基于Malab 的数字信号处理实验报告.doc

1、第一章 MATLAB基本知识MATLAB是一种面向科学和工程计算的高级语言，包含的几十个工具箱，覆盖了通信、自动控制、信号处理、图像处理、生命科学等科技领域，现已成为国际公认的最优秀的科技界应用软件。该软件的特点是：强大的计算功能、计算结果和编程可视化及极高的转换效率。 本章目的是帮助新用户在领略MATLAB非凡能力的同时能轻松跨越MATLAB的门槛。 1.1 MATLAB 语言的基本使用环境 一MATLAB的安装MATLAB5.3 版本仅有一张光盘，运行其上的安装文件setup.exe，则可以按提示安装整个 MATLAB 系统。MATLAB6.1 版本有两张光盘，将其中的程序盘插入驱动器，运

2、行其上的安装文件setup.exe，则可以按提示安装整个 MATLAB 系统。 MATLAB6.x与以前的版本相比，在界面上的变化是很大的，以前的版本只给出一个又一个命令窗口， MATLAB6.1的程序界面，除了其右侧的 Command Window (命令窗口)之外，还有 Launch Pad (程序调用板) 和 Command History (命令的历史记录)两个子窗口，以及Workspace (工作空间管理程序) 和 Current Directory (当前目录管理程序)等，使 MATLAB 的操作更容易、方便了。 二MATLAB5.3的操作步骤 由于实验室安装的是 MATLAB5.

3、3，下面我们介绍 MATLAB5.3 的操作步骤。双击桌面的MATLAB5.3 的图标，如图 1-1，将进入MATLAB5.3的Command Window (命令窗口)，如图1-2。 1帮助Help选项 Help Windows 打开分类帮助窗 Help Tips 打开函数文件命令帮助窗 Help Desk 打开以超文本形式存储的帮助文件主页 Examples and Demos 打开演示窗主页 About MATLAB 注册图标、版本、制造商和用户信息 选择Help中不同的类别，用户可以从相关的帮助信息得到帮助。 2用户目录的设置 (1). 必须建立用户自己的工作目录 MATLAB完成各种

4、复杂运算、仿真的能力是在严格的目录结构及其驻留文件保证下获得的。因此应该建立自己的工作目录，用于存放用户自己创建的各种文件和数据。 (2). 在路径浏览器中加入用户自己的路径 可以在命令窗中选中File: Set Path菜单项，在Path窗中选中 Add to path ， 点击Browse, 在出现的目录中选定所需的目录，便完成设置，退出此菜单前保存。 也可以在命令窗口选择 Path Broser图标，在弹出的 Path Broser窗口中选择 Path，在Add to Path下选中需要加入的目录，如图 1-3，完成设置，退出此菜单前保存。3建立M脚本文件 所谓M脚本文件，指文件的扩展名

5、是. m的文件。 对于比较简单的问题和一次性的问题，通过Command Window（命令窗）直接输入一组指令去求解，也许比较简单快捷。但要解决问题所需的指令增多或所用指令结构复杂时，直接在命令窗输入指令的方法就显得繁琐。设计M脚本文件来解决此矛盾。 (1). 在命令窗File下拉菜单中选择 New 选项中的 M-File 子项，如图 1-4，就会出现 M 文件编辑器，如图1-5所示。 (2). 把指令全部写在 M 文件编辑器中，选择Save as存入到用户的目录下,例如选择文件名为myfile1。 (3). 运行M脚本文件。在Command Window (命令窗) 中键入myfile1，就

6、能运行该文件，结果显示在命令窗。 4建立M函数文件 函数文件的目的是扩展MATLAB功能，即利用MATLAB语言构造了一个新的MATLAB 函数，而且该函数的使用同 MATLAB 本身提供的库函数是一样的。 例如，函数文件mean.m, 用来计算一组向量的平均值。 function y=mean (x) % mean average or mean value m=length(x); y=sum(x)/m; 例如在M文件输入： z=1:99; m=mean(z) 运行程序结果为： m=50 关于函数文件的几点说明： (1) 文件的第一行说明了该函数的名称、输入参数、输出参数。这一行的有无是区

7、别脚本文件与函数文件的一个重要标志。 (2) 函数的文件名与函数名是相同的。 1.2 数值数组的创建 一一维数组的创建和寻访 1. 一维数组的创建 (1). 逐个元素输入法 这是最简单，但又最通用的构造方法。 例：x = 2 pi/2 sqrt(3) 3+5*j x= 2.0000 1.5708 1.7321 3.0000+5.0000i (2). 冒号生成法 这是通过“步长”设定，生成一维“行”数组的方法。该方法通用格式为： x = a : inc : b 说明： a 是数组的第一个元素；inc 是采样点之间的间隔，即步长；若 (b-a)是 inc 的整数倍，则生成数组的最后一个元素等于 b

