电子信息工程专业基础

1、武汉理工大学信号分析处理课程设计说明书专业基础实践课程设计任务书学生姓名:_ _专业班级: 电信 1302 班 指导教师: 工作单位: 信息工程学院 题 目: 专业基础实践第9套综合题初始条件:（1）提供实验室机房及其Matlab6.5以上版本软件； （2）MATLAB教程学习。要求完成的主要任务:(包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要求):（1）选择一本MATLAB教程，认真学习该教程的全部内容，包括基本使用方法、数组运算、矩阵运算、数学运算、程序设计、符号计算、图形绘制、GUI设计等内容；（2）对该套综合题的10道题，进行理论分析，针对具体设计部分的原理分析、建模、必要的

2、推导和可行性分析，画出程序设计框图，编写程序代码（含注释），上机调试运行程序，记录实验结果（含计算结果和图表）。（3）对实验结果进行分析和总结；（4）要求阅读相关参考文献不少于5篇；（5）根据课程设计有关规范，按时、独立完成课程设计说明书。时间安排: (1) 布置课程设计任务,查阅资料,学习MATLAB教程 十周； (2) 进行编程设计 一周； (3) 完成课程设计报告书 一周；指导教师签名: 年 月 日系主任(或责任教师)签名: 年 月 日目 录一、MATLAB概述.21.1MATLAB简介 .21.2 MATLAB的功能 .21.3MATLAB 的典型应用 .4二、设计题目：专业基础实践

3、第九套 .5三、设计内容 .63.1 题一 .63.2 题二 .63.3 题三 .73.4 题四 .93.5 题五 .143.6 题六 .153.7题七 .163.8 题八 .163.9 题九 .173.10题十 .18四、课程设计心得 .22五、参考文献 .23六、本科生课程设计成绩评定表 .24一、MATLAB概述1.1MATLAB简介MATLAB软件由美国Math Works公司于1984年推出，经过不断的发展和完善，如今己成为覆盖多个学科的国际公认的最优秀的数值计算仿真软件。MATLAB具备强大的数值计算能力，许多复杂的计算问题只需短短几行代码就可在MATLAB中实现。作为一个跨平台的

4、软件，MATLAB已推出Unix、Windows、Linux和Mac等十多种操作系统下的版本，大大方便了在不同操作系统平台下的研究工作。MATLAB软件具有很强的开放性和适应性。在保持内核不变的情况下，MATLAB可以针对不同的应用学科推出相应的工具箱(toolbox)，目前己经推出了图象处理工具箱、信号处理工具箱、小波工具箱、神经网络工具箱以及通信工具箱等多个学科的专用工具箱，极大地方便了不同学科的研究工作。国内已有越来越多的科研和技术人员认识到MATLAB的强大作用，并在不同的领域内使用MATLAB来快速实现科研构想和提高工作效率。 MATLAB提供了20类图像处理函数,涵盖了图像处理的包

5、括近期研究成果在内的几乎所有的技术方法,是学习和研究图像处理的人员难得的宝贵资料和加工工具箱。这些函数按其功能可分为:图像显示;图像文件I/O;图像算术运算;几何变换;图像登记;像素值与统计;图像分析;图像增强;线性滤波;线性二元滤波设计;图像去模糊;图像变换;邻域与块处理;灰度与二值图像的形态学运算;结构元素创建与处理;基于边缘的处理;色彩映射表操作;色彩空间变换;图像类型与类型转换。1.2MATLAB的功能 (1)强大的科学计算机数据处理能力MATLAB是一个包含大量计算算法的集合。其拥有600多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算功能。函数中所使用的算法都是科研

6、和工程计算中的最新研究成果，而前经过了各种优化和容错处理。在通常情况下，可以用它来代替底层编程语言，如C和C+ 。在计算要求相同的情况下，使用MATLAB的编程工作量会大大减少。MATLAB的这些函数集包括从最简单最基本的函数到诸如矩阵，特征向量、快速傅立叶变换的复杂函数。函数所能解决的问题其大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。(2)出色的图形处理功能图形处理功能MATLAB自产生之日起就具有方便的数据可视化功能，以将

