0信号与系统实验MATLAB部分学习导引.ppt

1、信号与系统实验信号与系统实验MATLAB部分学习导引部分学习导引目录第一次MATLAB实验及MATLAB介绍第二次MATLAB实验第三次MATLAB实验附加题及Simulink简介MATLAB程序示例Simulink示例MATLAB软件下载地址MATLAB部分实验报告具体要求第一次MATLAB实验熟悉熟悉MATLABMATLAB软件的环境软件的环境学习学习MATLABMATLAB软件的基本操作软件的基本操作完成实验教程完成实验教程P.152P.152的实验一、信号的产生及时的实验一、信号的产生及时间变量的变换中的实验题：间变量的变换中的实验题：l l必做题：必做题：1 1，3 3，4 4，5.

2、a5.a，7 7；选做题：其余几道；选做题：其余几道l l这些题目这些题目主要是让大家学会如何在主要是让大家学会如何在MATLABMATLAB中画出和中画出和表示出在信号与系统课程中所要遇到的各种信号。表示出在信号与系统课程中所要遇到的各种信号。以后的实验再在此基础上学习如何用以后的实验再在此基础上学习如何用MATLABMATLAB来对这来对这些信号进行处理、变换和分析的方法。些信号进行处理、变换和分析的方法。实验教程MATLAB部分的说明第一次实验应重点学习的章节：l l第第1 1章章MATLABMATLAB基础基础l l第第2 2章章MATLABMATLAB的应用开发环境的应用开发环境l

3、l第第4 4章应用章应用MATLABMATLAB绘图（绘图（4.14.1节）节）l l第第6 6章章MATLABMATLAB程序设计程序设计l l第第7 7章信号及其运算的章信号及其运算的MATLABMATLAB表示表示在实验教程第二部分，介绍了很多在MATLAB中进行信号与系统分析和处理的例子，希望大家通过这些例子的学习来掌握后面几次MATLAB实验题的做法。MATLAB实验的说明考虑到很多同学都是第一次接触MATLAB，为方便大家较快入门，在实验教程P.205的附录中给出了实验题的参考源程序（包括一些必要的注释，由“%”引起注释），同学们在做第一次实验时可以参考一下（后面几次实验最好自己编

4、程完成）。遇到问题时：查找MATLAB中的帮助；查阅实验教程的附录中参考源程序里的注释、第11章MATLAB实验常见问题解答及相关章节内容；询问指导老师；在本实验FTP上提问。MATLAB简介MATLABMATLAB是一种交互式的向量语言系统，其基本数据是一种交互式的向量语言系统，其基本数据单元是向量和矩阵。这使得利用单元是向量和矩阵。这使得利用MATLABMATLAB可以解决许可以解决许多科学与工程计算问题，特别是那些涉及向量和矩多科学与工程计算问题，特别是那些涉及向量和矩阵公式的问题。用阵公式的问题。用MATLABMATLAB编程求解问题，比用标量编程求解问题，比用标量非交互式语言如非交互

5、式语言如C C或或FORTRANFORTRAN语言编程求解同样问语言编程求解同样问题所花的时间要少得多。题所花的时间要少得多。MATLABMATLAB系系统统主主要要包包括括：开开发发环环境境；MATLABMATLAB数数学学函函数数库库及及工工具具箱箱（ToolboxToolbox）；MATLABMATLAB语语言言；绘绘图图功功能能；MATLABMATLAB应应用用程程序序接接口口（APIAPI）；SimulinkSimulink系系统统仿真软件包等。仿真软件包等。MATLABMATLAB具具有有以以下下特特点点：编编程程效效率率高高；用用户户使使用用方方便便；扩扩展展能能力力强强；语语句

6、句简简单单，内内涵涵丰丰富富；矩矩阵阵和和数数组组运运算高效方便；绘图算高效方便；绘图及图形界面及图形界面功能方便。功能方便。MATLAB的基本操作点击桌面上的MATLAB图标，或是点击开始程序MATLAB组中的MATLAB程序项，启动运行MATLAB，出来的界面即命令窗口（Command Window）。命令窗口是MATLAB的主窗口。当其中显示符号“”时，即代表系统已处于准备好接受命令的状态（“”即命令提示符），这时就可直接在该窗口内输入命令或运行源程序了。MATLAB的基本操作MATLABMATLAB的源程序是后缀为的源程序是后缀为.m.m的文件（的文件（MM文件），文件），这种这种MM

