DSP的MATLAB基础.ppt

Matlab基础介绍 Matlab简介Matlab的安装与启动Matlab编程基础Matlab在数字信号处理课程中的应用 一Matlab简介 Matlab名字是由Matrix和Laboratory两个词的前三个字母组合而成的 是由MathWorks公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化数学软件 Matlab编程运算与人进行科学计算的思路和表达方式完全一致 不象学习其它高级语言如Basic Fortran和C等那样难于掌握 其基本元素是矩阵 具有强大的数值计算和图示能力 具有丰富的工具箱 ToolBox 在高校中 Matlab以成为数学 信息 控制等诸多学科有关课程的有效教学工具 Matlab的安装 Matlab的启动 三Matlab编程基础 1变量2数组 向量与矩阵的创建和访问3部分特殊变量和常数4部分常用运算符5Matlab的程序设计6m文件的创建 保存7基本数学函数和基本绘图函数8编程举例 3 1变量 变量无需定义即可使用 变量名的大小写是敏感的 变量的第一个字符必须为英文字母 而且不超过31个字符 变量名可以包含下连字符 数字 但不能为空格符 标点 3 2数组 向量与矩阵的创建和访问 在Matlab中 这三个概念在创建和显示的时候没有任何区别 向量的创建要创建一个向量 在命令窗口下输入 t 0 1 10屏幕显示 t 012345678910注意 向量的第一个元素的下标是1 而不是0 T 0 1 10产生了0 10步长为1的共11个数 保存在t 1 t 2 t 11 中 矩阵的创建例如 创建一个3 3的矩阵 输入 a 123 456 789 屏幕输出a 123456789 访问矩阵的某一个元素 a 3 2 ans 8访问矩阵某行 列 的所有元素 a 3 a 2 注意 这两个符号分别是1 3行向量和3 1列向量 3 3部分特殊变量和常数 ans最近生成的无名结果eps浮点数的相对误差pi3 14145926i虚数单位j虚数单位Inf无穷大 如n 0 3 4部分常用运算符 3 4 1算术运算符 加 减 乘 包括标量乘 矩阵乘 标量与矩阵乘 除 包括标量除 矩阵除标量 数组除标量 矩阵求幂 矩阵必须为方阵 数组相乘 数组相除 数组求幂注意 表示两个同维数组中的对应元素做乘 除 表示对数组的每个元素求幂 3 4 2关系运算符 大于 大于等于 等于 不等于运算法则 若关系式成立 结果为1 若关系式不成立 结果为0 3 4 3逻辑运算符 与 或 非运算法则 若逻辑真 结果为1 若逻辑假 结果为0 3 4 4其他常见符号 变量赋值 注释符 共轭转置符 冒号运算符n s m产生n m 步长为s的序列 s可以为正或负或者小数 默认值为1 3 5Matlab程序设计 Matlab的工作方式有二种1 交互式的指令操作方式 即用户在命令窗口中输入命令并按下回车键后 系统执行该指令并立即给出运算结果 2 m文件的编程方式 m文件是由matlab语句构成的文件 且文件名必须以 m为扩展名 如example m 用户可以用任何文件编辑器来对M文件进行编辑 程序流程控制 顺序结构 Matlab从上到下依次执行各语句 该结构最简单 循环结构 1 for end循环用于循环次数事先确定的 格式为fori n s m语句体ends为步长 可以为正数 负数或小数 2 while end循环用于循环次数不能事先确定的 格式为while表达式语句体end只有表达式为真 就执行语句体 表达式为假 终止该循环 分支结构 1 if语句格式为if表达式1语句体1elseif表达式2语句体2 else语句体elseend 3 6m文件的创建 保存 创建 File 菜单下 New 菜单选项的 M File 命令打开matlab的m文件编辑器窗口 保存单击M文件编辑器窗口工具栏中的 Save 图标 打开保存对话框 3 7基本数学函数和基本绘图函数 sincostancotexplog 自然对数log10 以10为底的对数Log2 以二为底的对数abs 取模conj 取共轭real 取实部imag 取虚部 基本绘图指令 