7、向量和矩阵用图形表现出来，并且可以对图形进行标注和打印。高层次的作图包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。可用于科学计算和工程绘图。新版本的MATLAB对整个图形处理功能作了很大的改进和完善，使它不仅在一般数据可视化软件都具有的功能（例如二维曲线和三维曲面的绘制和处理等）方面更加完善，而且对于一些其他软件所没有的功能（例如图形的光照处理、色度处理以及四维数据的表现等），MATLAB同样表现了出色的处理能力。同时对一些特殊的可视化要求，例如图形对话等，MATLAB也有相应的功能函数，保证了用户不同层次的要求。另外新版本的MATLAB还着重在图形用户界面（GUI）的制作上作了很大的改

8、善，对这方面有特殊要求的用户也可以得到满足。(3)应用广泛的模块集合工具箱MATLAB对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集和工具箱。一般来说，它们都是由特定领域的专家开发的，用户可以直接使用工具箱学习、应用和评估不同的方法而不需要自己编写代码。目前，MATLAB已经把工具箱延伸到了科学研究和工程应用的诸多领域，诸如数据采集、数据库接口、概率统计、样条拟合、优化算法、偏微分方程求解、神经网络、小波分析、信号处理、图像处理、系统辨识、控制系统设计、LMI控制、鲁棒控制、模型预测、模糊逻辑、金融分析、地图工具、非线性控制设计、实时快速原型及半物理仿真、嵌入式系统开发、定点仿真、DSP与通讯、电力

9、系统仿真等，都在工具箱（Toolbox）家族中有了自己的一席之地。(4)实用的程序接口和发布平台新版本的MATLAB可以利用MATLAB编译器和C/C+数学库以及图形库，将自己的MATLAB程序自动转换为独立于MATLAB运行的C和C+的代码。允许用户编写可以和MATLAB进行交互的C或C+语言程序。另外，MATLAB网页服务程序还容许在Web应用中使用自己的MATLAB数学和图形程序。MATLAB的一个重要特色就是具有一套程序扩展系统和一组称之为工具箱的特殊应用子程序。工具箱是MATLAB函数的子程序库，每一个工具箱都是为某一类学科专业和应用而定制的，主要包括信号处理、控制系统、神经网络、模

10、糊逻辑、小波分析和系统仿真等方面的应用。1.3MATLAB的典型应用MATLAB的应用领域十分广阔，典型的应用举例如下：(1) 数据分析(2) 数值与符号计算；(3) 工程与科学绘图；(4) 控制系统设计；(5) 航天工业；(6) 汽车工业；(7) 生物医学工程；(8) 语音处理；(9) 图像与数字信号处理；(10) 财务、金融分析；二、设计题目：专业基础实践 第九套第9套题：专业基础实践课程设计91.求100,200之间第一个能被37整除的整数。2.绘制对数曲线y=log(2x)和指数函数y=x1/2曲线。3.求从1开始，能被3整除且不能被5整除的数之和，当结果大于2000时终止，并输出终止

11、时对应的整数值及总和。4.分析下面每条指令的功能并运行，观察执行结果。（1） X=0:0.15:6;Y=X.*exp(-X);plot(X,Y),xlabel(x), ylabel(y),title(y=x*exp(-x);（2） A=zeros(2,5)A(:)=-4:5L=abs(A)>3islogical(L)X=A(L)（3） A=2:5;6:9;10:13log2(A)（4） A=zeros(4,3)A(:)=1:12A=A*(1+i)A1=A.B1=A（5） A=ones(2,3)B=eye(3)C=magic(4)D=diag(C)E=repmat(C,1,3)5.利用wh

12、ileend循环结构编程求出1+3+5+191的值。6.求解线性方程组。7. 编写程序计算的值，其中的值为 -5 到 10 之间，以 0.5 为步长，通过循环语句实现。8. 0-100范围内生成均匀分布的10个各不相同的随机整数。9. 编写函数文件实现：输入为正三角形边长，输出为面积、内切圆半径、外接圆半径，要求help功能实现对函数功能说明，输入输出参数说明，同时用函数调用实现边长为5和7时的各项数值输出。10. 编写程序，实现功能为：创建独立图形窗口，实现窗口位置为(100, 100)，大小为（600,400），采用垂直多子图方式分别显示y=sinx, y=sin2x, y=sinx/x，