7、文件中采用的是文件中采用的是MATLABMATLAB所特有的一套语言所特有的一套语言规则。规则。MATLABMATLAB实验就是通过编辑和运行这种实验就是通过编辑和运行这种MM文文件来完成一些跟信号与系统相关的分析和处理工作。件来完成一些跟信号与系统相关的分析和处理工作。关于关于MM文件的意义，参见实验教程文件的意义，参见实验教程P.18P.18的的2.22.2节内容。节内容。在编辑和运行在编辑和运行.m.m源文件之前，要设置源文件之前，要设置MATLABMATLAB的当的当前工作目录和搜索路径：前工作目录和搜索路径：l l先新建一个目录，用来存放自己编的源程序。先新建一个目录，用来存放自己编

8、的源程序。l l然后打开然后打开MATLABMATLAB，按照实验教程，按照实验教程P.1920P.1920的的2.3.12.3.1节和节和2.3.22.3.2节中介绍的步骤和方法来设置节中介绍的步骤和方法来设置MATLABMATLAB的当前工作目录和搜索路径。的当前工作目录和搜索路径。MATLAB的基本操作如何编辑和运行如何编辑和运行MM文件文件l l在在MATLABMATLAB自带的编辑器自带的编辑器EditorEditor中编辑和运行中编辑和运行MM文件文件l l关于编辑和运行关于编辑和运行MM文件的步骤和方法，参见实验教程文件的步骤和方法，参见实验教程P.21P.21的的2.42.4节

9、内容节内容如何查找如何查找MATLABMATLAB的使用帮助的使用帮助l l若不清楚某个函数或命令的用法，可以在命令行窗口中输若不清楚某个函数或命令的用法，可以在命令行窗口中输入入help xxxhelp xxx命令（命令（xxxxxx为该函数或命令的名称）来得到帮助。为该函数或命令的名称）来得到帮助。比如输入比如输入help magichelp magic，即可看到，即可看到magicmagic函数的使用说明。函数的使用说明。l l还可以通过还可以通过lookfor xxxlookfor xxx命令来查找帮助。命令来查找帮助。l l也可以从也可以从MATLABMATLAB自带的自带的HELP

10、HELP系统（从菜单系统（从菜单Help Help MATLAB HelpMATLAB Help进入）查找相关帮助。进入）查找相关帮助。l l关于关于MATLABMATLAB的在线帮助，参见实验教程的在线帮助，参见实验教程P.27P.27的的2.62.6节内容。节内容。第二次MATLAB实验学习学习在在MATLABMATLAB中进行信号与系统分析和处理中进行信号与系统分析和处理的方法的方法完成实验教程完成实验教程P.153P.153的实验二和实验三中的实验题：的实验二和实验三中的实验题：l l实验二、实验二、离散线性时不变系统分析：离散线性时不变系统分析：必做题：必做题：2 2，3 3；选做题

11、：无。；选做题：无。l l实验三、离散时间傅里叶分析：实验三、离散时间傅里叶分析：必做题：必做题：1 1，2 2，3 3，4 4；选做题：；选做题：5 5，6 6，7 7。l l这些实验题这些实验题主要是让大家学会如何在主要是让大家学会如何在MATLABMATLAB中对离散时中对离散时间信号进行分析和处理的方法。间信号进行分析和处理的方法。第二次实验应重点学习的章节：第二次实验应重点学习的章节：l l第第8 8章时域分析的章时域分析的MATLABMATLAB实现实现l l第第9 9章频域分析的章频域分析的MATLABMATLAB实现实现第三次MATLAB实验继续学习在继续学习在MATLABMA

