華北科技學(xué)院 MATLAB-01

1、MATLAB信號(hào)處理(xn ho ch l)技術(shù)電信(dinxn)系 陳文卓 2014年3月共五十六頁1 課程(kchng)課程性質(zhì)教學(xué)(jio xu)目標(biāo)教學(xué)內(nèi)容說課內(nèi)容23教學(xué)方法考核方式教學(xué)設(shè)計(jì)選用教材參考資料教材共五十六頁電信專業(yè)考查選修專業(yè)方向及專業(yè)前沿課程性質(zhì)第六學(xué)期2學(xué)分實(shí)踐性課程 32學(xué)時(shí) 共五十六頁 信號(hào)(xnho)與系統(tǒng) 數(shù)字(shz)信號(hào)處理 C語言程序設(shè)計(jì) 專業(yè)課程設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 工作和深造 先修課程 后續(xù)課程 課程性質(zhì)共五十六頁教學(xué)目標(biāo)掌握MATLAB的信號(hào)處理(xn ho ch l)工具掌握信號(hào)與系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)利用MATLAB工具處理常用信號(hào)的變換、設(shè)計(jì)IIRFIR數(shù)

2、字濾波器了解平穩(wěn)信號(hào)的分析方法共五十六頁1.MATLAB語言概述(i sh) 2學(xué)時(shí) 2.MATLAB基本(jbn)語法 4學(xué)時(shí) 3.信號(hào)處理應(yīng)用 14學(xué)時(shí) 4個(gè)實(shí)驗(yàn) 4.SIMULINK仿真 2學(xué)時(shí) 教學(xué)內(nèi)容共五十六頁 教 材內(nèi)容(nirng)豐富重難點(diǎn)突出緊密聯(lián)系實(shí)際MATLAB技術(shù)論壇/matlab中文論壇/forum.php共五十六頁學(xué)教做探 究多媒體&實(shí)驗(yàn)(shyn)eCompany演 示講 授案 例教學(xué)方法共五十六頁 答疑時(shí)間和地點(diǎn)(ddin)：每周四下午4：00至5：30（崇實(shí)樓304） 推薦參考書 梁虹等.信號(hào)(xnho)與系統(tǒng)分析及MATLAB實(shí)現(xiàn)電子工業(yè)出版社 薛年喜.MA

3、TLAB在數(shù)字信號(hào)處理中的應(yīng)用清華大學(xué)出版社 考核成績=卷面成績*70%+平時(shí)成績30%考核方式：開卷考試 上機(jī)時(shí)間和地點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)課表（崇實(shí)樓） 作業(yè)、考勤、上機(jī)課堂提問其他事項(xiàng)共五十六頁MATLAB系統(tǒng)(xtng)環(huán)境MATLAB應(yīng)用(yngyng)基礎(chǔ)23MATLAB信號(hào)處理技術(shù)MATLAB繪圖 1學(xué)習(xí)內(nèi)容4信號(hào)處理工具箱共五十六頁1 Matlab概述(i sh)內(nèi)容 Matlab發(fā)展歷史Matlab組成 產(chǎn)品家族(jiz)(Matlab family of products)Matlab 語言的特點(diǎn) 目的全面了解 Matlab軟件包激發(fā)對(duì)Matlab軟件的學(xué)習(xí)興趣。共五十六頁第一章 MAT

4、LAB語言(yyn)概述Matrix LaboratoryCleve Moler 博士(bsh)1980MathWorks 公司1984共五十六頁MATLAB在美國已經(jīng)作為大學(xué)工科學(xué)生必修的計(jì)算機(jī)語言之一 (C, FORTRAN, MATLAB)近年來，MATLAB語言已在我國推廣使用，現(xiàn)在已應(yīng)用于各學(xué)科研究部門和許多高等院校以高性能的數(shù)組運(yùn)算（包括矩陣運(yùn)算）為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了大多數(shù)數(shù)學(xué)算法(sun f)的高效運(yùn)行和數(shù)據(jù)可視化，在用戶可參與的情況下，各種專業(yè)領(lǐng)域的工具箱不斷開發(fā)和完善，廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、工程應(yīng)用，用于數(shù)值計(jì)算分析、系統(tǒng)建模與仿真。與Maple、Mathematica數(shù)學(xué)計(jì)算軟件相

