MATLAB在電子信息課程中的應用.

1、MATLAB 在電子信息課程中的應用陳藝摘要：介紹了 MATLAB,并結合實例,詳 細探討了 MATLAB在電子信息課程中的應用。 關鍵詞:MATLAB;工具箱;仿真實驗; 電子信息課程引言:MATLAB 其功能強大,已成為數字信號處理等課程的主要工具軟 件,學習和掌握好 MATLAB 有助于專業(yè)課更好的學習。1.MATLAB 簡介 MATLAB 簡介 MATLAB 是由美國 mathworks 公司發(fā)布的主要面對科學計算、 可視化以及交 互式程序設計的高科技計算環(huán)境。它將數值分析、矩陣計算、科學數據可視化以及 非線性動態(tài)系統的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學研究

2、、工程設計以及必須進行有效數值計算的眾多科學領域提供了一種全面 的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統非交互式程序設計語言的編輯模式，代表了 當今國際科學計算軟件的先進水平。MATLAB 在數學類科技應用軟件中在數值計算方面首屈一指。MATLAB 可以進行矩陣運算、繪制函數和數據、實現算法、創(chuàng) 建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應用于工程計算、控制設計、信號 處理與通訊、信號檢測、金融建模設計與分析等領域。MATLAB 的基本數據單位是矩陣，它的指令表達式與數學、工程中常用的形式十分相似，故用 MATLAB 來解 算問題要比用C,FORTRAN 等語言完成相同的事情簡捷得多。在新的版本中

3、也加 入了對 C,FORTRAN,C+ JAVA 的支持。 可以直接調用，用戶也可以將自己編寫的 實用程序導入到 MATLAB 函數庫中方便自己以后調用。2.MATLAB 在電子信息課 程中的應用數字信號處理技術工程與科學繪圖控制系統的設計與仿真！訊系 統設計與仿真 2.1 MATLAB 在信號與系統中的應用信號與系統是電子信息類專業(yè) 的一門重要的專業(yè)基礎課。一方面，該課程涉及了許多基本分析方法，而掌握這些方 法就要不僅要有較好的數學基礎，而且要將大量的時間和精力花費在許多繁瑣的工 程計算上；將 Matlab 引入該課程，一些基本的分析方法便可用軟件來實現。二維傅立 葉變換是一個很復雜的數學運

4、算，如果采用 C 或 Visual C+語言編寫此變換的仿真 程序，需要對傅立葉變換有一個深入的理解，而且需要將數學公式按步驟編寫程序,1需要十幾條語句，但在 MATLAB 中，就不需要把精力放在編寫程序上，只需要一 條語句就可以實現傅立葉變換的仿真，語法格式如下：B=fft2(IB=fft2(l,m,n(1(2 其中 B=fft2(l 返回數據 I 的二維 fft 變換矩陣，輸入數據 I 和輸出數據 B 維數相同。B=fft2 (I,m,n 通過對數據 I 進行剪切或補零，按用戶指定的點數計算 fft,返回數據矩陣 B 的 大小為 mKn。通過上述語句，可見 MATLAB 用于信號與系統的實

5、驗仿真中是很方 便的。示例 1:通過傅里葉變換找出被隨機噪聲淹沒的信號頻率。設采樣頻率f=1000Hz,信號頻率分布在 50 100Hz 然后疊加隨機噪聲?？删帉懭缦碌腗ATLAB程序演示信號疊加噪聲前后的幅值譜分布：t=0:0.001:0.6;signal=sin(2*pi*50*t+cos(2*pi*100*t; noise=2*rand(size(t; sn=signal+noise;Ys=fft(sig nal,512; Yn=fft(s n,512; Ps=abs(Ys; Pn=abs(Y n; f=1000*(0:256/512; subplot(2,2,1;plot(t,sign

6、al; xlabel(時間(秒;title(不含噪聲信號;subplot(2,2,2;plot(t,sn; xlabel(時間(秒;title(含噪聲信號;subplot(2,2,3; plot(f,Ps(1:257; xlabel(頻 率(Hz; title(不含噪聲信號的幅值譜;subplot(2,2,4; plot(f,Pn(1:257; xlabel(頻率(Hz ;title(含噪聲信號的幅值譜;2上面的程序在 MATLAB 中執(zhí)行的結果如圖 1 所示,其中可以看到淹沒在時域噪 聲中明顯的信號峰值，這就是頻域分析的功效。2.2 MATLAB 在數字圖像處理中的 應用數字圖像處理課程起點

7、高，難度大，理論性很強。 所以在數字圖像處理課程中引 進 MATLAB 軟件。 MATLAB 有豐富的圖像處理工具箱，提供了一個很好的編程平 臺，可以更快、更好地掌握圖像處理的基本理論和分析方法。下面以邊緣檢測為例 來說明 MATLAB 在數字圖像處理課程中的應用。在數字圖像處理中常用的邊緣檢 測算子有Sobel 算子、 Robert 算子、 Prewitt 算子、 LOG 算子、 Canny 算子，在 MATLAB 中只需要將語句 BW=edge(I, sob 中的 sobel 修改為 roberts, prewitt,log 和 canny 算子就可以了，這樣就可以對同一幅圖像進行不同的邊

