华北科技学院 MATLAB-01

1、MATLAB信号处理(xn ho ch l)技术电信(dinxn)系 陈文卓 2014年3月共五十六页1 课程(kchng)课程性质教学(jio xu)目标教学内容说课内容23教学方法考核方式教学设计选用教材参考资料教材共五十六页电信专业考查选修专业方向及专业前沿课程性质第六学期2学分实践性课程 32学时 共五十六页 信号(xnho)与系统 数字(shz)信号处理 C语言程序设计 专业课程设计 毕业设计 工作和深造 先修课程 后续课程 课程性质共五十六页教学目标掌握MATLAB的信号处理(xn ho ch l)工具掌握信号与系统基础知识利用MATLAB工具处理常用信号的变换、设计IIRFIR数

2、字滤波器了解平稳信号的分析方法共五十六页1.MATLAB语言概述(i sh) 2学时 2.MATLAB基本(jbn)语法 4学时 3.信号处理应用 14学时 4个实验 4.SIMULINK仿真 2学时 教学内容共五十六页 教 材内容(nirng)丰富重难点突出紧密联系实际MATLAB技术论坛/matlab中文论坛/forum.php共五十六页学教做探 究多媒体&实验(shyn)eCompany演 示讲 授案 例教学方法共五十六页 答疑时间和地点(ddin)：每周四下午4：00至5：30（崇实楼304） 推荐参考书 梁虹等.信号(xnho)与系统分析及MATLAB实现电子工业出版社 薛年喜.MA

3、TLAB在数字信号处理中的应用清华大学出版社 考核成绩=卷面成绩*70%+平时成绩30%考核方式：开卷考试 上机时间和地点：实验课表（崇实楼） 作业、考勤、上机课堂提问其他事项共五十六页MATLAB系统(xtng)环境MATLAB应用(yngyng)基础23MATLAB信号处理技术MATLAB绘图 1学习内容4信号处理工具箱共五十六页1 Matlab概述(i sh)内容 Matlab发展历史Matlab组成 产品家族(jiz)(Matlab family of products)Matlab 语言的特点 目的全面了解 Matlab软件包激发对Matlab软件的学习兴趣。共五十六页第一章 MAT

4、LAB语言(yyn)概述Matrix LaboratoryCleve Moler 博士(bsh)1980MathWorks 公司1984共五十六页MATLAB在美国已经作为大学工科学生必修的计算机语言之一 (C, FORTRAN, MATLAB)近年来，MATLAB语言已在我国推广使用，现在已应用于各学科研究部门和许多高等院校以高性能的数组运算（包括矩阵运算）为基础，实现了大多数数学算法(sun f)的高效运行和数据可视化，在用户可参与的情况下，各种专业领域的工具箱不断开发和完善，广泛应用于科学研究、工程应用，用于数值计算分析、系统建模与仿真。与Maple、Mathematica数学计算软件相

5、比，MATLAB以数值计算见长，而Maple等以符号运算见长，能给出解析解和任意精度解，而处理大量数据的能力远不如MATLAB. MATLAB概述(i sh)共五十六页 1992年 4.0 增加(zngji)了Simulink，Control，Neural Network，Signal Processing等专用工具箱 1993年 4.1 增加了符号(fho)运算功能 1997年 5.0 实现真正32位运算，加快数值计算，图形表现有效 2001年 6.0（R12） 2002年 6.5 (R13) Simulink升级到了5.0，性能很大提高,推出了JIT程序加速器，Matlab的计算速度明显提

6、高。 2005年 7.1(Release14 SP3) Simulink升级到了6.3，采用了更先进的 数学程序库，即“LAPACK”和“BLAS”。Matlab版本的发展共五十六页 MATLAB概述(i sh)：组成内核(ni h)语言系统开发环境图形系统数学函数库应用程序接口Simulink仿真工具箱控制系统工具箱信号处理工具箱通信工具箱共五十六页 MATLAB产品由若干模块组成，不同的模块完成(wn chng)不同的功能，其中有：MATLAB Compiler这种编译(biny)器可以将MATLAB程序文件编译(biny)生成标准的C/C+语言文件，而生成的标准的C/C+文件可以被任何一

7、种C/C+编译(biny)器编译(biny)生成函数库或可执行文件，以提高程序的运行效率。MATLABMATLAB ToolboxesMATLAB CompilerSimulinkSimulink BlocksetsReal-Time Workshop (RTW)StateflowStateflow Coder由这些模块产品之间的关系可以图1.1表示。图1.1 MATLAB产品体系结构围绕着MATLAB这个计算核心，形成了诸多针对不同应用领域的算法程序包，被称为专用工具箱（Toolbox），这些工具箱的列表以及每个工具箱的使用详见MATLAB在线帮助文档。MATLAB本身所提供的工具箱大概有4

