《MATLAB7 基礎(chǔ)教程》課件第1章

1.1MATLABR2007a簡介1.2桌面工具與開發(fā)環(huán)境1.3編輯/調(diào)試器1.4幫助系統(tǒng)

MATLABR2007a版本對R2006b版本的MATLAB與Simulink進行了更新，并且還對其他82項產(chǎn)品進行了更新和錯誤修正。R2007a還增加了對基于Intel的Mac、WindowsVista及64位SunSolarisSPARC平臺的支持。

MATLAB產(chǎn)品系列包括以下新功能：

●支持多核或多處理器系統(tǒng)，實現(xiàn)主要MATLAB數(shù)學函數(shù)的多線程計算；

●通過分布式計算工具箱，可同時在四個MATLAB會話中運行并行算法；

●在統(tǒng)計工具箱中提供新的分類和數(shù)據(jù)集數(shù)組；1.1MATLABR2007a簡介●定點工具箱使C語言的編譯速度加快；

●在控制系統(tǒng)工具箱中實現(xiàn)帶延遲控制環(huán)路的精確建模與分析；

●通過系統(tǒng)辨識工具箱生成非線性模型；

●支持遺傳算法和直接查找工具箱中的模擬退火算法。

Simulink產(chǎn)品系列中的新功能包括：

●?Simulink、信號處理模塊庫、EmbeddedMATLABFunctionBlock、視頻和圖像處理模塊庫以及Real-Time

Workshop等支持多維信號；

●改進了Real-TimeWorkshopEmbeddedCoder中的代碼效率和MISRA-C支持；

●為SimulinkFixedPoint中定點系統(tǒng)的分析和定標提供了新的圖形界面；

●在SimEvents中提供向量和矩陣支持；

●推出一個新的多疇物理建模產(chǎn)品Simscape。1.1.1MATLAB的新版本特性

MATLABR2007a包含MATLAB7.4和Simulink6.6的更新。本小節(jié)將對這些更新做詳細的介紹。

1．MATLAB7.4

1)開發(fā)環(huán)境

●編輯器中增強了分隔符匹配，包括語言構(gòu)造如for、if和switch；

●能夠自動整理編輯器中的M-Lint警告信息子集；●增強Windows和Linux平臺上的桌面工具管理，包括最大化和隱藏工具的功能；

●支持數(shù)組編輯器中的撤消和重復操作，以及用于交互式操作的即時更正；

●在未評估代碼時也能夠發(fā)布M代碼函數(shù)；

●能夠從WindowsExplorer中將MATLAB文件打開到已經(jīng)正在運行的MATLAB；

●當前版本的幫助瀏覽器搜索結(jié)果中也包括了演示。

2)語言和編程

●新的inputParser類，使得解析和驗證M文件函數(shù)輸入?yún)⒘扛鼮槿菀祝?/p>

●新的assert函數(shù)，如果條件不是真，則發(fā)出錯誤，允許代碼內(nèi)建測試；

●新的verLessThan函數(shù)，可檢查MATLAB的版本，讓用戶更容易地編寫在多個版本中運行的代碼；

●將參量編號到格式化字符串函數(shù)(例如sprintf)，無需在如轉(zhuǎn)換等應用程序中對參數(shù)進行重新排序。

3)數(shù)學

●新的bsxfun函數(shù)，為需要單個擴展的二進制運算實現(xiàn)更簡單的代碼編寫和更高的性能；

●新的ilu函數(shù)，用于執(zhí)行不完全LU因數(shù)分解，以作為稀疏迭代方法的預調(diào)節(jié)器。

4)文件I/O和外部接口

●?textscan函數(shù)新的CollectOutput選項，用于自動搜集單個數(shù)組中相同數(shù)據(jù)類型的值；

●能夠程序化連接到一個COMAutomation服務器的實例，使用自定義界面創(chuàng)建Automation服務器，并且充分利用事件界面。