13、x为(0.01-10)pi，间隔为0.01pi。三、设计内容3.1 题一1.求100,200之间第一个能被37整除的整数。3.1.1.分析:利用for循环语句控制，并结合rem函数求得个符合条件的数。3.1.2.程序编码：for n=100:200 % 控制n从100开始以1为步长出个取值至200；if rem(n,37)=0 % 判断条件：整数对37取余不等于0continue % 结束本次循环，开始下一次循环end % if语句结束标志break % 跳出循环体执行下面的语句end3.1.3.程序执行结果如图3.1.4 .实验结果进行分析和总结： 利用for语句逐个去值，然后通过if语对r

14、em(n,37)=0进行判断,满足条件时，循环继续。不满足时，结束循环。输出n的值为 111.3.2 题二2.绘制对数曲线y=log(2x)和指数函数y=x1/2曲线。3.2.1. 分析: y=log(2x)与y=x1/2因分别选用log(x)函数和sqrt(x)函数，二维绘图函数中，函数plot的x轴、y轴均为线性刻度，可以选择。3.2.2. 程序编码： x=0.01:0.01:10;%定义自变量的起止值和步长 y1=log10(x*2); y2=sqrt(x); plot(x,y1,'k:',x,y2,'b-') % 绘制包括线型与颜色的曲线title(&#

15、39;电信1302 log(2x) and sqrt(x) curves'); % 标题xlabel('independent variable X'); % x轴标题ylabel('dependent variable Y'); % y轴标题text(1,0,'log(2x)'); % 图形部分含义说明text(4,1.5,'sqrt(x)'); % 图形部分含义说明legend('log(2x)','sqrt(x)'); % 图例说明 axis(0,10,-2,4); % 设定坐标范围3

16、.2.3. 程序执行结果如图图3-2-33.2.4 实验结果进行分析和总结：利用y1和y2分别表示两个函数，由于零的对数无意义，故取x的起始值为0.01。plot函数可以显示曲线图像。3.3 题三3.求从1开始，能被3整除且不能被5整除的数之和，当结果大于2000时终止，并输出终止时对应的整数值及总和。3.3.1. 分析:循环从“1”开始，“2000”结束。利用If语句挑选出能被3整除且不能被5整除的数，满足条件的数逐个相加。3.3.2. 程序编码：sum=0;j=0; %定义sum和j，并赋初值for i=1:2000 %用i 做循环自变量，范围为12000，步长默认为1if(mod(i,3

17、)=0&mod(i,5)=0) %判断是否能够被3整除且不能被5整除 j=j+1; a(j)=i;sum=sum+a(j); %满足条件的值相加b=a(j); %将满足条件的终止值赋给bendend b3.3.3. 程序执行结果如图3.3.4 实验结果进行分析和总结：主要是利用循环，循环从“1”开始，“2000”结束。利用If语句挑选出能被3整除且不能被5整除的数，满足条件的数逐个相加。最后输出终止时对应的整数值及总和。3.4题四4.分析下面每条指令的功能并运行，观察执行结果。3.4.1 X=0:0.15:6; Y=X.*exp(-X); plot(X,Y),xlabel('x

18、'), ylabel('y'),title('电信1302 y=x*exp(-x)');指令的分析及执行结果：（1） X=0:0.15:6 %X取值从0 到6 每隔0.15 取一个数Y=X.*exp(-X); %Y对于X 的表达式,求出X 对应下的Y 值plot(X,Y),xlabel('x'), ylabel('y'),title('电信1302 y=x*exp(-x)')3.4.2.A=zeros(2,5)A(:)=-4:5L=abs(A)>3islogical(L)X=A(L)指令的分析及执行结

19、果：A=zeros(2,5) %产生2x5 的全零矩阵A A(:)=-4:5 %将-4 到5依次赋值给矩阵A L=abs(A)>3 %判断A 内各元素绝对值是否大于3,大于返回1,小于返回0,并将返回值构成与A相同行列的矩阵Lislogical(L) %判断矩阵L 内是否为逻辑值,是返回1,不是则返回0 X=A(L) %将A 对应L 内为真的元素取出来,构成列向量X,即绝对值大于3的值取出3.4.3.A=2:5;6:9;10:13log2(A)指令的分析及执行结果： A=2:5;6:9;10:13 %分别按行输出数据25,69,1013 log2(A) %将A 内各元素幂以2 为底的结果

