实验一 MATLAB 基本操作和绘图.docx

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实验一MATLAB基本操作和绘图

本科实验报告

课程名称：

信号与系统（乙）实验

姓名：

罗宇鹏

系：

工科试验班信息

专业：

光电信息工程

学号：

3120103549

指导教师：

吕俊张建国

2014年4月29日

实验报告

专业：

光电信息工程

姓名：

罗宇鹏

学号：

3120103549

日期：

2014.4.29

地点：

紫金港机房1

课程名称：

信号与系统（乙）实验指导老师：

吕俊张建国成绩：

______

实验名称：

MATLAB基本操作和绘图

=================================================================================

一、实验目的

1、熟悉MATLAB编程环境；

2、学习MATLAB的基本使用方法；

3、熟悉plot和stem等绘图函数的用法。

二、实验原理和内容

实验原理：

1.MATLAB简介：

MATLAB采用了全新的MATLAB是matrixlaboratory的缩写，是Mathworks公司开发的一款商业软件。

它是一种用于数值计算、算法开发、数据分析和可视化的高级编程语言和编程环境。

除向量和矩阵运算、绘制函数/数据图像等基本功能外，MATLAB也可用来创建图形用户界面（GUI），并可与其他高级语言（如C、C++和FORTRAN等）进行混合编程。

2.MATLAB的工作环境：

左边当前文件夹（CurrentFolder）窗口显示的是当前文件夹中的文件；中间是命令行窗口（CommandWindow），在“>>”提示符后输入命令，MATLAB便会执行相应的操作；右上工作区（Workspace）窗口显示的是MATLAB命令和程序生成的变量名及其数值；右下是CommandHistory窗口显示输入命令的历史记录。

所有这些窗口都可改变大小、浮动、关闭及重新打开。

3.当前文件夹和搜索路径：

通常在使用调用或执行这些文件之前需要确认或设置.m文件的搜索路径，告诉MATLAB在哪里搜索.m文件。

这一步骤可通过“File”菜单下选择“SetPath…”实现。

4.变量和.m文件的命名规则：

在MATLAB中变量和.m文件有相同的命名规则：

区分大小写，第一个字符必须为英文字符（不能为数字开头），不能超过31个字符，其他字符可以为英文字符、数字和下划线_，除此之外不能包含其他字符。

变量和.m文件的名字不能重名。

同时应尽量避免和MATLAB预定义的变量。

5.基本运算和函数：

使用MATLAB最大的好处是以往复杂的数学运算和编程可变得相对简单。

它缺省的数据格式为双精度浮点数的矩阵或数组，并且可以直接处理复数，同时会自动管理执行过程中变量使用内存的分配和回收，不需要额外的处理和编程。

6.MATLAB流程控制语句：

MATLAB提供了流程控制语句，用于控制程序执行的流程，其中比较常用的有：

if/elseif/else,switch/case/otherwise,while,for,end,break,continue,return等等。

7.MATLAB的绘图函数：

MATLAM提供了丰富的绘图函数可将数据绘制成各种图形，如曲线、直方图、极坐标图、等位线图、向量场图等。

在信号与系统实验中最常用的是plot函数和stem函数。

实验内容：

1.熟悉MATLAB软件的使用环境，掌握在MATLAB环境中输入、保存、运行和

调试程序的过程。

2.编写一个MATLAB脚本计算一个线性方程组

x−3y+3z=−4

2x+3y−z=15

4x−3y−z=19

的解。

3.取两个不同的间隔步长（如0.5和0.05，或者不同的坐标点数，如20点和200点），用plot函数画出sinc函数的波形。

要求用subplot将结果画在同一个绘图窗口中以便比较，并设定合适的坐标轴范围，同时添加坐标轴标注。

4.用MATLAB可以直接进行复数运算，但在显示信号时通常需要用模和相角、或者用实部和虚部来表示。

5.在MATLAB中离散时间实指数序列ak可简单地通过点幂运算。

6.在MATLAB中可用rectpuls和tripuls函数产生指定宽度和高度的矩形和三角脉冲。

分别取脉冲宽度τ=0.1和0.01，画出单位冲激信号δ（t）的近似波形。

三、

实验数据记录、处理和分析

1.熟悉MATLAB软件

（a）

实验说明：

利用rand产生（0,1）的随机数，fix（10*rand（1,3））和fix（10*rand（1,4））产生长度为3和4的随机个位整数向量，在通过conv（a,b）求a和b卷积和。

