MATLAB在電子信息課程中的應(yīng)用.

1、MATLAB 在電子信息課程中的應(yīng)用陳藝摘要：介紹了 MATLAB,并結(jié)合實(shí)例,詳 細(xì)探討了 MATLAB在電子信息課程中的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞:MATLAB;工具箱;仿真實(shí)驗(yàn); 電子信息課程引言:MATLAB 其功能強(qiáng)大,已成為數(shù)字信號(hào)處理等課程的主要工具軟 件,學(xué)習(xí)和掌握好 MATLAB 有助于專業(yè)課更好的學(xué)習(xí)。1.MATLAB 簡介 MATLAB 簡介 MATLAB 是由美國 mathworks 公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、 可視化以及交 互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及 非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究

2、、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)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(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語言的編輯模式，代表了 當(dāng)今國際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。MATLAB 在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MATLAB 可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng) 建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào) 處理與通訊、信號(hào)檢測、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。MATLAB 的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、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(duì) C,FORTRAN,C+ JAVA 的支持。 可以直接調(diào)用，用戶也可以將自己編寫的 實(shí)用程序?qū)氲?MATLAB 函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用。2.MATLAB 在電子信息課 程中的應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)工程與科學(xué)繪圖控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真！訊系 統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 2.1 MATLAB 在信號(hào)與系統(tǒng)中的應(yīng)用信號(hào)與系統(tǒng)是電子信息類專業(yè) 的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)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(shù)學(xué)基礎(chǔ)，而且要將大量的時(shí)間和精力花費(fèi)在許多繁瑣的工 程計(jì)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(shí)現(xiàn)。二維傅立 葉變換是一個(gè)很復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)

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(duì)傅立葉變換有一個(gè)深入的理解，而且需要將數(shù)學(xué)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(shí)現(xiàn)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?cái)?shù)據(jù) I 的二維 fft 變換矩陣，輸入數(shù)據(jù) I 和輸出數(shù)據(jù) B 維數(shù)相同。B=fft2 (I,m,n 通過對(duì)數(shù)據(jù) I 進(jìn)行剪切或補(bǔ)零，按用戶指定的點(diǎn)數(shù)計(jì)算 fft,返回?cái)?shù)據(jù)矩陣 B 的 大小為 mKn。通過上述語句，可見 MATLAB 用于信號(hào)與系統(tǒng)的實(shí)

5、驗(yàn)仿真中是很方 便的。示例 1:通過傅里葉變換找出被隨機(jī)噪聲淹沒的信號(hào)頻率。設(shè)采樣頻率f=1000Hz,信號(hào)頻率分布在 50 100Hz 然后疊加隨機(jī)噪聲?？删帉懭缦碌腗ATLAB程序演示信號(hào)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(shí)間(秒;title(不含噪聲信號(hào);subplot(2,2,2;plot(t,sn; xlabel(時(shí)間(秒;title(含噪聲信號(hào);subplot(2,2,3; plot(f,Ps(1:257; xlabel(頻 率(Hz; title(不含噪聲信號(hào)的幅值譜;subplot(2,2,4; plot(f,Pn(1:257; xlabel(頻率(Hz ;title(含噪聲信號(hào)的幅值譜;2上面的程序在 MATLAB 中執(zhí)行的結(jié)果如圖 1 所示,其中可以看到淹沒在時(shí)域噪 聲中明顯的信號(hào)峰值，這就是頻域分析的功效。2.2 MATLAB 在數(shù)字圖像處理中的 應(yīng)用數(shù)字圖像處理課程起點(diǎn)

7、高，難度大，理論性很強(qiáng)。 所以在數(shù)字圖像處理課程中引 進(jìn) MATLAB 軟件。 MATLAB 有豐富的圖像處理工具箱，提供了一個(gè)很好的編程平 臺(tái)，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(shù)字圖像處理課程中的應(yīng)用。在數(shù)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(duì)同一幅圖像進(jìn)行不同的邊

8、緣檢測，各個(gè)算子檢 測的結(jié)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(yùn)行結(jié)果見圖 2。圖 2 邊緣檢測示例圖 32.3 MATLAB 在自動(dòng)控制原理中的應(yīng)用 MATLAB 語言開發(fā)了控制系統(tǒng)工具箱,即 CONTROL 工具箱,并進(jìn)一步設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖程序設(shè)計(jì)工具箱,即 SIMULINK 工具箱，使得 MATLAB 語言成為控制系統(tǒng)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(shè)計(jì)提供的結(jié)構(gòu)圖 編程與系統(tǒng)仿真的專用工具，基本上不用編寫任何程序，只需調(diào)用所需模塊即可，并可 以修改模塊。中的參數(shù)值。該仿真環(huán)境下的