12、TLAB中进行信号与系统分析和处理的方法，中进行信号与系统分析和处理的方法，并加以小结并加以小结完成实验教程完成实验教程P.154P.154的实验四、实验五和实验六中的实验题：的实验四、实验五和实验六中的实验题：l l实验四、连续时间系统分析：实验四、连续时间系统分析：必做题：必做题：1 1；选做题：无。；选做题：无。l l实验五、采样：实验五、采样：必做题：必做题：2 2；选做题：无。；选做题：无。l l实验六、零极点分析：实验六、零极点分析：必做题：必做题：1 1；选做题：；选做题：2 2，3 3。l l这些实验题主要是让大家学会如何在这些实验题主要是让大家学会如何在MATLABMATLA

13、B中对连续时间信号进中对连续时间信号进行分析和处理的方法，以及如何利用行分析和处理的方法，以及如何利用MATLABMATLAB验证抽样定理验证抽样定理（NyquistNyquist定理），如何利用定理），如何利用MATLABMATLAB进行系统零极点分析的方法。进行系统零极点分析的方法。第三次实验应重点学习的章节：第三次实验应重点学习的章节：l l第第8 8章时域分析的章时域分析的MATLABMATLAB实现实现l l第第9 9章频域分析的章频域分析的MATLABMATLAB实现实现附加题自学并参考其它文献，利用MATLAB的Simulink中的相关Blockset（如Signal Proce

14、ssing Blockset），选择实验一到实验六中的至少一道必做题加以实现。最后包含在电子版实验报告及源代码压缩包中一并上传，并在压缩包文件名中注明“附加题”字样。根据自己实际情况，可做可不做！Simulink简介SimulinkSimulink是是MATLABMATLAB软件的扩展，它是软件的扩展，它是MATLABMATLAB中实中实现动态系统建模和仿真的一个软件包。现动态系统建模和仿真的一个软件包。SimulinkSimulink与与MATLABMATLAB语言的主要区别在于：其用户语言的主要区别在于：其用户交互接口基于交互接口基于WindowsWindows的模型化图形输入，这样使的模

15、型化图形输入，这样使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。而非语言的编程上。l l模型化图形输入：模型化图形输入：SimulinkSimulink提供了一套按功能分类的提供了一套按功能分类的基本系统模块（基本系统模块（BlocksetBlockset），用户只需知道模块的输），用户只需知道模块的输入、输出及模块的功能，而不必考察模块内部如何实入、输出及模块的功能，而不必考察模块内部如何实现；通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来现；通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型（以就可以构成所需要的系

16、统模型（以.mdl.mdl文件进行存取）文件进行存取），进而进行系统的仿真与分析。，进而进行系统的仿真与分析。Simulink简介SimulinkSimulink适适合合建建立立大大型型复复杂杂系系统统的的模模型型，它它为为仿仿真真系系统模型的界面组织与设计提供了强大的支持。统模型的界面组织与设计提供了强大的支持。一般而言，建立复杂系统模型有两种不同的思路：一般而言，建立复杂系统模型有两种不同的思路：1)1)自自下下向向上上的的设设计计思思路路：如如果果用用户户从从草草图图开开始始建建立立一一个个复复杂杂的的模模型型，可可以以先先建建底底层层模模型型块块，然然后后利利用已经建好的底层模型块生成

17、子系统及整个系统。用已经建好的底层模型块生成子系统及整个系统。2)2)自自顶顶向向下下的的设设计计思思路路：首首先先设设计计系系统统的的总总体体模模型型，然然后后再再进进行行细细节节设设计计。采采用用这这种种方方法法，可可以以在在顶顶层使用空的子系统块，然后再实现其具体的细节。层使用空的子系统块，然后再实现其具体的细节。MATLAB程序示例画出单位冲激序列及单位冲激函数：lab11a.m的源程序如下：%Impulse sequenceImpulse sequencesubplot(1,2,1);subplot(1,2,1);n=-10:10;n=-10:10;z=(n=0);z=(n=0);s

18、tem(n,z);stem(n,z);title(Impulse sequence);title(Impulse sequence);xlabel(n);ylabel(deltan);xlabel(n);ylabel(deltan);%Impulse function%Impulse functionsubplot(1,2,2);subplot(1,2,2);x=-10:0.1:10;x=-10:0.1:10;y=(x=0);y=(x=0);plot(x,y,r);plot(x,y,r);title(Impulse function);title(Impulse function);xlabe