5)性能和大數(shù)據(jù)集處理

●支持多個線性代數(shù)和元素方式數(shù)值運算的多線程計算，可以在多核和多處理器系統(tǒng)上提升性能；

●所有平臺上的優(yōu)化基本線性代數(shù)子程序(BLAS)庫的版本得到升級；

●提升WindowsXP64位平臺的性能；

●對于Solaris，支持64位MATLAB，允許處理更大的數(shù)據(jù)集。

2．Simulink6.6

1)多維信號支持

●對創(chuàng)建、使用和記錄二維以上的信號的模型提供仿真和代碼生成支持；

●用于處理多維信號PermuteDimensions和Squeeze模塊；

●增強Assignment、Selector、Concatenate以及其他模塊的功能以支持二維以上的信號。

2)大型建模

●配置集引用可在模型引用層次中的模型之間共享配置集；

●模型引用現(xiàn)在支持非零仿真起始時間；

●提供可以刪除子系統(tǒng)或模型內(nèi)容，以及在子系統(tǒng)和模型之間復制內(nèi)容的實用函數(shù)；

●提供狀態(tài)日志和模型線性化命令中的狀態(tài)名支持；

●提供識別模型所需的文件以及能將其壓縮成zip文件的工具；●新增模塊、模型指導器檢查以及實用函數(shù)，用于檢測作為向量的總線，并自動將這些總線轉(zhuǎn)化為向量；

●新的警告，用于指示在Simulink中載入模型時，另一個程序已經(jīng)改變了磁盤上的模型文件；

●新的警告，用于指示在MATLAB路徑上存在具有相同名稱的多個模型或模塊庫；

●模塊回調(diào)，用于在Simulink復制或刪除模塊之前執(zhí)行自定義代碼。

3)?MATLAB語言的支持功能

●增強的嵌入式MATLAB函數(shù)模塊，支持多維信號、幀信號、函數(shù)句柄和31種額外標準庫函數(shù)；

●新增命令行功能以檢查現(xiàn)有M函數(shù)是否符合嵌入式MATLAB子集，從而便于它們作為嵌入式MATLAB函數(shù)包含在Simulink和Stateflow中。

4)嵌入式軟件設計和實現(xiàn)

●改進的MISRA-C，支持生成子系統(tǒng)、圖和靜態(tài)庫文件；

●增強LegacyCodeTool，支持向量和復數(shù)數(shù)據(jù)類型工作；

●能夠控制模型的階躍函數(shù)原型；

●更高效的代碼，用于實現(xiàn)子系統(tǒng)和寬信號運算；

●支持通過封裝參數(shù)傳遞混合數(shù)據(jù)類型對象。

5)增強的可用性

●改進模型指導器，用于導航檢查和顯示狀態(tài)；

●端口名稱顯示選項，用于顯示子系統(tǒng)模塊的信號名稱和對應端口模塊的端口號；

●由模型瀏覽器顯示的對象屬性的自定義更為方便。1.1.2MATLAB的新產(chǎn)品概況

1．新增的產(chǎn)品

MATLABR2007a新增了LinkforCadenceIncisive和Simscape兩個新產(chǎn)品。LinkforCadenceIncisive提供了一個協(xié)同仿真接口，將MATLAB/Simulink專用集成電路(ASIC)的設計與現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的開發(fā)的硬件設計流程集成在一起，在MATLAB/Simulink與Cadence設計系統(tǒng)的Incisive平臺仿真器之間建立了一個雙向的鏈接。利用LinkforCadenceIncisive能夠?qū)崿F(xiàn)在MATLAB/Simulink之中驗證HDL的設計。它提供了Verilog語言的協(xié)同仿真支持，并通過Verilog模塊提供了VHDL語言與混和語言的協(xié)同仿真支持。