Matlab提供了强大的图形绘制功能 在大多数情况下 用户只需要指定绘图的方式 提供绘图数据 利用Matlab提供的丰富的二维 三维图形函数 就可以绘制出所需的图形 1 绘制二维连续函数Matlab中最常用的绘图函数是plot plot的命令格式有以下几种 1 plot y 当y为一向量时 以y的序号作为x轴 按向量y的值绘制曲线 2 plot x y x y均为向量时 以x向量作为X轴 向量y作为Y轴绘制曲线 注意 x和y种元素的个数必须相同 2 绘制二维离散序列 在Matlab用stem命令实现离散序列的绘制 stem命令的格式有以下几种 1 stem y 以x 1 2 3 为各点数据的x坐标 以y向量的各个对应元素为y坐标 在 X Y 坐标面画一个空心小圆圈 2 stem x y filled 以x向量的各个元素为x坐标 以y向量的各个对应元素为y坐标 在 X Y 坐标面画一个实心小圆圈 并连接一条线段到X轴 3 8编程举例 例一 画出衰减震荡曲线及其包络线t的取值范围是程序如下 程序运行结果如下 例二 用图形表示连续调制波形及其包络 程序如下 四Matlab在数字信号处理课程中的应用举例 常见连续信号离散信号离散卷积LTI系统 4 1常见连续信号 周期信号 正弦信号 周期方波ex1 产生一个幅度为2 频率为4Hz 相位为的正弦信号 非周期信号 指数信号 阶跃信号 取样函数Sa x 等ex2 产生一个高度为1 宽度为3 延时为2秒的矩形脉冲信号 ex3取样函数 用sinc x 命令 随机信号 rand产生均匀分布的白嘈声 randn产生高斯分布的白嘈声 4 2离散信号 周期序列ex4产生一个幅度为2 频率为4Hz 相位为的正弦信号 单位脉冲序列和单位阶跃序列u n 可以用ones 1 n 和zeros 1 n 来生成单位脉冲序列和单位阶跃序列ones 1 n 命令产生1行n列的1值zeros 1 n 命令产生1行n列的0值 ex5产生单位脉冲序列和单位阶跃序列u n 3 4 3离散卷积 matlab中卷积运算的指令是c conv a b 其中a和b是有限长的序列 ex6 计算下面两个序列的卷积a 201 13 b 120 1 两个序列的都从0开始的 4 4LTI系统 因果LTI系统的的零状态响应 在matlab中可以用函数y filter num den x 实现其中 num 系统传递函数分子系数组成的行向量den 系统传递函数分母系数组成的行向量x 输入的离散序列y 输出的离散序列 y的长度与x的长度一样 因果LTI系统的幅频响应和相频响应曲线 在matlab中可以用函数freqz num den n Fs 该函数可以同时作出幅频和相频响应图其中 num 系统传递函数分子系数组成的行向量den 系统传递函数分母系数组成的行向量n 是频率响应的点数 最好为2的幂缺省值512Fs 采样频率 ex7已知一个系统的传递函数为求系统单位冲激响应h n 以及h n 的幅频相频响应图 MATLAB函数要求 各部分重要函数要求 基本函数要求 MATLAB基本函数操作 如循环操作 绘图操作等 考点包括这些基本函数的功能 参数操作 如何使用等 DSP基本函数 DSP常见函数基本操作 各种序列产生函数 DSP常见函数基本操作 DTFT计算 DFT计算 IDFT计算 基于DFT的线性卷积计算 DSP常见函数基本操作 系统传递函数 用有理分式表达的Z变换 的零极点计算 收敛域计算 用部分分式展开法求反Z变换等 DSP基本函数 DSP常见函数基本操作 模拟滤波器设计函数 包括Butterworth滤波器 第一型Chebyshev滤波器 第二型Chebyshev滤波器 椭圆滤波器等 能够利用这些函数进行模拟低通滤波器设计 DSP基本函数 DSP常见函数基本操作 使MATLAB进行数字滤波器基本结构的实现 包括对FIR和IIR系统进行因式分解得到二阶系统的积联及对它们进行并联实现 DSP基本函数 DSP常见函数基本操作 数字滤波器设计函数 包括IIR和FIR的阶数估计 滤波器设计等 能够利用这些函数进行数字低通滤波器设计 DSP常见函数基本操作 能够对直接型IIR滤波器和直接型FIR滤波器设计进行仿真验证 FFT计算函数