MATLAB实训实验.docx

1、MATLAB实训实验2015/2016学年下学期信号与系统实验报告班级: 学号: 学生姓名: 指导教师: 2016年 3月8 日 实验一 基本函数仿真实验项目: 基本函数仿真实验时间: 2016年 3 月 8 日 星期 二 第 34 节课实验地点: 1501实验室实验目的: 1、 学习使用MATLAB软件2、 学习MATLAB中各种函数，并应用函数分析3、 对MATALB的进一步的学习了解，熟练掌握MATALB的各种操纵，学会使用MATALB解决复杂的运算并学会用MATALB解决平时学习中的实际问题 。4、 了解MATALB的数值运算5、 了解MATALB的基本函数和命令6、 学习掌握MATA

2、LB有关命令实验内容:1、(1) 题目：应用MATLAB方法实现单位阶跃信号和矩形脉冲。(2) 程序清单（源程序）解：对于阶跃函数，MATLAB中有专门的stairs绘图命令。例如，实现和矩形脉冲的程序如下：t=-1:2; % 定义时间范围向量tx=(t=0); subplot(1,2,1),stairs(t,x);axis(-1,2,-0.1,1.2); grid on % 绘制单位阶跃信号波形t=-1:0.001:1; % 定义时间范围向量tg=(t=(-1/2)-(t=(1/2); subplot(1,2,2),stairs(t,g);axis(-1,1,-0.1,1.2); grid

3、on % 绘制矩形脉冲波形(3) 运行结果（截图）图1 例1图（4）函数解析Subplot:使用方法：subplot（m,n,p）或者subplot（m n p）。是将多个图画到一个平面上的工具。其中，m表示是图排成m行，n表示图排成n列，也就是整个figure中有n个图是排成一行的，一共m行，如果m=2就是表示2行图。p表示图所在的位置，p=1表示从左到右从上到下的第一个位置。Stairs: stairs函数用于绘制阶梯状图axis函数通常在绘图中用于设置坐标值范围2、（1）题目例2 应用MATLAB方法生成信号和的波形。（2）程序清单解：为生成函数可直接调用MATLAB中的专门命令，程序如

4、下：t=-5:0.01:5; % 定义时间范围向量tf=sinc(t); % 计算Sa(t)函数plot(t,f); grid on % 绘制Sa(t)的波形（3）运行结果图2 例2程序运行结果一和的关系如下：生成信号波形的MATLAB程序如下：t=-3*pi:0.01*pi:3*pi; % 定义时间范围向量tf=sinc(t/pi); % 计算Sa(t)函数plot(t,f); grid on % 绘制Sa(t)的波形（3）运行结果图3 例2程序运行结果二（4）函数解析Plot：函数命令 plot 是 MATLAB 二维曲线绘图中最简单、最重要、使用最广泛的一个线性绘图函数。它可以生成线段、

5、曲线和参数方程曲线的函数图形。grid on 是matlab中的一种函数，表示在画图的时候添加网格线3、（1）题目应用MATLAB方法生成相加信号和相乘信号的波形。（课本上没有）（2）程序清单解：对相加信号，程序如下：syms t; % 定义符号变量tf=cos(18*pi*t)+cos(20*pi*t); % 计算符号函数f(t)=cos(18*pi*t)+cos(20*pi*t)ezplot(f,0 pi); grid on % 绘制f(t)的波形（3）运行结果图4 例3程序运行结果一对相乘信号，程序如下：t=-5:0.01:5; % 定义时间范围向量f=sinc(t).*cos(20*p

6、i*t); % 计算函数f(t)=sinc(t)*cos(20*pi*t)plot(t,f); % 绘制f(t)的波形title(sinc(t)*cos(20*pi*t); grid on % 加注波形标题运行结果如图5所示。图5 例3程序运行结果二（4）函数解析syms函数用于创建符号对象ezplot即：Easy to use function plotter。它是一个易用的一元函数绘图函数 。特别是在绘制含有符号变量的函数的图像时，ezplot要比plot更方便。因为plot绘制图形时要指定自变量的范围，而ezplot无需数据准备，直接绘出图形。4、(1)题目 应用MATLAB方法生成调制