LinkforCadenceIncisive的主要特性如下：

●?支持Verilog語言；

●?Simulink模型與一個或多個Incisive仿真器相結(jié)合；

●?MATLAB測試臺功能，允許使用MATLAB代碼來對HDL代碼進行仿真和檢查；

●?MATLAB組件功能，允許使用MATLAB代碼的仿真來替換那些并不是在HDL內(nèi)編寫的代碼實體；

●可選擇的MATLAB/Simulink和Incisive之間的通信模式，為用戶提供了共享內(nèi)存(面向快速性能)和TCP/IPSockets(面向多功能)；●交互式或批處理方式協(xié)同仿真、調(diào)試、測試以及MATLAB中產(chǎn)生的HDL代碼的驗證。

Simscape是在Simulink基礎(chǔ)上的擴展工具模塊，用于實現(xiàn)多疇物理系統(tǒng)的建模和仿真。Simscape可以模擬如機械、電氣、液壓以及其他物理學領(lǐng)域的系統(tǒng)，可廣泛應用于航空業(yè)、國防、汽車業(yè)和工業(yè)裝備制造業(yè)。附帶的物理建模產(chǎn)品可將Simscape擴展到更復雜的液壓系統(tǒng)、三維機械系統(tǒng)和一維機械系統(tǒng)的建模。

Simscape的主要特性如下：

●使用統(tǒng)一環(huán)境實現(xiàn)機械、電氣和液壓系統(tǒng)的建模和仿真；

●提供建模所需的模塊庫和基本數(shù)學元素；

●提供橋接不同建模域的連接模塊；

●能夠?qū)τ蒘imMechannics、SimDriveline或SimHydraulics創(chuàng)建的模型進行編輯和仿真。

2．終止的產(chǎn)品

MATLABR2006b中包含的兩個產(chǎn)品在MATLABR2007a中已不再存在，它們分別是：

●?EmbeddedTargetforMotorolaHC12；

●?xPCTargetBox。桌面工具與開發(fā)環(huán)境能夠幫助用戶方便地使用MATLAB函數(shù)和文件。本節(jié)將介紹MATLABR2007a的桌面工具與開發(fā)環(huán)境。當啟動運行MATLAB時，最先顯示的是它的桌面，桌面主要由主菜單、工具欄、當前路徑、工作區(qū)間、命令窗、歷史命令記錄以及Start菜單組成，如圖1-1所示。1.2桌面工具與開發(fā)環(huán)境圖1-1MATLABR2007a主界面1.2.1主菜單

主菜單中的大部分選項功能與Windows標準菜單界面類似，本小節(jié)主要介紹默認情況下的主菜單。

【File菜單】：

●?ImportData：向工作區(qū)間導入數(shù)據(jù)；

●?SaveWorkspaceAs：將工作區(qū)間變量存儲在一個MAT文件中；

●?SetPath：設置搜索路徑；

●?Preferences：環(huán)境設置。

【Edit菜單】：用于復制、粘貼文字或文件，與Windows的Edit菜單基本類似。

【Debug菜單】：用于設置程序的調(diào)試。

【Desktop菜單】：用于設置當前窗口的顯示形式，以及打開或關(guān)閉某個窗口，顯示或不顯示某個工具欄。

【W(wǎng)indow菜單】：用于激活某個窗口。

【Help菜單】：打開全部產(chǎn)品系列幫助文件或打開某個部分的幫助。

【View菜單】：當“CurrentDirectory”被激活時，主菜單上會增加一個View菜單，用于設置當前路徑下所要顯示的文件類型；當“Workspace”被激活時，主菜單上也會增加一個View菜單，用于設置工作區(qū)間變量的顯示形式。

【Graphics菜單】：當“Workspace”被激活時，主菜單上還會增加一個Graphics菜單，用于打開繪圖工具來繪制工作區(qū)間的變量。1.2.2工具欄

工具欄中大部分按鈕(NewM-File、OpenFile、Cut、Copy、Paste、Undo、Redo等)功能與Windows標準工具欄按鈕類似，下面主要介紹MATLAB特有的工具欄按鈕。