5、比，MATLAB以數(shù)值計(jì)算見長，而Maple等以符號(hào)運(yùn)算見長，能給出解析解和任意精度解，而處理大量數(shù)據(jù)的能力遠(yuǎn)不如MATLAB. MATLAB概述(i sh)共五十六頁 1992年 4.0 增加(zngji)了Simulink，Control，Neural Network，Signal Processing等專用工具箱 1993年 4.1 增加了符號(hào)(fho)運(yùn)算功能 1997年 5.0 實(shí)現(xiàn)真正32位運(yùn)算，加快數(shù)值計(jì)算，圖形表現(xiàn)有效 2001年 6.0（R12） 2002年 6.5 (R13) Simulink升級(jí)到了5.0，性能很大提高,推出了JIT程序加速器，Matlab的計(jì)算速度明顯提

6、高。 2005年 7.1(Release14 SP3) Simulink升級(jí)到了6.3，采用了更先進(jìn)的 數(shù)學(xué)程序庫，即“LAPACK”和“BLAS”。Matlab版本的發(fā)展共五十六頁 MATLAB概述(i sh)：組成內(nèi)核(ni h)語言系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境圖形系統(tǒng)數(shù)學(xué)函數(shù)庫應(yīng)用程序接口Simulink仿真工具箱控制系統(tǒng)工具箱信號(hào)處理工具箱通信工具箱共五十六頁 MATLAB產(chǎn)品由若干模塊組成，不同的模塊完成(wn chng)不同的功能，其中有：MATLAB Compiler這種編譯(biny)器可以將MATLAB程序文件編譯(biny)生成標(biāo)準(zhǔn)的C/C+語言文件，而生成的標(biāo)準(zhǔn)的C/C+文件可以被任何一

7、種C/C+編譯(biny)器編譯(biny)生成函數(shù)庫或可執(zhí)行文件，以提高程序的運(yùn)行效率。MATLABMATLAB ToolboxesMATLAB CompilerSimulinkSimulink BlocksetsReal-Time Workshop (RTW)StateflowStateflow Coder由這些模塊產(chǎn)品之間的關(guān)系可以圖1.1表示。圖1.1 MATLAB產(chǎn)品體系結(jié)構(gòu)圍繞著MATLAB這個(gè)計(jì)算核心，形成了諸多針對(duì)不同應(yīng)用領(lǐng)域的算法程序包，被稱為專用工具箱（Toolbox），這些工具箱的列表以及每個(gè)工具箱的使用詳見MATLAB在線幫助文檔。MATLAB本身所提供的工具箱大概有4

8、0多個(gè)，另外還有其他公司或研究單位開發(fā)提供的工具箱，這些工具箱的總數(shù)已有100多個(gè)，而且新的工具箱還在不斷增加。如果你有特別的應(yīng)用領(lǐng)域，可以首先到網(wǎng)上查找是否已有相關(guān)的工具箱，很可能已有人將你要做的應(yīng)用程序作成工具箱了。Simulink是窗口圖形方式的、專門用于連續(xù)時(shí)間或離散時(shí)間的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、分析和仿真的核心。Real-Time Workshop是一種實(shí)時(shí)代碼生成工具，它能夠根據(jù)Simulink模型生成程序源代碼，并打包、編譯所生成的源代碼生成實(shí)時(shí)應(yīng)用程序。 從現(xiàn)有的Simulink 和Stateflow自動(dòng)生成C語言程序代碼的功能、定點(diǎn)運(yùn)算模塊集（Fixed-point Blockset）

