MATLAB教程-數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)

1、Matlab及其應(yīng)用1MATLAB 基礎(chǔ)及其應(yīng)用第一講 MATLAB基礎(chǔ) 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(yīng)用2一、概述o MATLAB是一種交互式的以矩陣為基礎(chǔ)的系統(tǒng)計(jì)算平臺(tái),它用于科學(xué)和工程的計(jì)算與可視化。它的優(yōu)點(diǎn)在于快速開發(fā)計(jì)算方法，而不在于計(jì)算速度。Matlab及其應(yīng)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(kù)o 70年代末期，Cleve Moler 在新墨西哥大學(xué)給學(xué)生開線性代數(shù)，為學(xué)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(chǎng)。Matlab及其應(yīng)用41.2 學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)Matlab的基本原因的基本原因o 不希望學(xué)生在編程上化太多時(shí)間，課程目的不是學(xué)習(xí)編程o 社會(huì)化的運(yùn)行帶來的好處：合理利用可以節(jié)約大量的時(shí)間o 為什么相同的時(shí)間別人比自己做出了更多的事情：碩士論文調(diào)查結(jié)果o 面向?qū)ο蟮乃枷霂砭薮蟮暮锰巓 緊密結(jié)合科學(xué)的前沿o From BBS:博士論文=Matlab+word Matlab及其應(yīng)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(nèi)嵌o Matlab 5.0 :全面的面向?qū)ο髈 Matlab 5.15.3o Matlab 6.0o Matlab 6.5：購(gòu)并了MATRIXxo Matlab 7.0:2004Matlab及其應(yīng)用61.4 MATLAB特點(diǎn)o 高度適應(yīng)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(kuò)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(yùn)算的工作平臺(tái)。多

4、版本：windows/unix/dos/Macintosho 極多的工具箱。Matlab及其應(yīng)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(dòng)態(tài)過程仿真：實(shí)時(shí)的和非實(shí)時(shí)的o 數(shù)據(jù)來源：Excel、數(shù)據(jù)庫(kù)、A/D等等o 嵌入式的控制：Pc/104和DSPo 神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、小波分析、GA等等o 虛擬現(xiàn)實(shí)仿真Matlab及其應(yīng)用8Matlab產(chǎn)品家族o Matlab擴(kuò)展支持在matlab中隊(duì)系統(tǒng)的實(shí)施和開發(fā)。o 工具箱：專用的函數(shù)庫(kù)，解決特定領(lǐng)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(yīng)用9Matlab是

5、所有系統(tǒng)工具的基礎(chǔ)Matlab及其應(yīng)用10設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具M(jìn)atlab及其應(yīng)用11一般用途工具M(jìn)atlab及其應(yīng)用12信號(hào)和圖像處理Matlab及其應(yīng)用13控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析Matlab及其應(yīng)用141.6 網(wǎng)絡(luò)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(luò)上的工具箱nhttp:/ nhttp:/ 與MATLAB相似的軟件o Mathmatica 數(shù)學(xué)計(jì)算功能。復(fù)雜符號(hào)計(jì)算，主要在理論界o Mathcad 數(shù)學(xué)文字軟件。直接寫出報(bào)告o Maple 符號(hào)計(jì)算功能強(qiáng)大o SciLab 免費(fèi)的matlab科隆體

6、o 仿真軟件：MATRIXx、VisSim等等Matlab及其應(yīng)用16二、MATLAB基礎(chǔ)使用2.1 MATLAB安裝啟動(dòng) o Matlab的安裝n 定制安裝n 關(guān)于Java的問題:XP系統(tǒng)必須安裝虛擬機(jī)n 安裝pdf文件o Matlab啟動(dòng)n 自動(dòng)批處理 startup.m matlabrc.mMatlab及其應(yīng)用172.2 Matlab菜單的含義o 多窗口界面o Matlab的設(shè)置n 快速啟動(dòng)n 版本控制n 圖形粘貼設(shè)置o 字體的改變Matlab及其應(yīng)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(guān)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(yīng)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(guān)鍵字就能找到相應(yīng)的說明。Help命令簡(jiǎn)單易用，但是它要求準(zhǔn)確給出關(guān)鍵字，如果記憶不準(zhǔn)，就很難找到。這時(shí)就應(yīng)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?？梢栽诿钚墟I入helpdesk，進(jìn)入“Matlab Help Desk”。Help Desk的搜索可以使用不完全關(guān)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(xì)致的，需要用第三種途徑來補(bǔ)充，這就是電子版的使用手冊(cè)。MATLAB里包含了大量關(guān)于MATLAB安裝、使用、編程以及各種工具箱等的電子版手冊(cè)，全部為PDF格式,具有搜索功能，因此也可以在指定的手冊(cè)中搜索關(guān)鍵字，使用非常方便。Matlab及其應(yīng)用202.4 Matlab變量o 基本運(yùn)算 n變量：直接使用，無需定義n逗號(hào)、分號(hào)的意義n行內(nèi)編輯、注釋、運(yùn)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(gè)字符，第19個(gè)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(biāo)點(diǎn)符號(hào)。Matlab及其應(yīng)用212.4.1 特殊變量Ma