8、，否则小于b。 inc可以省略，省略时，默认其取值为 1，即inc=1; inc 可以取正数或负数，若 inc取正时，要保证ab。 2. 一维数组的寻访x = rand (1,5) % 产生(15)（即：1行5列）的均匀分布随即数组 x = ones (1,5) % 产生(15)（即：1 行5 列）的数值全部为 1的数组 x = zeros (1,5) % 产生(15)（即：1行5列）的数值全部为 0的数组 x (3) % 寻访数组x的第三个元素 x (1:3) %寻访数组x的前三个元素 x ( 1 2 5 ) %寻访数组x的第一、二、五个元素组成的子数组 x (find (x0.5) ) %

9、 寻访由大于0.5的元素构成的子数组 二二维数组的创建和寻访 1. 直接输入法 (1) 整个输入数组必须以 为其首尾 (2) 数组的行与行之间必须用分号“；”或回车键Enter隔离 (3) 数组元素必须由逗号“，”或空格分隔 例：c = 1 , 2 , 5 ; 7 , 4 , 9 c = 1 2 5 7 4 9 2. 二维数组的标识 “全下标”标识 A（3，5）表示二维数组A 的“第3 行第5列”的元素1.3 数值数组的运算 数值数组及数组运算始终是 Matlab 的核心内容。Matlab 精心设计的数值数组及其运算目的在于使计算程序简单、易读、程序指令更接近教科书上的数学计算公式。 1.4

10、控制流语句 1. for 循环语句 其功能是重复执行一条或一组语句的固定次数。（也可以是零次） 格式: for expression(表达式) statement (描述) end 循环可以嵌套。 例： for I=1;5 for j = 1:4 a(i,j) = i+j-1; end end 2. while 循环语句 其功能是重复执行一条或一组语句的次数，重复次数由某个逻辑条件控制，一般来说其执行次数是不能预先确知的。 格式: while expression(表达式) statement (描述) end 3. if 和break语句 if条件语句的功能是：如果满足某个条件则执行一条或一

11、组语句，否则就不执行其内部语句，或者执行else后面的语句。 if条件语句的一般格式有两种： 格式一: if condition statement end 格式二: if condition statement 1 else statement 2 end Break语句一般出现在循环语句中，它表示跳出循环体，即结束循环。 1.5 绘图 用于绘图函数中常用的主要包括以下几种： 1绘图 (1). Plot plot函数用来绘制二维线性坐标曲线，它的调用格式： plot(y)：若y为实数向量，将以 y为纵坐标，y中对应元素的下标为横坐标来绘制曲线；若y为复数，将以实部为横坐标、虚部为纵坐标来绘制

12、曲线。 plot(x1,y1，)：该格式将绘制 x1为横坐标、yn 为纵坐标的曲线。 (2).stem stem函数用来绘制二维离散序列的杆状图，它的调用格式： stem (y)：以 y中对应元素的下标为横坐标来绘制杆状图。 stem (x, y)：该格式将绘制x为横坐标、y为纵坐标的杆状图。 2设置坐标轴属性 axis 函数用于设置当前图形的坐标轴属性，它的调用格式： axis(xmin xmax ymin ymax)：分别设置x 轴、y轴刻度的最小值和最大值。 3分割图形窗口 subplot函数可以将图形窗口分割，以满足用户对图形显示的要求，它的调用格式： subplot(m,n,p)：将

13、当前的窗口中的坐标轴分割成 m行、n列的子坐标轴，选定第 p 个窗口为当前显示窗口。 4图形标注函数 (1) title 函数用来给图形添加标题，其调用格式为： title (string)：在图形的正上方添加标题。 (2) xlable、 ylable、 zlable 函数用法相同，都是给坐标轴进行标注的函数，它的调用格式： xlable (string)：在x 轴上用指定的字符串标注。 ylable (string)：在y轴上用指定的字符串标注。zlable (string)：在 z轴上用指定的字符串标注。 (3) text :在曲线某点处标注： text(x ,y , string) ：

14、在点(x,y)处显示字符串。 text (x ,y ,z, string) ：在点(x,y,z)处显示字符串。 第二章 基于 MATLAB的数字信号处理实验实验一 离散系统时域分析与 Z域分析 一实验目的 (1) 熟悉Matlab的主要操作命令； (2) 掌握典型离散信号的特性 (3) 掌握离散系统的频率响应 三实验中调用的函数 eig(x): 求解x矩阵的特征相量和特征值。 fliplr(x)：是将x 矩阵的列倒序。 h,w=freqz(b,a)： 系统函数的频率响应h，w表示0 范围，其中b表示系统函数的分子系数，按降幂顺序排列，a表示系统函数的分母系数，按降幂顺序排列。 20*log10