20、输出3.4.4.A=zeros(4,3)A(:)=1:12A=A*(1+i)A1=A.' B1=A' 指令的分析及执行结果： A=zeros(4,3) %产生4x3的全零矩阵A A(:)=1:12 %将1 到12依次赋值给A A=A*(1+i) %将A 各元素乘以(1+i),成为复数矩阵A1=A.' %令A1 成为A 的转置非共轭矩阵B1=A' %令B1 成为A 的转置共轭矩阵3.4.5.A=ones(2,3)B=eye(3)C=magic(4)D=diag(C)E=repmat(C,1,3)指令的分析及执行结果：A=ones(2,3) %产生一个2 x 3 全

21、1 矩阵AB=eye(3) %产生一个行列为3 单位方阵BC=magic(4) %产生行列为4×4的按116顺序排列方阵的对角线值交换后的方阵D=diag(C) %将C 的主对角元素取出形成列向量DE=repmat(C,1,3) %将C 看成一个元素,重复C 构成一个1 x 3 的矩阵E3.5 题五5.利用whileend循环结构编程求出1+3+5+191的值。3.5.1 分析：while语句    while语句的一般格式为：    while (条件)      

22、;   循环体语句    end    其执行过程为：若条件成立，则执行循环体语句，执行后再判断条件是否成立，如果不成立则跳出循环。3.5.2. 程序编码：sum=0;i=1;while i<=191 %判断i是否满足条件sum=sum+i; %若i满足条件，则加到sumi=i+2; %将i以步长2增加end sum %求输出sum3.5.3. 程序执行结果如图3.5.4 实验结果进行分析和总结本小题主要是理解whileend语句，理解其进行循环的条件以及何时终止循环。3.6 题六6.求解线性方程组3.6.1

23、. 分析: 可利用线性矩阵来求解方程组，即用常量组成的矩阵除以变量组成的矩阵，得到的矩阵即为方程组的解。3.6.2. 程序编码：A=2 3;3 2; %由变量组成的矩阵AB=1 -1; %由常量组成的矩阵BX=B/A %矩阵B除以矩阵A得到的矩阵X即为方程组的解3.6.3. 程序执行结果如图3.6.4 实验结果进行分析和总结矩阵线性方程组可用两组不同的矩阵方程表示，设X=x,y,矩阵A= A=2 3;3 2，B=1 -1为列向量，则AX=B。3.7 题七7. 编写程序计算的值，其中的值为 -5 到 10 之间，以 0.5 为步长，通过循环语句实现。3.7.1. 分析: 的值为 -5 到 10

24、之间，以 0.5 为步长，通过循环语句实现。所以有x=-5:0.5:10,然后由If语句实现循环。3.7.2. 程序编码：x=-5:0.5:10; %x依次循环取-5到10的步长为0.5的数if x>=0 y=x.3+5; %x满足条件x>=0时else y=-x.3+5; %x不满足条件x>=0时endxy3.7.3. 程序执行结果如图3-7-33.7.4. 实验结果进行分析和总结一连做下来，深深体会到了循环功能的强大。3.8 题八8. 0-100范围内生成均匀分布的10个各不相同的随机整数。3.8.1. 分析：随机数即利用函数randint( )3.8.2. 程序编码：r

25、andint(1,10,0,100) %在0-100范围内生成按1×10矩阵分布的10个各不相同的随机整数3.8.3. 程序执行结果如图3.8.4 实验结果进行分析和总结各类函数的基本功能要清楚，这样在用到的时候就能很快想到用哪个函数。3.9 题九9. 编写函数文件实现：输入为正三角形边长，输出为面积、内切圆半径、外接圆半径，要求help功能实现对函数功能说明，输入输出参数说明，同时用函数调用实现边长为5和7时的各项数值输出。3.9.1. 分析: 先建立M文件，选用函数文件，函数文件可以接收参数，也可以返回参数。3.9.2. 程序编码：先建立M文件,输入如下程序，保存名为fR.M的文件。再在命令窗口输入: >> fR(5) ，调用函数再在命令窗口输入: >> fR(7)，最后得到需要的结果采用help命令显示出注释说明：help fR3.9.3. 程序执行结果如图 3.9.4.实验结果进行分析和总结学会调用函数文件。3.10 题十10. 编写程序，实现功能为：创建独立图形窗口，实现窗口位置为(100, 100)，大小为（600,400），采用垂直多子图方式分别显示y=sinx, y=sin2x, y=sinx/x，x为(0.01-10)pi，间隔为0.01