matlab基礎(chǔ)知識(shí)課件

1、Matlab基礎(chǔ)介紹Matlab Matlab 的安裝與啟動(dòng)Matlab 編程基礎(chǔ)Matlab 在數(shù)字信號(hào)處理課程中的應(yīng)用1一 Matlab 簡(jiǎn)介Matlab名字是由Matrix和Laboratory兩個(gè)詞的前三個(gè)字母組合而成的,是由MathWorks公司于1982年推出的一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化數(shù)學(xué)軟件。Matlab編程運(yùn)算與人進(jìn)行科學(xué)計(jì)算的思路和表達(dá)方式完全一致。不象學(xué)習(xí)其它高級(jí)語(yǔ)言如Basic、Fortran和C等那樣難于掌握。其基本元素是矩陣 。具有強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算和圖示能力。具有豐富的工具箱（ToolBox)。在高校中，Matlab以成為數(shù)學(xué)，信息，控制等諸多學(xué)科有關(guān)課程的有效教學(xué)

2、工具。2 Matlab 的安裝3Matlab的啟動(dòng)4三 Matlab 編程基礎(chǔ)1 變量2 數(shù)組，向量與矩陣的創(chuàng)建和訪問3 部分特殊變量和常數(shù)4 部分常用運(yùn)算符5 Matlab的程序設(shè)計(jì)6 m文件的創(chuàng)建，保存7 基本數(shù)學(xué)函數(shù)和基本繪圖函數(shù)8 編程舉例53.1 變量變量無(wú)需定義即可使用。 變量名的大小寫是敏感的。 變量的第一個(gè)字符必須為英文字母，而且不超過31個(gè)字符。變量名可以包含下連字符、數(shù)字，但不能為空格符、標(biāo)點(diǎn) 。63.2 數(shù)組，向量與矩陣的創(chuàng)建和訪問在Matlab中,這三個(gè)概念在創(chuàng)建和顯示的時(shí)候沒有任何區(qū)別。向量的創(chuàng)建 要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)向量，在命令窗口下輸入： t=0:1:10屏幕顯示：t =

3、0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10注意： 向量的第一個(gè)元素的下標(biāo)是1，而不是0。T=0:1:10產(chǎn)生了010步長(zhǎng)為1的共11個(gè)數(shù)，保存在t(1),t(2),t(11)中。 7矩陣的創(chuàng)建 例如：創(chuàng)建一個(gè)33的矩陣，輸入 ： a=1 2 3;4 5 6;7 8 9 屏幕輸出a = 1 2 3 4 5 6 7 8 98訪問矩陣的某一個(gè)元素： a(3,2) ans= 8訪問矩陣某行(列）的所有元素：a(3,:) a(:,2)注意：這兩個(gè)符號(hào)分別是1*3行向量和3*1列向量 93.3部分特殊變量和常數(shù)ans 最近生成的無(wú)名結(jié)果eps 浮點(diǎn)數(shù)的相對(duì)誤差pi 3.14145926 i 虛數(shù)單位 j

4、 虛數(shù)單位Inf 無(wú)窮大，如n/0 103.4部分常用運(yùn)算符3.4.1 算術(shù)運(yùn)算符 加 減 * 乘(包括標(biāo)量乘，矩陣乘，標(biāo)量與矩陣乘) / 除(包括標(biāo)量除，矩陣除標(biāo)量，數(shù)組除標(biāo)量) 矩陣求冪（矩陣必須為方陣） .* 數(shù)組相乘 ./ 數(shù)組相除 . 數(shù)組求冪注意：.* ./ 表示兩個(gè)同維數(shù)組中的對(duì)應(yīng)元素做乘，除 . 表示對(duì)數(shù)組的每個(gè)元素求冪113.4.2 關(guān)系運(yùn)算符 小于 大于 = 大于等于 = 等于 = 不等于運(yùn)算法則：若關(guān)系式成立，結(jié)果為1； 若關(guān)系式不成立，結(jié)果為0。123.4.3 邏輯運(yùn)算符& 與 | 或 非運(yùn)算法則： 若邏輯真，結(jié)果為1； 若邏輯假，結(jié)果為0。133.4.4 其他常見符號(hào)