7、信号的波形。（2）程序清单解：对调制信号，程序如下：syms t; % 定义符号变量tf=(2+2*sin(4*pi*t)*cos(50*pi*t); % 计算符号函数f(t)=(2+2*sin(4*pi*t)*cos(50*pi*t)ezplot(f,0 pi); grid on % 绘制f(t)的波形（3）运行结果如图6所示。图6 例4图（4）函数解析grid on 是matlab中的一种函数，表示在画图的时候添加网格线实验二 连续系统时域响应仿真实验项目: 连续系统时域响应仿真实验时间: 2016年 3 月 22 日 星期 二 第 34 节课实验地点: 1501实验室实验目的:1、 对M

8、ATALB的进一步的学习了解，熟练掌握MATALB的各种操纵，学会使用MATALB解决复杂的运算并学会用MATALB解决平时学习中的实际问题 。2、 了解MATALB的数值运算3、 了解MATALB的基本函数和命令4、 学习掌握MATALB有关命令实验内容: 任务1(1) 题目例5设方程 ，试求零状态响应。(2) 程序清单（源程序）解：程序如下：yzs=dsolve(D2y+5*Dy+6*y=2*exp(-t),y(0)=0,Dy(0)=0) % 利用dslove命令求解零状态响应ezplot(yzs,0 8); grid on % 绘制零状态响应曲线运行结果：yzs =exp(-t)+exp

9、(-3*t)-2*exp(-2*t)即：（3）运行结果（截图图7 例5图（4）函数解析solve(f,v)：求方程关于指定自变量的解，f 可以是用字符串表示的方程、符号表达式或符号方程dsolve:微分方程任务2(1) 题目已知二阶系统方程对下列情况分别求，并画出其波形。（课本上没有）a. b. c. d. （2）程序清单解：程序如下：R=input(电阻R=); % 以交互方式输入电阻R的值L=input(电感L=); % 以交互方式输入电阻L的值C=input(电容C=); % 以交互方式输入电阻C的值b=1/(L*C);a=1 R/L 1/(L*C);impulse(b,a); % 绘制

10、脉冲响应h(t)的波形(3)运行结果（截图）a. 电阻R=4 电感L=1 电容C=1/3图8 例6程序运行结果一b. 电阻R=2 电感L=1 电容C=1图9 例6程序运行结果二c. 电阻R=1 电感L=1 电容C=1图10 例6程序运行结果三d. 电阻R=0 电感L=1 电容C=1图11 例6程序运行结果四(4)函数解析（例如题1-2中，解释sinc（）函数的作用）7、（1）题目 实现卷积，其中：。（课本上没有）（2）程序清单解：主程序如下：p=0.01; % 取样时间间隔 nf=0:p:1; % f(t)对应的时间向量f=2*(nf=0)-(nf=1); % 序列f(n)的值nh=0:p:2

11、; % h(t)对应的时间向量h=(nh=0)-(nh=2); % 序列h(n)的值y,k=sconv(f,h,nf,nh,p); % 计算y(t)=f(t)*h(t)subplot(3,1,1),stairs(nf,f); grid on % 绘制f(t)的波形 title(f(t);axis(0 3 0 2.1);subplot(3,1,2),stairs(nh,h); grid on % 绘制h(t)的波形title(h(t);axis(0 3 0 2.1);subplot(3,1,3),plot(k,y); grid on % 绘制y(t)=f(t)*h(t)的波形title(y(t)

12、=f(t)*h(t);axis(0 3 0 2.1);子程序sconv如下：% 此函数用于计算连续信号的卷积y(t)=f(t)*h(t) function y,k=sconv(f,h,nf,nh,p) % y:卷积积分y(t)对应的非零样值向量 % k:y(t)对应的时间向量 % f:f(t)对应的非零样值向量 % nf:f(t)对应的时间向量 % h:h(t)对应的非零样值向量 % nh:h(t)对应的时间向量 % p:取样时间间隔 y=conv(f,h); % 计算序列f(n)与h(n)的卷积和y(n) y=y*p; % y(n)变成y(t)left=nf(1)+nh(1); % 计算序列