8、0多个，另外还有其他公司或研究单位开发提供的工具箱，这些工具箱的总数已有100多个，而且新的工具箱还在不断增加。如果你有特别的应用领域，可以首先到网上查找是否已有相关的工具箱，很可能已有人将你要做的应用程序作成工具箱了。Simulink是窗口图形方式的、专门用于连续时间或离散时间的动态系统建模、分析和仿真的核心。Real-Time Workshop是一种实时代码生成工具，它能够根据Simulink模型生成程序源代码，并打包、编译所生成的源代码生成实时应用程序。 从现有的Simulink 和Stateflow自动生成C语言程序代码的功能、定点运算模块集（Fixed-point Blockset）

9、与C语言程序代码到VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language，一种标准的硬件电路设计语言 ）的自动转换功能，可以看出，高级的系統仿真或低级的芯片算法设计，都可用MATLAB、Simulink、Stateflow及相关的工具箱来完成。Stateflow是基于有限状态机理论针对复杂的事件驱动系统进行建模、仿真的工具。Stateflow Coder是基于Stateflow状态图生成高效、优化的程序代码。围绕着Simulink仿真核心所开发的应用程序包，称为模块集（Blocksets）,MATLAB产品提供

10、许多专用模块集，如Communication Blockset、DSP Blockset、SimPowerSystem Blockset、Signal Processing Blockset等，详见MATLAB在线帮助文档。MATLAB是MATLAB产品家族的计算核心与基础，是集高性能数值计算与数据可视化于一体的高效编程语言。 MATLAB概述：组成共五十六页MATLAB概述(i sh)：语言特点【例1-1】求的算术(sunsh)运算结果 (5*(7-4)+6)/32ans = 2.3333% 用键盘在MATLAB指令窗输入以上内容，按Enter 键，该指令行即被执行% 该指令行的结果会显示在

11、指令窗中，如上共五十六页MATLAB概述(i sh)：语言特点1.矩阵(j zhn)运算功能MATLAB提供了丰富的矩阵运算处理功能，是基于矩阵运算的处理工具。变量 矩阵，运算 矩阵的运算例如 C = A + B ，A,B,C都是矩阵,是矩阵的加运算即使一个常数，Y=5，MATLAB也看做是一个11的矩阵共五十六页MATLAB概述(i sh)：语言特点1.矩阵运算(yn sun)功能例： x1+2x2+4x3 = 2.13x1+ x2 - x3 = 3.6-x1+4x2+5x3 = -1.4Ax=bMATLAB解决：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共五十六页MATLAB概述(i sh)：语言特点2.符号(fho)运算功能 用字符串进行数学分析 允许变量不赋值而参与运算 用于解代数方程、微积分、复合导数、积分、二重 积分、有理函数、微分方程、Taylor级数展开等 等，可求得解析符号解共五十六页MATLAB概述(i sh)：语言特点例：MatLab 矩阵符号(fho)积分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) 共五十六页具有高层绘图功能两维、三维绘图具有底层绘图功能句柄绘图使用(shyng)plot等函数可随时将计算结果可视化MATLAB概述(i sh)：语言特点3.丰富的绘图功能与计算结果的可视化共五十六页MATLAB概述(i sh)：语言特点3.丰富(fngf)的绘图功能与计算结果的可视化函数sin(2x)，、sin（x2），(sin(x）)2的图形 共五十六页MatLab 三维云图(yn t)共五十六页MatLab绘图镂空(lukng)效果镂空(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（无穷大）共五十六页MATLAB概述(i sh)：语言特点8.MATLAB的开放式可扩充(kuchng)结构 MATLAB 所有函数都是开放的用户可按自己意愿随意更改9.强大的联机检索帮助系统可随时检索MATLAB函数可随时查询MATLAB函数的使用方法共五十六页MATLAB操作界面一、主窗口(chungku)菜单栏：File、Edit、Debug、Desktop、Window和Help 各菜单项的选择、执行方法与Windows风格完全相同工具栏： 12个命令按钮和一个当前路径列表框子窗口

15、：命令窗口、工作空间管理(gunl)窗口 命令历史窗口、当前目录窗口共五十六页MATLAB操作界面命令(mng lng)窗口菜单栏工具栏工作(gngzu)空间窗口历史命令窗口共五十六页菜单项File，其功能如下(rxi):New 建立新文件Open M-File 打开M-文件Open selected 打开选定文件Save Workspace As 将工作区存为Run M-File 运行 M-文件Look For Selected 寻找选定文件Print 打印Print Setup 打印设置Exit MATLAB 退出 MATLAB共五十六页MATLAB操作界面输入命令并显示除图形以外的所有执