9、tlab及其應(yīng)用222.4.2 復(fù)數(shù)o 不需要特殊的處理。復(fù)數(shù)可以表示為：a=10-9i o 復(fù)數(shù)運(yùn)算不需要特殊處理，可以直接進(jìn)行Matlab及其應(yīng)用232.4.3 顯示格式o MATLAB中所有的量為雙字長(zhǎng)浮點(diǎn)數(shù)，顯示按下面顯示規(guī)則：1. 在缺省情況下，當(dāng)結(jié)果為整數(shù)，作為整數(shù)顯示；當(dāng)結(jié)果為實(shí)數(shù)，以小數(shù)后4位的精度近似顯示。2. 如果結(jié)果中的有效數(shù)字超出了這一范圍，以科學(xué)計(jì)數(shù)法顯示結(jié)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(gè)十進(jìn)制位) hex(十六進(jìn)制)o short(缺省) short e(5位加指數(shù)) +(符號(hào))o long e(16位加

10、指數(shù)) rat(有理數(shù)近似)Matlab及其應(yīng)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(yīng)用25三、MATLAB的基本矩陣運(yùn)算3.1 簡(jiǎn)單矩陣輸入o 命令行簡(jiǎn)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(yàn)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(yīng)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(yīng)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(yīng)用28直接讀入特殊格式文件：文本類型Matl

12、ab及其應(yīng)用29直接讀入特殊格式文件：二進(jìn)格式Matlab及其應(yīng)用303.2 矩陣運(yùn)算o矩陣的轉(zhuǎn)置n用符號(hào)來表示和實(shí)現(xiàn)n非共軛轉(zhuǎn)置 .o矩陣的四則運(yùn)算n+-*/ n點(diǎn)乘：.* 右除：./ 左除：.o矩陣的乘方n矩陣乘方n.元素對(duì)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(yīng)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(yùn)算只是定義在矩陣的單個(gè)元素上，即分別對(duì)矩陣的每個(gè)元素進(jìn)行運(yùn)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(duì)值或者復(fù)數(shù)模

13、sqrt平方根real實(shí)部imag虛部conj復(fù)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(yīng)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(hào)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(duì)數(shù)log10以10為底的對(duì)數(shù)bessel貝賽爾函數(shù)gamma伽嗎函數(shù)rat有理逼近Matlab及其應(yīng)用333.4 關(guān)系和邏輯運(yùn)算1 關(guān)系操作符oMATLAB常

14、用的關(guān)系操作符有：(小于)、(大于)、=(大于或等于)、 = =(等于)、 !=(不等于)。oMATLAB的關(guān)系操作符可以用來比較兩個(gè)大小相同的數(shù)組，或者比較一個(gè)數(shù)組和一個(gè)標(biāo)量。在與標(biāo)量比較時(shí)，結(jié)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(yīng)用342 邏輯操作符o 邏輯操作符定義了一種與或非的關(guān)系表達(dá)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(yīng)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(guān)系表達(dá)式為真的下標(biāo)。o 矩陣的排序使用sort函數(shù)，它將矩陣按照升序排列。o 應(yīng)用: n 去奇異點(diǎn):a(find(a1nerror( VAL must be a scalar. )nendo 這里，如果變量val 不是一個(gè)標(biāo)量，error 顯示消息字符串，把控制權(quán)返回給命令命令窗口和鍵盤。Matlab及其應(yīng)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(yīng)用65題1求系統(tǒng) 的零、極點(diǎn)和幅度頻率響應(yīng)和相位響應(yīng)?？赡苡玫降暮瘮?shù): zplane , tf2zp , freqz , plot,roots, residuez Matlab及其應(yīng)用66題2Matlab及其應(yīng)用67題33編寫一個(gè)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(gè)用于卷積的有限長(zhǎng)序列，N為圓周卷積的長(zhǎng)度。Lconv為線性卷積的結(jié)果，Pconv為圓周卷積的結(jié)果。 要求：用矩陣相乘的形式計(jì)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(yīng)用68題41 考慮右圖信號(hào)，用兩種不同方法畫出信號(hào)在-50Hz50Hz的幅度頻譜， a, 第一種方法是先寫出信號(hào)表達(dá)式，從傅立葉變換理論推導(dǎo)出幅度頻譜的數(shù)學(xué)表達(dá)式，最后用Matlab畫出圖形 b, 第二種方法是對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，得到離散信號(hào)后利用DFT（用Mallab中的函數(shù)FFT實(shí)現(xiàn)），最后將DFT的結(jié)果進(jìn)行處理得到幅度頻譜。 c, 用semilogy函數(shù)在同一個(gè)圖形中同時(shí)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(yīng)用69題5 利用雙線性變換法，設(shè)計(jì)一個(gè)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(shè)計(jì)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(qǐng)用Matlab畫出其增益和相位響應(yīng)，并給出設(shè)計(jì)的具體步驟。 Matlab及其應(yīng)用70題61 利用加窗傅里葉級(jí)數(shù)法，設(shè)計(jì)一個(gè)具有如下指利用加窗傅里葉級(jí)數(shù)法，設(shè)計(jì)一個(gè)具有如下指標(biāo)的線性相位標(biāo)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(gè)。利用下面的各個(gè)窗函數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)：海明窗、漢寧窗和布萊克曼窗函數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)：海明窗、漢寧窗和布萊克曼窗。對(duì)于每種情況，給出沖擊響應(yīng)的系數(shù)并畫