13、y(n)非零样值的起点位置 right=length(nf)+length(nh)-2; % 计算序列y(n)非零样值的终点位置k=p*(left:right); % 确定卷积和y(n)非零样值的时间向量（3）运行结果图12 例7图（4）函数解析Function函数调用8、（1）题目 实现卷积，其中：。（课本58）（2）程序清单解：主程序如下：p=0.01; % 取样时间间隔 nf=0:p:2; % f(t)对应的时间向量f=2*(nf=0)-(nf=2); % 序列f(n)的值nh=0:p:4; % h(t)对应的时间向量h=exp(-nh); % 序列h(n)的值y,k=sconv(f,h

14、,nf,nh,p); % 计算y(t)=f(t)*h(t)subplot(3,1,1),stairs(nf,f); grid on % 绘制f(t)的波形 title(f(t);axis(0 6 0 2.1);subplot(3,1,2),plot(nh,h); grid on % 绘制h(t)的波形title(h(t);axis(0 6 0 2.1);subplot(3,1,3),plot(k,y); grid on % 绘制y(t)=f(t)*h(t)的波形title(y(t)=f(t)*h(t);axis(0 6 0 2.1);子程序sconv同例7。（3）运行结果如图13所示。图13

15、例8图（4）函数清单axis(xmin xmax ymin ymax) 用来标注输出的图线的最大值最小值exp函数是一个数论函数，可以用来表示一定的算术基本定理。exp函数(exp-function)一种数论函数.依算术基本定理，任何一个自然数n都可惟一地分解成一些质数方幂的乘积形式，在第a个质数p“上的方幂数记为expCn).例如expl9)=2,exp39)=0等.函数.lxexpa(x)称为一元exp函数，而.xyexp妇则称为二元exp函数.利用exp函数，算术基本定理可以表述成实验三 连续信号的频谱仿真实验项目: 连续信号的频谱仿真实验时间: 2016年 4 月 7 日 星期 四 第

16、 12 节课实验地点: 1501实验室实验目的:1、 对MATALB的进一步的学习了解，熟练掌握MATALB的各种操纵，学会使用MATALB解决复杂的运算并学会用MATALB解决平时学习中的实际问题 。2、 了解MATALB的数值运算3、 了解MATALB的基本函数和命令4、 学习掌握MATALB有关命令实验内容: 9 、（1）题目求图14(a)所示周期矩形脉冲信号的傅里叶级数表示式，并用MATLAB方法求出N=7和N=21时的合成图。（2）程序清单解：该信号的系数:前N项的合成表达式为： 为奇数利用MATLAB工具分析的程序如下：t=-3:0.001:3; % 定义时间范围向量tN=inpu

17、t(N=); % 以交互方式输入N的值F0=0.5;fN=F0*ones(1,length(t);for n=1:2:N fN=fN+cos(pi*n*t)*sinc(n/2);endplot(t,fN); % 绘制fN的波形title(N= num2str(N);axis(-3 3 -0.2 1.2); grid on（3）运行结果如图14(b)和图14(c)所示。(a)(a) (b) (c)图14 周期矩形脉冲的合成（4）函数解析Input:输入函数10 、（1）题目如图15所示周期矩形脉冲，试绘出其频谱图。（课本94页） 图15 例10图（2）程序清单解：程序如下：clear allsy

18、ms t n T tao A T=4;A=1;tao=1;f=A*exp(-j*n*2*pi/T*t);fn=int(f,t,-tao/2,tao/2)/T; % 计算傅里叶系数fn=simple(fn); % 化简n=-20:-1,eps,1:20; % 给定频谱的整数自变量,eps代表0fn=subs(fn,n,n); % 计算傅里叶系数对应各个n的值subplot(2,1,1),stem(n,fn,filled); % 绘制频谱line(-20 20,0 0); % 在图形中添加坐标线title(周期矩形脉冲的频谱); grid onsubplot(2,1,2),stem(n,abs(f