16、行结果。“” 命令提示符命令后分号的作用(zuyng)命令行以回车结束1 命令(mng lng)窗口共五十六页MATLAB操作界面一个(y )命令行可以输入多条命令，命令之间以逗号或分号分隔例：p=15,m=35 p=15;m=35一个命令可以写在多个物理行，续行符命令行的编辑可以使用控制键和方向键在命令窗口【Enter】键提交命令执行。计算结果中的“ans”是英文“answer”的一种缩写，其含义就是“运算答案”。ans是Matlab的一个预定义变量。共五十六页【例1-2】矩阵输入(shr)方法。 T=1 2 3;4 5 6 ;7 8 9T = 1 2 3 4 5 6 7 8 9程序说明：

17、直接输入矩阵时，矩阵元素用空格或逗号“，”分割，矩阵行用分号“；”隔离，MATLAB中对矩阵的维数会自动(zdng)配置。变量T 会保存到MATLAB工作空间（Workspace），以备后用。共五十六页MATLAB操作界面存储各种变量和结果的内存空间所有变量的名称、大小(dxio)、字节数和变量类型说明可对变量进行观察、编辑、保存和删除2、工作空间(kngjin)窗口共五十六页MATLAB操作界面自动保留自安装起所有用过的命令的历史记录，并且还标明了使用时间，方便(fngbin)用户查询通过双击命令可进行历史命令的再运行通过方向键调用历史命令重新编辑清除这些历史记录，可以选择Edit菜单中的C

18、lear Command History命令。3、命令(mng lng)历史记录窗口共五十六页MATLAB操作界面共五十六页MATLAB操作界面 在当前目录窗口(chungku)中可显示或改变当前目录，还可以显示当前目录下的文件并提供搜索功能。此窗口(chungku)有五个按钮键。4、当前目录窗口(chungku)共五十六页MATLAB操作界面 主窗口左下角有一个Start按钮，单击该按钮会弹出一个菜单，选择其中的命令可以执行MATLAB产品的各种工具，并且可以查阅MATLAB包含(bohn)的各种资源。5、Start菜单(ci dn)共五十六页键 相应快捷键功 能Ctrl+P回调上一行Ctr

19、l+N回调下一行Ctrl+B回移一个字符Ctrl+F前移一个字符Ctrl+Ctrl+R回移一个单词Ctrl+Ctrl+L前移一个单词Home Ctrl+A移到行首EndCtrl+E移到行尾EscCtrl+U删除一行Ctrl+K从光标处一直删除到行尾表1-2指令(zhlng)窗快捷键共五十六页PageUP向上翻一页PageDown向下翻一页Ctrl+Home移到指令窗的开始Ctrl+End移到指令窗的结束DeleteCtrl+D在指令光标处的字符BackspaceCtrl+H在指令光标前的字符Shift+Home选择到一行的开始Shift+End选择到一行的结束在选择上按Enter键添加选择内容

20、并执行在选择上按Ctrl+Enter键在指令窗口中执行并显示共五十六页【例1-3】相似指令的快捷(kui ji)输入y= y1=sqrt(10)*sin(0.6*pi)/(2+sqrt(7)y1 = 0.6474 操作和计算结果会保存在指令历史和工作空间。 如需调用(dioyng)前面输入的指令重新运行，或希望修改后再运行，只要按“”，从指令历史中调出到当前输入行。新的结果不会影响以前生成（非同名）变量的计算结果。 把y1改y2,把sin改成cos即可。 y2= sqrt(10)*cos(0.6*pi)/(2+sqrt(7) y2 = -0.2103共五十六页MATLAB系统命令clc 清除命

21、令窗口的所有内容who 列出当前工作空间里的所有变量whos 列出变量名称、大小、类型clear 清除工作空间所有变量help 函数名 ；显示函数信息close 关闭当前(dngqin)图形窗口clf 清除当前图形窗口的内容共五十六页【例1-5】用clear清除(qngch)MATLAB内存变量。clear T %清除变量x，如果指令clear T*，则清除所有以T为首(wishu)字符的变量whoYour variables are:y1 y2clear %清除所有的变量 在MATLAB中有一个专门用于工作间变量显示、编辑等操作的图形用户界面，即工作间浏览器（Workspace Browse

22、r），如图1-5所示。调用此浏览器的用途主要有：选择桌面菜单DesktopWorkspace命令。在指令窗中运行workspace指令。共五十六页MATLAB帮助(bngzh)系统 单击MATLAB主窗口工具栏中的Help按钮。 选择(xunz)Help菜单中的“MATLAB Help”选项。二、帮助窗口共五十六页共五十六页MATLAB帮助(bngzh)系统help %列出MATLAB的所有(suyu)帮助主题helpwin %打开MATLAB的帮助主题窗口help 函数名 %精确函数名lookfor 函数名 %模糊匹配一、帮助命令help fourier 寻找含有傅立叶变换的相关指令lookfor fouri 寻找所