：打開Simulink模塊庫瀏覽器。

：打開圖形用戶界面設計窗口。

：打開Profile瀏覽器，用于優(yōu)化程序性能。

：打開完全幫助系統(tǒng)。

：設置文件路徑。1.2.3當前路徑

當前路徑的訪問范圍被限制在由工具欄設定的根目錄范圍內(nèi)(如F:\)。利用當前路徑窗口提供的按鈕可以實現(xiàn)不同的文件操作。

：進入上一級目錄，最上級為根目錄。

：在當前路徑下新建一個文件夾。

：在當前路徑的文件中查找包含的文件名或文字。

：單擊按鈕打開M-Link代碼檢查報告，單擊按鈕右側(cè)的下拉按鈕可選擇打開不同類型的報告。1.2.4工作區(qū)間

工作區(qū)間窗口下會顯示現(xiàn)有內(nèi)存中的變量以及變量的各種信息，不同類型變量顯示的圖標也不同。工作區(qū)間還提供了很多特殊的按鈕來實現(xiàn)對變量的操作。

：新建一個變量，可以打開數(shù)組編輯器對其賦值。

：打開數(shù)組編輯器對選中變量進行查看或編輯。

：從硬盤向工作區(qū)間導入數(shù)據(jù)。

：保存工作區(qū)間的所有數(shù)據(jù)。

：打印工作區(qū)間。

：刪除工作區(qū)間的變量。

：單擊按鈕繪制選中變量的圖，單擊按鈕右側(cè)的下拉按鈕選擇不同的繪制方式。1.2.5命令窗

MATLAB的命令窗是輸入數(shù)據(jù)、運行MATLAB函數(shù)或M文件、顯示結(jié)果的主要工具，它提供了最快捷的操作方式。在命令窗鍵入變量及其取值，就可以創(chuàng)建一個變量；在命令窗鍵入函數(shù)及其參數(shù)，就可以運行該函數(shù)；在命令窗鍵入M文件名或Simulink模型文件名，就可以運行該文件。1.2.6歷史命令記錄

歷史命令記錄窗口中顯示的是近期在命令窗下運行的命令。綠色注釋為每次啟動運行MATLAB的日期時間，可以單擊其左側(cè)的“+”來顯示該部分或“-”來隱藏該部分。如果需要查找某個歷史命令，激活任何一個歷史命令，然后輸入想要查找的歷史命令名，當輸入第一個字母時，MATLAB就會給出提示以幫助用戶查找。如果需要運行某個歷史命令，雙擊該歷史命令即可。用戶還可以在命令窗按下“↑”鍵或“↓”鍵來選擇需要調(diào)入的歷史命令。1.2.7Strat菜單

【Start菜單】：位于MATLAB主窗口的左下角，用于直接打開各種MATLAB工具。1.3.1M文件的創(chuàng)建

M文件的創(chuàng)建方法有很多種，可以通過在主菜單選擇File>New>M-File或在工具欄單擊新建按鈕來創(chuàng)建，也可以在當前路徑窗口下通過右鍵菜單來創(chuàng)建，還可以通過edit命令來創(chuàng)建。利用工具欄按鈕新建的M文件如圖1-2所示。1.3編輯/調(diào)試器圖1-2MATLAB編輯器界面