19、n),filled); % 绘制频谱title(周期矩形脉冲的幅度谱); grid onaxis(-20 20 0 0.3);（3）运行结果如图15所示。图15 例10频谱图（4）函数解析Int:表示赋值Simple：表示化简11、（1）题目 如图16(a)所示三角波信号，即：，试求其频谱。（课本95页） (a) (b)图16 例11图（2）程序清单解：程序如下：syms t w f ft; % 定义符号变量f=(1-(abs(t)/2); % 三角波信号ft=f*exp(-j*w*t); % 计算被积函数 F=int(ft,t,-2,2); % 计算傅里叶变换F(w)F=simple(F);

20、F % 化简axis(-3 3 0 1.1);title(三角波信号);ezplot(abs(F),-8:0.01:8); grid on % 绘制三角波信号的频谱title(三角波信号的频谱);（3）运行结果：F =-(cos(2*w)-1)/w2即：频谱如图16(b)所示。12、（1）题目 二阶低通滤波器特性为即：和令和1时，分别求幅频特性和相频特性。（2）程序清单解：程序如下：Q=input(输入Q=); % 以交互方式输入Qnormalizedw=linspace(0.1,10,100);H=1./(1-normalizedw.2+j*normalizedw/Q); % 二阶低通滤波器

21、的频率特性表达式subplot(1,2,1),plot(normalizedw,abs(H); % 绘制幅频特性曲线title(幅频特性曲线);gridsubplot(1,2,2),plot(normalizedw,angle(H); % 绘制相频特性曲线title(相频特性曲线);grid（3）运行结果如图17和图18所示。输入Q=1/sqrt(2)图17 例12程序运行结果一输入Q=1图18 例12程序运行结果二（4）函数解析13、（1）题目三阶低通滤波器特性为试求：a. 该系统的幅频特性和相频特性，b. 该系统的冲激响应。（2）程序清单解：求幅频特性和相频特性的程序如下：w=0:0.01

22、:5; H=1./(j*w).3+3*(j*w).2+2*j*w+1); % 三阶低通滤波器的频率特性表达式subplot(1,2,1),plot(w,abs(H); % 绘制幅频特性曲线title(幅频特性曲线);grid;axis tight;subplot(1,2,2),plot(w,angle(H); % 绘制相频特性曲线title(相频特性曲线);grid;axis tight;（3）运行结果如图19所示。图19 例13程序运行结果一求该系统的冲激响应的程序如下：b=1; % 分子多项式系数a=1 3 2 1; % 分母多项式系数impulse(b,a); % 冲激响应h(t)运行结

23、果如图20所示。图20 例13程序运行结果二（4）函数解析14 、（1）题目应用MATLAB方法生成信号，其中的波形如图21所示。（课本119） 图21 例14图（2）程序清单解：程序如下：t=-3*pi:0.01:3*pi; % 定义时间范围向量s=sinc(t/pi); % 计算Sa(t)函数subplot(3,1,1),plot(t,s); grid on % 绘制Sa(t)的波形p=zeros(1,length(t); % 预定义p(t)的初始值为0for i=16:-1:-16p=p+rectpuls(t+0.6*i,0.4); % 利用矩形脉冲函数rectpuls的平移来产生宽度为

24、0.4,幅度为1的矩形脉冲序列p(t)end subplot(3,1,2),stairs(t,p); % 用阶梯图形表示矩形脉冲axis(-10 10 0 1.2); grid onf=s.*p;subplot(3,1,3),plot(t,f); grid on % 绘制f(t)=Sa(t)*p(t)的波形（3）运行结果如图22所示。图22 例14程序运行结果（4）函数解析15、（1）题目分析如图23所示三角波信号的取样过程，并画出和的频谱图。（课本120）(a)(b) (c)图23 例15图（2）程序清单解：程序如下： syms t w f; % 定义符号变量f=(1-2*abs(t)*ex