9、與C語言程序代碼到VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language，一種標(biāo)準(zhǔn)的硬件電路設(shè)計(jì)語言 ）的自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能，可以看出，高級(jí)的系統(tǒng)仿真或低級(jí)的芯片算法設(shè)計(jì)，都可用MATLAB、Simulink、Stateflow及相關(guān)的工具箱來完成。Stateflow是基于有限狀態(tài)機(jī)理論針對(duì)復(fù)雜的事件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真的工具。Stateflow Coder是基于Stateflow狀態(tài)圖生成高效、優(yōu)化的程序代碼。圍繞著Simulink仿真核心所開發(fā)的應(yīng)用程序包，稱為模塊集（Blocksets）,MATLAB產(chǎn)品提供

10、許多專用模塊集，如Communication Blockset、DSP Blockset、SimPowerSystem Blockset、Signal Processing Blockset等，詳見MATLAB在線幫助文檔。MATLAB是MATLAB產(chǎn)品家族的計(jì)算核心與基礎(chǔ)，是集高性能數(shù)值計(jì)算與數(shù)據(jù)可視化于一體的高效編程語言。 MATLAB概述：組成共五十六頁MATLAB概述(i sh)：語言特點(diǎn)【例1-1】求的算術(shù)(sunsh)運(yùn)算結(jié)果 (5*(7-4)+6)/32ans = 2.3333% 用鍵盤在MATLAB指令窗輸入以上內(nèi)容，按Enter 鍵，該指令行即被執(zhí)行% 該指令行的結(jié)果會(huì)顯示在

11、指令窗中，如上共五十六頁MATLAB概述(i sh)：語言特點(diǎn)1.矩陣(j zhn)運(yùn)算功能MATLAB提供了豐富的矩陣運(yùn)算處理功能，是基于矩陣運(yùn)算的處理工具。變量 矩陣，運(yùn)算 矩陣的運(yùn)算例如 C = A + B ，A,B,C都是矩陣,是矩陣的加運(yùn)算即使一個(gè)常數(shù)，Y=5，MATLAB也看做是一個(gè)11的矩陣共五十六頁MATLAB概述(i sh)：語言特點(diǎn)1.矩陣運(yùn)算(yn sun)功能例： x1+2x2+4x3 = 2.13x1+ x2 - x3 = 3.6-x1+4x2+5x3 = -1.4Ax=bMATLAB解決：A=3 1 -1;1 2 4;-1 4 5;b=3.6;2.1;-1.4;x=

12、Ab %x=inv(A)*bx =1.4818 -0.4606 0.3848共五十六頁MATLAB概述(i sh)：語言特點(diǎn)2.符號(hào)(fho)運(yùn)算功能 用字符串進(jìn)行數(shù)學(xué)分析 允許變量不賦值而參與運(yùn)算 用于解代數(shù)方程、微積分、復(fù)合導(dǎo)數(shù)、積分、二重 積分、有理函數(shù)、微分方程、Taylor級(jí)數(shù)展開等 等，可求得解析符號(hào)解共五十六頁MATLAB概述(i sh)：語言特點(diǎn)例：MatLab 矩陣符號(hào)(fho)積分syms a b x;f=a*x, b*x2; 1/x, sin(x);int(f); The integral of f is 1/2*a*x2, 1/3*b*x3 log(x) , -cos(

13、x) 共五十六頁具有高層繪圖功能兩維、三維繪圖具有底層繪圖功能句柄繪圖使用(shyng)plot等函數(shù)可隨時(shí)將計(jì)算結(jié)果可視化MATLAB概述(i sh)：語言特點(diǎn)3.豐富的繪圖功能與計(jì)算結(jié)果的可視化共五十六頁MATLAB概述(i sh)：語言特點(diǎn)3.豐富(fngf)的繪圖功能與計(jì)算結(jié)果的可視化函數(shù)sin(2x)，、sin（x2），(sin(x）)2的圖形 共五十六頁MatLab 三維云圖(yn t)共五十六頁MatLab繪圖鏤空(lukng)效果鏤空(lukng) 效果t=linspace(0,2*pi,100); r=1-exp(-t/2).*cos(4*t);X,Y,Z=cylinder(