5、 = 變量賦值 % 注釋符 共軛轉(zhuǎn)置符 : 冒號(hào)運(yùn)算符 n:s:m 產(chǎn)生nm,步長(zhǎng)為s的序列，s可以為 正或負(fù)或者小數(shù)，默認(rèn)值為1。143.5 Matlab 程序設(shè)計(jì) Matlab的工作方式有二種 1. 交互式的指令操作方式。即用戶在命令窗口中輸入命令并按下回車鍵后，系統(tǒng)執(zhí)行該指令并立即給出運(yùn)算結(jié)果。 2. m文件的編程方式。m文件是由 matlab語(yǔ)句構(gòu)成的文件,且文件名必須以.m為擴(kuò)展名，如example.m。用戶可以用任何文件編輯器來(lái)對(duì)M文件進(jìn)行編輯。 15程序流程控制順序結(jié)構(gòu)：Matlab 從上到下依次執(zhí)行各語(yǔ)句，該結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單。循環(huán)結(jié)構(gòu)(1)for-end 循環(huán) 用于循環(huán)次數(shù)事先確定的

6、，格式為for i=n:s:m 語(yǔ)句體end s 為步長(zhǎng)，可以為正數(shù)，負(fù)數(shù)或小數(shù)。 16（2）while-end 循環(huán) 用于循環(huán)次數(shù)不能事先確定的，格式為 while 表達(dá)式 語(yǔ)句 體 end 只有表達(dá)式為真，就執(zhí)行語(yǔ)句體，表達(dá)式為假，終止該循環(huán)。17分支結(jié)構(gòu)（1） if 語(yǔ)句 格式為if 表達(dá)式1 語(yǔ)句體1elseif 表達(dá)式2 語(yǔ)句體2.else 語(yǔ)句體elseend 183.6 m文件的創(chuàng)建，保存 創(chuàng)建 【File】菜單下【New】菜單選項(xiàng)的【M-File】命 令 打開matlab的m文件編輯器窗口。 19保存 單擊M文件編輯器窗口工具欄中的【 Save】圖標(biāo)， 打開保存對(duì)話框 203.

7、7基本數(shù)學(xué)函數(shù)和基本繪圖函數(shù)sin cos tan cot exp log :自然對(duì)數(shù)log10: 常用對(duì)數(shù)Log2:以二為底的對(duì)數(shù)abs:取模conj:取共軛real:取實(shí)部 imag:取虛部21基本繪圖指令Matlab提供了強(qiáng)大的圖形繪制功能。在大多數(shù)情況下，用戶只需要指定繪圖的方式，提供繪圖數(shù)據(jù)，利用Matlab提供的豐富的二維，三維圖形函數(shù)，就可以繪制出所需的圖形。1繪制二維連續(xù)函數(shù) Matlab中最常用的繪圖函數(shù)是plot，plot的命令格式有以下幾種：22(1) plot(y) 當(dāng)y為一向量時(shí)，以y的序號(hào)作為x軸，按向量y的值繪制曲線。(2) plot(x,y) x,y均為向量時(shí)，

8、以x向量作為X軸，向量y作為Y軸繪制曲線。注意：x和y種元素的個(gè)數(shù)必須相同！23plot繪圖函數(shù)的叁數(shù) 字元 顏色字元 圖線型態(tài)y 黃色. 點(diǎn)k 黑色o 圓w 白色x xb 藍(lán)色+ +g 綠色* *r 紅色- 實(shí)線c 亮青色: 點(diǎn)線m 錳紫色-. 點(diǎn)虛線- 虛線242.繪制二維離散序列在Matlab用stem命令實(shí)現(xiàn)離散序列的繪制。 stem命令的格式有以下幾種:(1)stem(y)以x=1,2,3為各點(diǎn)數(shù)據(jù)的x坐標(biāo)，以y向量的各個(gè)對(duì)應(yīng)元素為y坐標(biāo)，在（X,Y）坐標(biāo)面畫一個(gè)空心小圓圈。(2)stem(x,y,filled) 以x向量的各個(gè)元素為x坐標(biāo)，以y向量的各個(gè)對(duì)應(yīng)元素為y坐標(biāo)，在（X,Y