19、l(x);ylabel(delta(x);xlabel(x);ylabel(delta(x);subplot(1,2,1);subplot(1,2,1);%将将当当前前的的绘绘图图窗窗口口分分成成1 1行行2 2列列的的两两块块绘绘图图区区域域，并并选选定定其其中中的的第第1 1块块（即即坐坐标标为为(1,1)(1,1)的的一一块块）准准备备开开始始在在其其上上作作图图；参参见见第第1111章章中中“MATLABMATLAB中中subplotsubplot函数的使用函数的使用”的介绍的介绍n=-10:10;%nn=-10:10;%n是一个整数向量（数组），从是一个整数向量（数组），从-10-1

20、0到到1010，增量为，增量为1 1，共有，共有2121个数，维数为个数，维数为1*211*21z=(n=0);%zz=(n=0);%z是一个跟是一个跟n n维数相同的向量，其中的每个数是维数相同的向量，其中的每个数是n n中对应位置处中对应位置处的整数与的整数与0 0比较相等与否的结果：比如比较相等与否的结果：比如n n的第的第1 1个数为个数为-10-10，与，与0 0比较的结果比较的结果为为FalseFalse（0 0），），因此相对应的因此相对应的z z的第的第1 1个数为个数为0 0；又如；又如n n的第的第1111个数为个数为0 0，与，与0 0比较的结果为比较的结果为TrueTr

21、ue（1 1），），因此相对应的因此相对应的z z的第的第1111个数为个数为1 1；依此类推。因为；依此类推。因为只有只有n n中的中的0 0这个元素对应的这个元素对应的z z中元素值为中元素值为1 1，其它，其它n n中元素对应的中元素对应的z z中元素值中元素值均为均为0 0，因此就实现了单位冲激序列。注意，因此就实现了单位冲激序列。注意，n=0n=0是一个向量的运算，即是一个向量的运算，即向量中的每个元素都要参与的运算向量中的每个元素都要参与的运算stem(n,z);%stem(n,z);%以向量以向量n n为横坐标的值序列，以向量为横坐标的值序列，以向量z z为纵坐标的值序列，分为纵

22、坐标的值序列，分别以别以n n中一元素及中一元素及z z中对应一元素为横纵坐标确定平面上的一个点，从而可中对应一元素为横纵坐标确定平面上的一个点，从而可以确定出平面上的一个点的序列。用以确定出平面上的一个点的序列。用MATLABMATLAB固有函数固有函数stemstem将这一个点的将这一个点的序列以离散的方式描画出来序列以离散的方式描画出来注释（以“%”引起）title(Impulse sequence);%title(Impulse sequence);%图的标题设为图的标题设为Impulse sequenceImpulse sequence（即冲激序列）即冲激序列）xlabel(n);y

23、label(deltan);%xlabel(n);ylabel(deltan);%图中图中x x轴标签为轴标签为“n n”，y y轴标签为轴标签为“nn”subplot(1,2,2);%subplot(1,2,2);%将当前的绘图窗口分成将当前的绘图窗口分成1 1行行2 2列的两块绘图区域，并选定列的两块绘图区域，并选定其中的第其中的第2 2块（即坐标为块（即坐标为(1,2)(1,2)的一块）准备开始在其上作图的一块）准备开始在其上作图x=-10:0.1:10;%xx=-10:0.1:10;%x是一个正实数向量（数组），从是一个正实数向量（数组），从-10-10到到1010，增量为，增量为0.