14、r,60);ii=find(X0&Y1/0Warning: Divide by zeroans = Inf（無窮大）共五十六頁MATLAB概述(i sh)：語言特點(diǎn)8.MATLAB的開放式可擴(kuò)充(kuchng)結(jié)構(gòu) MATLAB 所有函數(shù)都是開放的用戶可按自己意愿隨意更改9.強(qiáng)大的聯(lián)機(jī)檢索幫助系統(tǒng)可隨時(shí)檢索MATLAB函數(shù)可隨時(shí)查詢MATLAB函數(shù)的使用方法共五十六頁MATLAB操作界面一、主窗口(chungku)菜單欄：File、Edit、Debug、Desktop、Window和Help 各菜單項(xiàng)的選擇、執(zhí)行方法與Windows風(fēng)格完全相同工具欄： 12個(gè)命令按鈕和一個(gè)當(dāng)前路徑列表框子窗口

15、：命令窗口、工作空間管理(gunl)窗口 命令歷史窗口、當(dāng)前目錄窗口共五十六頁MATLAB操作界面命令(mng lng)窗口菜單欄工具欄工作(gngzu)空間窗口歷史命令窗口共五十六頁菜單項(xiàng)File，其功能如下(rxi):New 建立新文件Open M-File 打開M-文件Open selected 打開選定文件Save Workspace As 將工作區(qū)存為Run M-File 運(yùn)行 M-文件Look For Selected 尋找選定文件Print 打印Print Setup 打印設(shè)置Exit MATLAB 退出 MATLAB共五十六頁MATLAB操作界面輸入命令并顯示除圖形以外的所有執(zhí)

16、行結(jié)果?！啊?命令提示符命令后分號(hào)的作用(zuyng)命令行以回車結(jié)束1 命令(mng lng)窗口共五十六頁MATLAB操作界面一個(gè)(y )命令行可以輸入多條命令，命令之間以逗號(hào)或分號(hào)分隔例：p=15,m=35 p=15;m=35一個(gè)命令可以寫在多個(gè)物理行，續(xù)行符命令行的編輯可以使用控制鍵和方向鍵在命令窗口【Enter】鍵提交命令執(zhí)行。計(jì)算結(jié)果中的“ans”是英文“answer”的一種縮寫，其含義就是“運(yùn)算答案”。ans是Matlab的一個(gè)預(yù)定義變量。共五十六頁【例1-2】矩陣輸入(shr)方法。 T=1 2 3;4 5 6 ;7 8 9T = 1 2 3 4 5 6 7 8 9程序說明：

17、直接輸入矩陣時(shí)，矩陣元素用空格或逗號(hào)“，”分割，矩陣行用分號(hào)“；”隔離，MATLAB中對(duì)矩陣的維數(shù)會(huì)自動(dòng)(zdng)配置。變量T 會(huì)保存到MATLAB工作空間（Workspace），以備后用。共五十六頁MATLAB操作界面存儲(chǔ)各種變量和結(jié)果的內(nèi)存空間所有變量的名稱、大小(dxio)、字節(jié)數(shù)和變量類型說明可對(duì)變量進(jìn)行觀察、編輯、保存和刪除2、工作空間(kngjin)窗口共五十六頁MATLAB操作界面自動(dòng)保留自安裝起所有用過的命令的歷史記錄，并且還標(biāo)明了使用時(shí)間，方便(fngbin)用戶查詢通過雙擊命令可進(jìn)行歷史命令的再運(yùn)行通過方向鍵調(diào)用歷史命令重新編輯清除這些歷史記錄，可以選擇Edit菜單中的C