9、）坐標(biāo)面畫一個(gè)實(shí)心小圓圈，并連接一條線段到X軸。253.8編程舉例 例一：畫出衰減震蕩曲線 及其包絡(luò)線 t的取值范圍是 程序如下： t=0:pi/50:4*pi; y0=exp(-t/3);y=exp(-t/3).*sin(3*t);plot(t,y,-r,t,y0,:b,t,-y0,:b)26程序運(yùn)行結(jié)果如下：27例二.用圖形表示連續(xù)調(diào)制波形及其包絡(luò)。程序如下：t=(0:pi/100:pi) %長(zhǎng)度為101的時(shí)間采樣列向量y1=sin(t)*1,-1; %包絡(luò)線函數(shù)值，是（101x2）的矩陣y2=sin(t).*sin(9*t); %長(zhǎng)度為101的調(diào)制波列向量t3=pi*(0:9)/9y3=

10、sin(t3).*sin(9*t3);plot(t,y1,r:,t,y2,b,t3,y3,bo) axis(0,pi,-1,1) %控制軸的范圍2829四 Matlab 在數(shù)字信號(hào)處理課程中的應(yīng)用舉例 常見連續(xù)信號(hào) 離散信號(hào) 離散卷積 LTI系統(tǒng)304.1 常見連續(xù)信號(hào) 周期信號(hào)：正弦信號(hào)，周期方波ex1. 產(chǎn)生一個(gè)幅度為2，頻率為4Hz,相位為 的正弦信號(hào) A=2;f=4;phi=pi/6;w0=2*pi*f;t=0:0.01:1;x=A*sin(w0*t+phi);plot(t,x);31非周期信號(hào)：指數(shù)信號(hào)，階躍信號(hào)，取樣函數(shù)Sa(x)等ex2. 產(chǎn)生一個(gè)高度為1，寬度為3，延時(shí)為2秒的

11、矩形脈沖 信號(hào)t=-2:0.02:6;plot(t,rectpuls(t-2,3);axis(-2,6,0,1.5);32ex3 取樣函數(shù)：用sinc(x)命令N=1000;t=-10:20/N:10;x=sinc(t/pi);plot(t,x);grid on3334隨機(jī)信號(hào)： rand產(chǎn)生均勻分布的白嘈聲，randn產(chǎn)生高斯分布的白嘈聲t=0:0.01:1;y=randn(1,length(t);plot(t,y);grid on;354.2離散信號(hào) 周期序列 ex4 產(chǎn)生一個(gè)幅度為2，頻率為4Hz,相位為 的正弦信號(hào) A=2;phi=pi/6;omega=2*pi/12;n=-10:10

12、;x=A*sin(omega*n+phi);stem(n,x,fill);grid on;36單位脈沖序列 和單位階躍序列u(n) 可以用ones(1,n)和zeros(1,n)來(lái)生成單位脈沖序列和單位階躍序列 ones(1,n)命令產(chǎn)生1行n列的1值 zeros(1,n)命令產(chǎn)生1行n列的0值 37ex5 產(chǎn)生單位脈沖序列 和單位階躍序列u(n-3) n=-2:30;x=zeros(1,5),1,zeros(1,27);y=zeros(1,5),ones(1,28);subplot(2,1,1);stem(n,x,fill);grid on;subplot(2,1,2)stem(n,y,fi