25、p(-j*w*t); % 计算被积函数F=int(f,t,-1/2,1/2); % 计算傅里叶系数F(w)F=simple(F);F % 化简 subplot(3,1,1), % 绘制三角波的幅频特性曲线F(w)low=-26*pi;high=-low; % 设置w的上界和下界ezplot(abs(F),low:0.01:high); grid onaxis(low high -0.1 0.5); xlabel(omega);title(三角波的频谱); subplot(3,1,2), % 绘制经过截止频率为4*pi低通滤波器后的频谱Y1(w)ezplot(abs(F),-4*pi:0.01:

26、4*pi); grid onaxis(low high -0.1 0.5); xlabel(omega);title(低通滤波后的频谱);% 取样信号的频谱是原信号频谱的周期延拓，延拓周期为(2*pi)/Ts% 利用频移特性Ff(t)*exp(-j*w0*t)=F(w+w0)来实现subplot(3,1,3); % 绘制取样后的频谱Y(w)Ts=0.2; % 取样信号的周期w0=(2*pi)/Ts; % 延拓周期10*pifor k=-2:2 ft=f*exp(-j*w0*k*t); FT=int(ft,t,-1/2,1/2); ezplot(1/Ts)*abs(FT),(-4*pi-k*w0

27、):0.01:(4*pi-k*w0); hold onendaxis(low high -0.1 2.5); xlabel(omega); grid ontitle(取样后的频谱);（3）运行结果如图24所示。图24 例15各频谱图(4)函数解析axis函数通常在绘图中用于设置坐标值范围grid on 是matlab中的一种函数，表示在画图的时候添加网格线实验总结:上机学习MATALB有半个学期的时间，说实话我现在对MATLAB还是摸不着头脑，一方面是自己接触的时间太短，另一方面，就是自己在上机方面投入的时间有限，实践比较少。现在，我对MATLAB的印象仅仅在绘制一些简单的数学函数图形上，但是

28、我很喜欢MATLAB的简单的语法,易于绘制图形,编程也非常容易, 并且具有功能强大的开放式的toolbox。 因此,尽管我一直没有这方面的应用,但是我还是对它非常感兴趣，自己正打算暑假好好研究研究MATLAB。下面是我学习MATLAB在理论和实践方面的一点心得与体会，可能有些地方自己理解的不是很正确，但是随着学习的深入，我想我可以发现自己的错误所在。首先我想说的是，在理论方面，在学习MATLAB过程中，我感觉到它和c语言有许多相似之处，他有c语言的特征，但是比c语言编程计算更加简单，适合于复杂的数学运算。但是MATLAB跟其他语言也有着很大的不同。众所周知MATLAB是一个基于矩阵运算的软件，

29、但是，真正在运用的时候，特别是在编程的时候，许多人往往没有注意到这个问题。在使用MATLAB时，受到了其他编程习惯的影响，特别是经常使用的C语言。因此，在MATLAB编程时，for循环（包括while循环）到处都是。.这不仅是没有发挥MATLAB所长，还浪费了宝贵的时间。我这里想说的一点是，往往在初始化矩阵的时候注意到这个问题，懂得了使用矩阵而不是循环来赋值，但是，在其他环节上，就很容易疏忽，或者说，仍然没有摆脱C、C的思想。MATLAB博大精深，涉及的内容很多，所以，我认为不要试图掌握MATLAB的每一个功能，熟悉和你专业最相关的部分就可以了，这也是老师在课堂上经常说的。学MATLAB并不难，难的是学会怎么用，所以经常上机实践是很必要的。我自己感觉学习MATLAB和以前的编程能力没有太多的关系，所以不要担心自己编程能力差，自己一定用不好MATLAB，只要自己肯在这上面花费时间和精力，就一定能有所收获。在学习MATLAB的过程中，不要只问不学，并且学MATLAB要有耐心，要大胆的去试，哪怕只有一丁点儿可能，只有自己动手去实践了才能发现错误的所在，利用这个解决