18、lear Command History命令。3、命令(mng lng)歷史記錄窗口共五十六頁MATLAB操作界面共五十六頁MATLAB操作界面 在當(dāng)前目錄窗口(chungku)中可顯示或改變當(dāng)前目錄，還可以顯示當(dāng)前目錄下的文件并提供搜索功能。此窗口(chungku)有五個(gè)按鈕鍵。4、當(dāng)前目錄窗口(chungku)共五十六頁MATLAB操作界面 主窗口左下角有一個(gè)Start按鈕，單擊該按鈕會(huì)彈出一個(gè)菜單，選擇其中的命令可以執(zhí)行MATLAB產(chǎn)品的各種工具，并且可以查閱MATLAB包含(bohn)的各種資源。5、Start菜單(ci dn)共五十六頁鍵 相應(yīng)快捷鍵功 能Ctrl+P回調(diào)上一行Ctr

19、l+N回調(diào)下一行Ctrl+B回移一個(gè)字符Ctrl+F前移一個(gè)字符Ctrl+Ctrl+R回移一個(gè)單詞Ctrl+Ctrl+L前移一個(gè)單詞Home Ctrl+A移到行首EndCtrl+E移到行尾EscCtrl+U刪除一行Ctrl+K從光標(biāo)處一直刪除到行尾表1-2指令(zhlng)窗快捷鍵共五十六頁P(yáng)ageUP向上翻一頁P(yáng)ageDown向下翻一頁Ctrl+Home移到指令窗的開始Ctrl+End移到指令窗的結(jié)束DeleteCtrl+D在指令光標(biāo)處的字符BackspaceCtrl+H在指令光標(biāo)前的字符Shift+Home選擇到一行的開始Shift+End選擇到一行的結(jié)束在選擇上按Enter鍵添加選擇內(nèi)容

20、并執(zhí)行在選擇上按Ctrl+Enter鍵在指令窗口中執(zhí)行并顯示共五十六頁【例1-3】相似指令的快捷(kui ji)輸入y= y1=sqrt(10)*sin(0.6*pi)/(2+sqrt(7)y1 = 0.6474 操作和計(jì)算結(jié)果會(huì)保存在指令歷史和工作空間。 如需調(diào)用(dioyng)前面輸入的指令重新運(yùn)行，或希望修改后再運(yùn)行，只要按“”，從指令歷史中調(diào)出到當(dāng)前輸入行。新的結(jié)果不會(huì)影響以前生成（非同名）變量的計(jì)算結(jié)果。 把y1改y2,把sin改成cos即可。 y2= sqrt(10)*cos(0.6*pi)/(2+sqrt(7) y2 = -0.2103共五十六頁MATLAB系統(tǒng)命令clc 清除命

21、令窗口的所有內(nèi)容who 列出當(dāng)前工作空間里的所有變量whos 列出變量名稱、大小、類型clear 清除工作空間所有變量help 函數(shù)名 ；顯示函數(shù)信息close 關(guān)閉當(dāng)前(dngqin)圖形窗口clf 清除當(dāng)前圖形窗口的內(nèi)容共五十六頁【例1-5】用clear清除(qngch)MATLAB內(nèi)存變量。clear T %清除變量x，如果指令clear T*，則清除所有以T為首(wishu)字符的變量whoYour variables are:y1 y2clear %清除所有的變量 在MATLAB中有一個(gè)專門用于工作間變量顯示、編輯等操作的圖形用戶界面，即工作間瀏覽器（Workspace Browse

22、r），如圖1-5所示。調(diào)用此瀏覽器的用途主要有：選擇桌面菜單DesktopWorkspace命令。在指令窗中運(yùn)行workspace指令。共五十六頁MATLAB幫助(bngzh)系統(tǒng) 單擊MATLAB主窗口工具欄中的Help按鈕。 選擇(xunz)Help菜單中的“MATLAB Help”選項(xiàng)。二、幫助窗口共五十六頁共五十六頁MATLAB幫助(bngzh)系統(tǒng)help %列出MATLAB的所有(suyu)幫助主題helpwin %打開MATLAB的幫助主題窗口help 函數(shù)名 %精確函數(shù)名lookfor 函數(shù)名 %模糊匹配一、幫助命令help fourier 尋找含有傅立葉變換的相關(guān)指令lookfor fouri 尋找所