15、(abs(h)： 对系统函数的的频率响应h取绝对值得到幅频响应h（分贝） angle(h)： 是对系统函数的的频率响应h求取相频响应 四实验内容 1 熟悉Matlab的主要操作命令 例1：求矩阵的特征相量和特征值。 程序如下： A=0 1 0；1 0 3；5 2 1； % 矩阵的写法，每行结束用；表示 X D=eig(A) % eig(A)是求解 A矩阵的特征相量和特征值 运行结果： X = -0.3887 + 0.0965i -0.3887 - 0.0965i -0.1674 0.4191 - 0.6436i 0.4191 + 0.6436i -0.6371 0.2142 + 0.4515i

16、 0.2142 - 0.4515i -0.7524 D = -1.4029 + 1.3078i 0 0 0 -1.4029 - 1.3078i 0 0 0 3.8058 例2：编写函数，可对信号移位和反折。 编写一名为sigshift.m的函数文件 functiony,n=sigshift(x,m,n0) % Implements y(n)=x(n-n0) n=m+n0;y=x; 编写一名为sigshift.m的函数文件。 % Implements y(n)=x(-n) functiony,n=sigfold(x,n) y=fliplr(x);n=-fliplr(n); % fliplr(x)

17、是将x矩阵的列倒序。 调用上述函数的主程序如下： % h(n)=(0.9)n*u(n) n=0:50; % n的取值范围是0到50，按1递增的。 h=(0.9).n); figure(1) % 创建一个新的图像窗口 subplot(2,2,1) % 是将当前的图像窗口分割成2行2列，显示第1个图像 stem(n,h); % 将h用杆图形式表示 axis(-70,70,0,1) % 设定显示图形的x轴的范围是-7070,y轴的范围是01 title(x(n) % 图像的题名是x(n) grid on % 在图像上显现网格 subplot(2,2,2) h2,n2=sigshift(h,n,20)

18、; % 调用前面编辑的sigshift函数（信号移位） stem(n2,h2); axis(-70,70,0,1) title(sigshift:x(n-20) grid on subplot(2,2,3) h3,n3=sigshift(h,n,-20); stem(n3,h3); axis(-70,70,0,1) title(sigshift:x(n+20) grid on subplot(2,2,4) h1,n1=sigfold(h,n); % 调用前面编辑的sigfold函数（信号反折） stem(n1,h1); axis(-70,70,0,1) title(sigfold:x(-n)

19、grid on 例 3：给定一因果系统,求出并绘制 H（Z）的幅频响应与相频响应。 程序如下： % H(z)=(1-z-1)/(1-sqrt(2)*z-1+0.9z-2) b=1,-1; % 系统函数H(Z)的分子系数，按降幂顺序 a=1,-sqrt(2),0.9; % 系统函数H(Z)的分母系数，按降幂顺序 h,w=freqz(b,a); % 系统函数的频率响应h，w表示0 am=20*log10(abs(h); % 对系统函数的的频率响应h取绝对值得到幅频响应h（分贝） subplot(2,1,1); plot(w,am) % 在0 范围内连续画出系统函数幅频响应h的曲线 title(Am

20、plitude) ph=angle(h); % angle(h)是对系统函数的的频率响应h求取相频响应 subplot(2,1,2) plot(w,ph) % 在0 范围内连续画出系统函数相位响应ph的曲线 title(Phase) 结果如下： 2上机实验内容 (1) 数组的加、减、乘、除和乘方运算。 输入A=1 2 3 4, B=3 4 5 6, 求 C=A+B, D=A-B, E= A.*B, F=A./B , G=A.B, 用 stem语句画出A，B，C，D，E，F，G。A=1 2 3 4;B=3 4 5 6;stem(A)stem(B)C=A+B;stem(C)D=A-B;stem(D

21、)E= A.*B; stem(E)F=A./B ;stem(F)G=A.B;stem(G)A BCDEFG(2) 用Matlab实现下列序列： n=0:15; x=(0.8.n);stem(n,x)n=0:15x=(exp(0.2+3j)*n)stem(n,x) n=0:15x=(3*cos(0.125*pi*n+0.2*pi)+2*sin(0.25*pi*n+0.1*pi)stem(n,x)n=0:63x=(3*cos(0.125*pi*n+0.2*pi)+2*sin(0.25*pi*n+0.1*pi) stem(n,x)(3) 绘出下列时间函数的图形，对 x轴、y轴以及图形上方须加适当的标注。f=1fs=10t=10n=0:(fs*t) x=(sin(2*pi*f/fs*n); plot(n,x); xlable(time:n);ylable(x(t);五.实验思考题 1. 在 MATLAB 命令窗里运行 demo 指令,运行其中样例程序,体会 MATLAB 强大功能。编辑 MATLAB 的库函数要点是什么? 本文是通过网络收集，如有侵权请告知，我会第一时间处理。 .