10、用戶程序其外觀就是控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 操作就是依據(jù)結(jié)構(gòu)圖作系統(tǒng)仿真。此仿真環(huán)境一方面是利用SIMULINK 提供的輸入信號(hào) （信號(hào)源模塊對(duì)結(jié)構(gòu)圖所描述的系統(tǒng)施加激勵(lì)；另一方面是利用 SIMULINK 提 供的輸出裝置（輸出口模塊獲得系統(tǒng)的輸出響應(yīng)，即數(shù)據(jù)或時(shí)間響應(yīng)曲線，成為圖形 化、模塊化方式的控制系統(tǒng)仿真。下面舉例說明MATLAB 在自動(dòng)控制原理中的應(yīng)用4。在 SIMULINK 仿真界面上作仿真結(jié)構(gòu)圖（見圖 3,并作時(shí)域仿真，仿真參數(shù) 可以進(jìn)行設(shè)置修改，和現(xiàn)實(shí)用仿真儀器進(jìn)行參數(shù)調(diào)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(shù)設(shè)置為：階躍時(shí)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(shù)設(shè)置為：階躍時(shí)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(duì)自動(dòng)控制原理中的內(nèi)容 進(jìn)行仿真是很方便的，不用搭建任何電子物理器件就可以進(jìn)行仿真，同時(shí)仿真結(jié)果以 圖形的形式顯示。3.在通信原理中的應(yīng)用對(duì)于通信系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，一般需建立一個(gè)通信實(shí)驗(yàn)室，購買 大量的實(shí)驗(yàn)儀器，需要花費(fèi)大量的人力和物力，而 MATLAB 的出現(xiàn)有效地緩解了這 一局面，使得通信系統(tǒng)的仿真可以在個(gè)人計(jì)算機(jī)上模擬實(shí)現(xiàn)，只需輸入不同的參數(shù)就 可以得到不同情況下系統(tǒng)的性能。1MATLAB 在通信領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用，運(yùn)用 MATLA

12、B 通信仿真工具箱可以對(duì)通信系統(tǒng)中的調(diào)制與解調(diào)，信號(hào)的頻譜分析以 及 FIR 濾波器的設(shè)計(jì)等進(jìn)行仿真。下面以通信原理中的雙邊帶幅度調(diào)制的 Simulink仿真為例說明 MATLAB 在通信原理課程教學(xué)中的應(yīng)用。？4示例 2:示例:圖 6 所示是雙邊帶頻帶幅度調(diào)制的系統(tǒng)仿真框圖。圖 7 給出了雙 邊帶頻帶幅度調(diào)制后信號(hào)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(diào)波形、原始波形、調(diào)制波形。圖 6 雙邊帶頻帶幅度調(diào)制的系統(tǒng)仿真框圖圖 7 雙邊帶頻帶幅度調(diào)制后信號(hào)的頻域圖圖 8 雙邊帶頻帶幅 度調(diào)制仿真系統(tǒng)中示波器的波形圖 5三、結(jié)語目前 MATLAB 在我國

13、大學(xué)已得到了廣泛應(yīng)用。為了更好地將MATLAB 融入到專業(yè)課 程的學(xué)習(xí)之中， 發(fā)揮 MATLAB 在專業(yè)課程教學(xué)中的作 用，采用 MATLAB 編程進(jìn)行演示和仿真實(shí)驗(yàn)，借助 MATLAB 仿真幫助解釋晦 澀難懂的概念以及理論知識(shí)，嘗試將仿真實(shí)驗(yàn)融于專業(yè) 理論教學(xué)當(dāng)中，理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，使抽象的理論知識(shí)具體化、形象化。課后采用MATLAB 編程來完成課后習(xí)題、相應(yīng)實(shí)驗(yàn)以及課程設(shè)計(jì)，圍繞相關(guān)專業(yè)課題采用 MATLAB 進(jìn)行仿真研 究等。對(duì)于那些由于實(shí)驗(yàn)資源限制不能開出的專業(yè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，也可以采用MATLAB 仿真實(shí)驗(yàn) 的方法。參考文獻(xiàn)：【1】徐明遠(yuǎn)，邵玉斌.MATLAB 仿真在通信與電子工程中的應(yīng)用M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社【2】陳懷琛.數(shù)