13、ll);grid on;384.3 離散卷積matlab 中卷積運(yùn)算的指令是c=conv(a,b),其中a和b是有限長(zhǎng)的序列。 ex6:計(jì)算下面兩個(gè)序列的卷積 a=-2 0 1 1 3; b=1 2 0 -1; 兩個(gè)序列的都從0開始的 a=-2 0 1 -1 3;b=1 2 0 -1;c=conv(a,b);M=length(c)-1;n=0:1:M;stem(n,c,fill);grid on; xlabel(Time index n);3940n=-3:3;x=3,11,7,0,-1,4,2;n=-1:4;y=2,3,0,-5,2,1;z=conv(x,y);n=-4:7;stem(n,z

14、);title(z(n)=x(n)*y(n);xlabel(n);ylable(z(n);grid on;4142% Read in the desired length of DFTk = input(Number of frequency points = );% Read in the numerator and denominator coefficientsnum = input(Numerator coefficients = );den = input(Denominator coefficients = );% Compute the frequency responsew =

15、 0:pi/k:pi;h = freqz(num, den, w);% Plot the frequency responsesubplot(2,2,1)plot(w/pi,real(h);gridtitle(Real part)DTFT43xlabel(omega/pi); ylabel(Amplitude)subplot(2,2,2)plot(w/pi,imag(h);gridtitle(Imaginary part)xlabel(omega/pi); ylabel(Amplitude)subplot(2,2,3)plot(w/pi,abs(h);gridtitle(Magnitude S

16、pectrum)xlabel(omega/pi); ylabel(Magnitude)subplot(2,2,4)plot(w/pi,angle(h);gridtitle(Phase Spectrum)xlabel(omega/pi); ylabel(Phase, radians)44454.4 LTI系統(tǒng)因果LTI系統(tǒng)的的零狀態(tài)響應(yīng)，在matlab中可以用函數(shù) y=filter(num,den,x) 實(shí)現(xiàn) 其中： num-系統(tǒng)傳遞函數(shù)分子系數(shù)組成的行向量 den- 系統(tǒng)傳遞函數(shù)分母系數(shù)組成的行向量 x-輸入的離散序列 y-輸出的離散序列，y的長(zhǎng)度與x的長(zhǎng)度一樣46因果LTI系統(tǒng)的的幅頻響應(yīng)和

17、相頻響應(yīng)曲線，在matlab中可以用函數(shù) freqz(num,den,n,Fs) 該函數(shù)可以同時(shí)作出幅頻和相頻響應(yīng)圖 其中： num-系統(tǒng)傳遞函數(shù)分子系數(shù)組成的行向量 den-系統(tǒng)傳遞函數(shù)分母系數(shù)組成的行向量 n-是頻率響應(yīng)的點(diǎn)數(shù)，最好為2的冪缺省值512 Fs-采樣頻率47ex7 已知一個(gè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 求系統(tǒng)單位沖激響應(yīng)hn，以及hn的幅頻相頻響應(yīng)圖N=64;x=1 zeros(1,N-1); %產(chǎn)生單位沖激函數(shù)num=0.008 -0.033 0.05 -0.033 0.008;den=1 2.37 2.7 1.6 0.41;y=filter(num,den,x); %計(jì)算單位沖激響應(yīng)figure(1);n=1:N;stem(n,y,fill);grid on; title(單位沖激響應(yīng));figure(2)Fs=1024;freqz(num,den,N,Fs);grid on; %做出幅頻和相頻響應(yīng)曲線4849實(shí)驗(yàn)一：熟悉MATLAB環(huán)境一。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?。學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單的矩陣輸入和數(shù)據(jù)讀寫；2。熟悉MATLAB的主要操作命令；3。掌握簡(jiǎn)單的繪圖命令；4。熟悉MATLAB編程并學(xué)會(huì)創(chuàng)建函數(shù)。二。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1。數(shù)組的加減乘除和乘方。輸入A=1234，B=3456，求C=A+