24、10.1y=(x=0);%y=(x=0);%跟上面的跟上面的“x=(n=0);x=(n=0);”同理，同理，y y是一个跟是一个跟x x维数相同的向量，维数相同的向量，只有只有x x中的中的0 0这个元素对应的这个元素对应的y y中元素值为中元素值为1 1，其它，其它x x中元素对应的中元素对应的y y中元素值中元素值均为均为0 0，因此就实现了单位冲激函数。注意，因此就实现了单位冲激函数。注意，x=0 x=0也是一个向量的运算也是一个向量的运算plot(x,y,r);%plot(x,y,r);%以向量以向量x x为横坐标的值序列，以向量为横坐标的值序列，以向量y y为纵坐标的值序列，分为纵坐

25、标的值序列，分别以别以x x中一元素及中一元素及y y中对应一元素为横纵坐标确定平面上的一个点，从而可中对应一元素为横纵坐标确定平面上的一个点，从而可以确定出平面上的一个点的序列。用以确定出平面上的一个点的序列。用MATLABMATLAB固有函数固有函数plotplot将这一个点的序将这一个点的序列以连续的方式互相连接描画出来。列以连续的方式互相连接描画出来。r r表示用红色描点、描线表示用红色描点、描线title(Impulse function);%title(Impulse function);%图的标题设为图的标题设为Impulse functionImpulse function（即

26、冲激函数）即冲激函数）xlabel(x);ylabel(delta(x);%xlabel(x);ylabel(delta(x);%图中图中x x轴标签为轴标签为“x x”，y y轴标签为轴标签为“(x)x)”注释（续）运行结果Simulink示例产生产生sincsinc函数和函数和diricdiric函数信号函数信号(分别用两种方法分别用两种方法)运行结果MATLAB软件下载地址本实验FTP：ftp:/sas:sas10.71.72.84缘网MATLAB部分实验报告具体要求MATLABMATLAB实验部分的实验报告的抬头格式要求：实验部分的实验报告的抬头格式要求：实验部分的实验报告的抬头格式要

27、求：实验部分的实验报告的抬头格式要求：l l写明理论课教师姓名写明理论课教师姓名l l写明做实验的时间（包括单周还是双周，周几，第几节课）写明做实验的时间（包括单周还是双周，周几，第几节课）l l写明姓名，专业，学号写明姓名，专业，学号MATLABMATLAB实验部分的实验报告的内容要求：实验部分的实验报告的内容要求：实验部分的实验报告的内容要求：实验部分的实验报告的内容要求：l l必做题及其源代码（必做题及其源代码（.m.m文件）程序清单（最好给你所认为的那些比较重要的关键语文件）程序清单（最好给你所认为的那些比较重要的关键语句加上一些必要的注释来说明其功能）（希望大家尽量开动自己的脑筋，按

28、照自己句加上一些必要的注释来说明其功能）（希望大家尽量开动自己的脑筋，按照自己的理解来编程，而不要全部照抄后面的参考源程序）的理解来编程，而不要全部照抄后面的参考源程序）l l写明实验结果（波形图或数值等）写明实验结果（波形图或数值等）MATLABMATLAB实验部分的电子版实验报告的上传文件要求：实验部分的电子版实验报告的上传文件要求：实验部分的电子版实验报告的上传文件要求：实验部分的电子版实验报告的上传文件要求：l l请将电子版实验报告跟实验源代码（请将电子版实验报告跟实验源代码（.m.m文件）打成一个压缩包上传（如做了选做题文件）打成一个压缩包上传（如做了选做题或附加题的话也请一起上传，

29、并在压缩包文件名中注明或附加题的话也请一起上传，并在压缩包文件名中注明“选做题选做题”或或“附加题附加题”字字样）。样）。l l完整的电子版压缩包文件的命名格式为：完整的电子版压缩包文件的命名格式为：理论课教师姓名理论课教师姓名-做实验时间单做实验时间单/双周周几第几节课双周周几第几节课-专业专业-学号学号-姓名姓名.rar.rar例如：例如：崔宁崔宁-双周一第双周一第910910节节-电子信息工程（信电系）电子信息工程（信电系）-303xxxxxxx-303xxxxxxx-yyyyyy.rar.rar注：在最后一次实验做完后一周内通过注：在最后一次实验做完后一周内通过注：在最后一次实验做完后一周内通过注：在最后一次实验做完后一周内通过本实验本实验本实验本实验FTPFTP上传，届时开放上传权限。上传，届时开放上传权限。上传，届时开放上传权限。上传，届时开放上传权限。