DSP的MATLAB基礎(chǔ).ppt

Matlab基礎(chǔ)介紹,Matlab 簡介 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,一 Matlab 簡介,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)工具。,Matlab 的安裝,Matlab的啟動(dòng),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,3.1 變量,變量無需定義即可使用。 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) 。,3.2 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 = 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步長為1的共11個(gè)數(shù)，保存在t(1),t(2),t(11)中。,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 9,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,3.3部分特殊變量和常數(shù),ans 最近生成的無名結(jié)果 eps 浮點(diǎn)數(shù)的相對(duì)誤差 pi 3.14145926 i 虛數(shù)單位 j 虛數(shù)單位 Inf 無窮大，如n/0,3.4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,3.4.2 關(guān)系運(yùn)算符, 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。,3.4.3 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。,3.4.4 其他常見符號(hào),= 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,步長為s的序列，s可以為 正或負(fù)或者小數(shù)，默認(rèn)值為1。,3.5 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對(duì)M文件進(jìn)行編輯。,程序流程控制,順序結(jié)構(gòu)：Matlab 從上到下依次執(zhí)行各語句，該結(jié)構(gòu)最簡單。 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，格式為 for i=n:s:m 語句體 end s 為步長，可以為正數(shù)，負(fù)數(shù)或小數(shù)。,（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 語句 體 end 只有表達(dá)式為真，就執(zhí)行語句體，表達(dá)式為假，終止該循環(huán)。,分支結(jié)構(gòu) （1） if 語句 格式為 if 表達(dá)式1 語句體1 elseif 表達(dá)式2 語句體2 else 語句體else end,3.6 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。,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,3.7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:以10為底的對(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,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：,(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)，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！,2.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）坐標(biāo)面畫一個(gè)實(shí)心小圓圈，并連接一條線段到X軸。,3.8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：,程序運(yùn)行結(jié)果如下：,例二.用圖形表示連續(xù)調(diào)制波形 及其包絡(luò)。 程序如下：,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),4.1 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),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秒的矩形脈沖 信號(hào),ex3 取樣函數(shù)：用sinc(x)命令,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,4.2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),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,ex5 產(chǎn)生單位脈沖序列 和單位階躍序列u(n-3),4.3 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,4.4 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的長度與x的長度一樣,因果LTI系統(tǒng)的幅頻響應(yīng)和相頻響應(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,ex7 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,MATLAB 函數(shù)要求,各部分重要函數(shù)要求,基本函數(shù)要求, MATLAB 基本函數(shù)操作，如循環(huán)操作，繪圖操作等，考點(diǎn)包括這些基本函數(shù)的功能，參數(shù)操作，如何使用等。,DSP基本函數(shù), DSP 常見函數(shù)基本操作：各種序列產(chǎn)生函數(shù)。 DSP 常見函數(shù)基本操作： DTFT 計(jì)算， DFT 計(jì)算， IDFT 計(jì)算，基于 DFT 的線性卷積計(jì)算。 DSP 常見函數(shù)基本操作：系統(tǒng)傳遞函數(shù)（用有理分式表達(dá)的 Z 變換）的零極點(diǎn)計(jì)算、收斂域計(jì)算，用部分分式展開法求反 Z 變換等。,DSP基本函數(shù), DSP 常見函數(shù)基本操作：模擬濾波器設(shè)計(jì)函數(shù)，包括 Butterworth 濾波器，第一型 Chebyshev 濾波器，第二型 Chebyshev 濾波器，橢圓濾波器等，能夠利用這些函數(shù)進(jìn)行模擬低通濾波器設(shè)計(jì)。,DSP基本函數(shù), DSP 常見函數(shù)基本操作：使 MATLAB 進(jìn)行數(shù)字