，它將矩陣按照升序排列。Matlab及其應用415矩陣的查找和排序o 子矩陣的查找使用find命令完成，它返回關系表達式為真的下標。o 矩陣的排序使用sort函數(shù)，它將矩陣按照升序排列。o 應用: n 去奇異點:a(find(a1nerror( VAL must be a scalar. )nendo 這里，如果變量val 不是一個標量，error 顯示消息字符串，把控制權返回給命令命令窗口和鍵盤。Matlab及其應用64腳本的交互式命令o echoo input x=input( );o keyboard returno pauseo deb

16、ug: matlab edito tic /tocMatlab及其應用65題1求系統(tǒng) 的零、極點和幅度頻率響應和相位響應?？赡苡玫降暮瘮?shù): zplane , tf2zp , freqz , plot,roots, residuez Matlab及其應用66題2Matlab及其應用67題33編寫一個函數(shù): function Lconv, Pconv = lconv_pconv(x, y, N) 函數(shù)用于比較線性卷積和圓周卷積的區(qū)別，其中，x, y是兩個用于卷積的有限長序列，N為圓周卷積的長度。Lconv為線性卷積的結果，Pconv為圓周卷積的結果。 要求：用矩陣相乘的形式計算兩種卷積，不能使用M

17、atlab中自帶的卷積函數(shù)。 Matlab及其應用68題41 考慮右圖信號，用兩種不同方法畫出信號在-50Hz50Hz的幅度頻譜， a, 第一種方法是先寫出信號表達式，從傅立葉變換理論推導出幅度頻譜的數(shù)學表達式，最后用Matlab畫出圖形 b, 第二種方法是對信號進行采樣，得到離散信號后利用DFT（用Mallab中的函數(shù)FFT實現(xiàn)），最后將DFT的結果進行處理得到幅度頻譜。 c, 用semilogy函數(shù)在同一個圖形中同時畫出兩種方法，比較兩種方法的區(qū)別，解釋出現(xiàn)區(qū)別的原因。 -1-0.500.5100.511.5可能用到的函數(shù): abs, fft, fftshift, plot,semilog

18、y,hold onMatlab及其應用69題5 利用雙線性變換法，設計一個0.4dB截止頻率為10kHz且在30kHz處有最小阻帶衰減為50dB的數(shù)字巴特沃茲低通濾波器，其抽樣率為100kHz。利用教材（4.35）式求解原型模擬濾波器的階數(shù)，并利用Matlab的M文件buttap設計模擬原型濾波器。用M文件bilinear將模擬濾波器傳輸函數(shù)變換成期望的數(shù)字傳輸函數(shù)。請用Matlab畫出其增益和相位響應，并給出設計的具體步驟。 Matlab及其應用70題61 利用加窗傅里葉級數(shù)法，設計一個具有如下指利用加窗傅里葉級數(shù)法，設計一個具有如下指標的線性相位標的線性相位FIR低通濾波器：通帶截止頻率低通濾波器：通帶截止頻率在在4rad/s處，阻帶截止頻率在處，阻帶截止頻率在6rad/s處，處，最大通帶衰減為最大通帶衰減為0.2dB，最小阻帶衰減為，最小阻帶衰減為42dB，抽樣率為，抽樣率為18rad/s。利用下面的各個。利用下面的各個窗函數(shù)進行設計：海明窗、漢寧窗和布萊克曼窗函數(shù)進行設計：海明窗、漢寧窗和布萊克曼窗。對于每種情況，給出沖擊響應的系數(shù)并畫