MATLAB編輯器標題欄下的第一行為主菜單，第二行為工具欄，第三行為單元工具欄。編輯器主菜單的功能與MATLAB主菜單的功能類似，但又有如下幾個特有的功能

菜單：

【Text菜單】：

●執(zhí)行選中的代碼；

●將選中區(qū)域注釋掉或刪除行前的注釋符；

●設置選中區(qū)域的縮進，使程序便于閱讀；

●字母大小寫變換。

【Go菜單】：

●將光標移動到行首或行尾，或移動到指定行；

●設置書簽或移動光標到書簽處。

【Cell菜單】：

●設置單元模式有效或無效；

●運行當前單元或者整個文件；

●分割單元或插入特殊文本(如單元標題、斜體字和公式)。

【Tool菜單】：

●打開M-Lint代碼檢查報告；

●打開Profile。

【Debug菜單】：

●程序調(diào)試；

●設置斷點；

●清除斷點。

工具欄與單元工具欄的基本功能都包含在主菜單中，這里不再重復介紹。1.3.2M文件的運行和調(diào)試

1．M文件的運行

M文件的運行方式有很多種，可以在命令窗輸入文件名運行，也可以在編輯器中通過Run來運行，還可以選中M文件中全部或部分代碼并執(zhí)行選中部分。

2．M文件的調(diào)試

M文件需要通過設置斷點進入調(diào)試模式。設置斷點最簡單的方法就是單擊該行左邊行號右側(cè)的“－”，也可以通過工具欄或Debug菜單來設置。

斷點設置完畢后，單擊Run，程序指針將指向第一個斷點。之后，step、stepin、stepout等按鈕的狀態(tài)變?yōu)榭捎脿顟B(tài)，從而可以選擇各種方式對程序進行調(diào)試，鼠標所指變量將顯示變量的值。

有關(guān)M文件的具體調(diào)試方法將在第5章介紹。1.3.3M文件的結(jié)果發(fā)布

MATLAB提供了兩種途徑的結(jié)果發(fā)布：一種是在M文件編輯器下使用單元，另一種是在MicrosoftWord環(huán)境下使用Notebook。本小節(jié)將介紹一個通過使用單元將結(jié)果發(fā)布為HTML格式文件的實例。

1．為發(fā)布文檔添加標題

●選擇Cell>InsertTextMarkup>CellTitle就可以插入一個標題，將默認的標題TITLE修改為自定義標題，如PlotSineWave；

●在標題下面可以添加文字注釋，如?%Programforplotwave。

2．添加文檔分類目錄

●選擇Cell>InsertCellDivider就可以添加一個分類目錄，在雙百分號后空一格書寫分類名，如?%%Calculate、%%PlotFigureandDefineTitleandLabel；

●在各分類下編寫代碼或插入特殊格式文字、公式。選擇Cell>InsertTextMarkup>Bold/Italic/MonospacedText可以插入特殊格式的文字；選擇Cell>InsertTextMarkup>TeXEquation可以插入公式。

3．保存并發(fā)布結(jié)果

●選擇File>SaveandPublishToHTML就可以將結(jié)果發(fā)布為HTML格式的文件；

●選擇File>SaveandPublishTo…可以將結(jié)果發(fā)布為XML、LaTex、Word文檔等格式的文件。以下為單元模式的M文件源代碼：

%%PlotSineWave

%Programforplotwave

%%Calculate

%%

%

%$$0<x<4\pi$$

%%%

%_y=sin(x)._

x=0:0.01:6*pi;

y=sin(x);

%%PlotFigureandDefineTitleandLabel

plot(x,y);

title('SineWave');

xlabel('x');

ylabel('y');

以HTML格式發(fā)布該文件，其發(fā)布結(jié)果如圖1-3所示。圖1-3HTML格式的發(fā)布結(jié)果1.4.1命令窗查詢幫助

在命令窗輸入幫助命令可以快速地獲取幫助，以下列出的是MATLAB的所有幫助函數(shù)：

●?builddocsearchdb：建立可查找的文檔數(shù)據(jù)庫；

●?demo：通過幫助瀏覽器查看演示程序；

●?doc：在幫助瀏覽器中查看幫助；1.4幫助系統(tǒng)●?docopt：UNIX平臺的Web瀏覽器；

●?docsearch：在幫助瀏覽器中搜索并查看幫助；

●?echodemo：在命令窗單步運行M文件演示；

●?help：在命令窗獲取MATLAB函數(shù)幫助；

●?helpbrowse