8、緣檢測，各個算子檢 測的結果以圖形的形式顯示，程序如下:I=imread(testpatl.png ;subplot(2,3,1,imshow(ltitle(原始圖像BW 仁 edge(I, sobel ;BW2=edge(l, roberts ;BW3=edge(l, prewitt ;BW4=edge(I, log ;subplot(2,3,2,imshow(BW1 算 tle(sobel子subplot(2,3,3,imshow(BW2title(算子 ertssubplot(2,3,4,imshow(BW3title(pre 算子 subplot(2,3,5,imshow(BW4tit

9、le ( 算 log子subplot(2,3,6,imshow(BW5title(算子 ni 程序運行結果見圖 2。圖 2 邊緣檢測示例圖 32.3 MATLAB 在自動控制原理中的應用 MATLAB 語言開發(fā)了控制系統工具箱,即 CONTROL 工具箱,并進一步設計了控制系統結構圖程序設計工具箱,即 SIMULINK 工具箱，使得 MATLAB 語言成為控制系統仿真分析的必要工具。SIMULINK 仿真環(huán)境是 MathWorks 軟件公司專門為 MATLAB 設計提供的結構圖 編程與系統仿真的專用工具，基本上不用編寫任何程序，只需調用所需模塊即可，并可 以修改模塊。中的參數值。該仿真環(huán)境下的

10、用戶程序其外觀就是控制系統的結構圖 操作就是依據結構圖作系統仿真。此仿真環(huán)境一方面是利用SIMULINK 提供的輸入信號 （信號源模塊對結構圖所描述的系統施加激勵；另一方面是利用 SIMULINK 提 供的輸出裝置（輸出口模塊獲得系統的輸出響應，即數據或時間響應曲線，成為圖形 化、模塊化方式的控制系統仿真。下面舉例說明MATLAB 在自動控制原理中的應用4。在 SIMULINK 仿真界面上作仿真結構圖（見圖 3,并作時域仿真，仿真參數 可以進行設置修改，和現實用仿真儀器進行參數調整是一樣的，這樣就可以得到在不 同情況下的仿真曲線了。如果仿真參數設置為：階躍時間為 1 s,初始值為 0,終止值為

11、 1,則仿真曲線見圖 4;如果仿真參數設置為：階躍時間為 2 s 初始值為 0,終止值為 10, 則仿真曲線見圖 5。從上面例子可以看出，采用 MATLAB 對自動控制原理中的內容 進行仿真是很方便的，不用搭建任何電子物理器件就可以進行仿真，同時仿真結果以 圖形的形式顯示。3.在通信原理中的應用對于通信系統的學習，一般需建立一個通信實驗室，購買 大量的實驗儀器，需要花費大量的人力和物力，而 MATLAB 的出現有效地緩解了這 一局面，使得通信系統的仿真可以在個人計算機上模擬實現，只需輸入不同的參數就 可以得到不同情況下系統的性能。1MATLAB 在通信領域得到越來越廣泛的應用，運用 MATLA

12、B 通信仿真工具箱可以對通信系統中的調制與解調，信號的頻譜分析以 及 FIR 濾波器的設計等進行仿真。下面以通信原理中的雙邊帶幅度調制的 Simulink仿真為例說明 MATLAB 在通信原理課程教學中的應用。？4示例 2:示例:圖 6 所示是雙邊帶頻帶幅度調制的系統仿真框圖。圖 7 給出了雙 邊帶頻帶幅度調制后信號的頻域圖，圖中可見載頻兩旁的邊帶成分。圖 8 給出了示 波器顯示的圖形，從上到下是解調波形、原始波形、調制波形。圖 6 雙邊帶頻帶幅度調制的系統仿真框圖圖 7 雙邊帶頻帶幅度調制后信號的頻域圖圖 8 雙邊帶頻帶幅 度調制仿真系統中示波器的波形圖 5三、結語目前 MATLAB 在我國

13、大學已得到了廣泛應用。為了更好地將MATLAB 融入到專業(yè)課 程的學習之中， 發(fā)揮 MATLAB 在專業(yè)課程教學中的作 用，采用 MATLAB 編程進行演示和仿真實驗，借助 MATLAB 仿真幫助解釋晦 澀難懂的概念以及理論知識，嘗試將仿真實驗融于專業(yè) 理論教學當中，理論和實驗相結合，使抽象的理論知識具體化、形象化。課后采用MATLAB 編程來完成課后習題、相應實驗以及課程設計，圍繞相關專業(yè)課題采用 MATLAB 進行仿真研 究等。對于那些由于實驗資源限制不能開出的專業(yè)實驗項目，也可以采用MATLAB 仿真實驗 的方法。參考文獻：【1】徐明遠，邵玉斌.MATLAB 仿真在通信與電子工程中的應用M.西安：西安電子科技大學出版社【2】陳懷琛.數