源程序：

>>a=fix（10*rand（1,3））

>>b=fix（10*rand（1,4））

>>c=conv（a,b）

结果：

a=[8,9,1];b=[9,6,0,2];c=[72,129,63,22,18,2]

两个长度分别为m和n的序列的卷积和的长度是m+n-1。

（b）

实验说明：

在NewScript中保存为.m格式，如图所示，命名为juan.m。

运行后结果：

卷积和：

c=[72,65,115,85,42,24]

（c）

源程序：

function[y,n]=conv_m（x,h）

y=conv（x,h）

n=length（y）

end

长度n=6

卷积和：

y=[0,48,110,119,87,27]

2.解线性方程组。

利用x=A\b:

实验说明：

解方程组Ax=b，只需要输入A矩阵，然后输入b矩阵，利用x=A\b就可以解除出方程。

源程序：

>>A=[1,-3,3;2,3,-1;4,-3,-1];

>>b=[-4;15;19];

>>x=A\b

结果：

x=[5;1;-2],即x=5,y=1,z=-2。

利用x=inv（A）*b:

源程序：

>>A=[1,-3,3;2,3,-1;4,-3,-1];

>>b=[-4;15;19];

>>x=inv（A）*b

结果：

x=5.0000,y=1.0000,z=-2.0000。

两种方法不同：

上述两种方法第一种采用左除运算解方程组，第二种采用求逆运算解方程组。

利用C语言解决此问题有三种方法，分别是迭代法，高斯列主元消去法，矩阵的三角分解法，三种方法因为都多次使用循环，代码量都需要100行左右，所以利用MATLAB解方程组极大简便计算。

3.抽样函数

实验说明：

先通过t=-10:

0.5:

10来在-10到10每隔0.5选取坐标点，通过subpolt来在同一个图像表示出来。

（a）>>helpsinc

>>docsinc

>>editsinc

获得MATLAB函数的在线帮助、联机文档和源代码。

（b）

波形：

4.复指数信号

（a）

直接用myexp（t,-0.2,5,1）调用:

用y=myexp（t,-0.2,5,1）调用:

（b）

n=3结果：

n=5结果：

n=7结果:

n→∞时，得到的信号是：

实部是方波，虚部是冲激函数。

5.离散时间实指数序列

结果：

6.单位冲激信号

产生方波脉冲源程序：

图像：

产生三角脉冲源程序：

图像：

四、讨论

实验心得体会：

通过本次实验，我对MATLAB的基础知识有了全面的了解，包括对MATLAB的使用环境，在MATLAB环境中输入、保存、运行和调试程序，在MATLAB中解线性方程组，以及用MATLAB来绘制图像。

在实验过程中，我们必须事先预习，并且因为实验内容量有点大，在课后时间我们必须抽时间进行。

在实验过程中，我们要一步步按照PDF上的步骤来，并且需要我们有足够耐心和细心，这个实验帮助我们更好为之后信号与系统学习起到很大的帮助。

对实验中遇到问题的思考：

1.变量和.m文件的名字不能重名。

2.避免和MATLAB预定义的变量（如pi,eps,ans,Inf,虚数单位i或j等）以及函数（如sin,cos,exp,log等）重名。

3.选择坐标范围要合适，不至于过大和过小。

4.为使结果精确，应使间隔步长取得尽可能小；但又不宜太小，以免计算量过大导致程序崩溃。

思考题

1.为什么在MATLAB中变量和.m文件的命名不能包含特殊字符，且.m文件不能以数字命名？

否则会出现什么情况？

答：

变量和.m文件的命名包含特殊字符MATLAB会无法识别；不能用数字命名，否则会在命令窗口返回命名的数字。

2.如本实验第3题（b）所示，在画连续信号的波形时，自变量t的间隔步长对画出波形的效果有很大的影响。

对于这个间隔步长，应作何考虑？

答：

为使结果精确，应使间隔步长取得尽可能小；但又不宜太小，以免计算量过大导致程序崩溃。

3.通过MATLAB生成图形后，如何得到高质量的输出，将生成的图形插入到实验报告中？

答：

可以通过截图工具。