DSP技術(shù)與DSP芯片第5章

MATLAB入門簡(jiǎn)介第五章MATLAB入門簡(jiǎn)介什麼是MATLAB?MATLAB是MatrixLaboratory（矩陣實(shí)驗(yàn)室）的縮寫，它由主包和功能各異的工具箱組成?；镜臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是矩陣，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不僅是“矩陣實(shí)驗(yàn)室”的概念。MATLAB集科學(xué)計(jì)算、自動(dòng)控制、信號(hào)處理、圖像處理等功能一體獲廣泛運(yùn)用。它是一種真正的具有用法簡(jiǎn)易、程序結(jié)構(gòu)性強(qiáng)、兼具延展性的科學(xué)和工程計(jì)算的交互式程序語(yǔ)言。MATLAB的特點(diǎn):功能極強(qiáng)的數(shù)值運(yùn)算,有超過(guò)500種數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)、科學(xué)及工程方面的函數(shù)可用；先進(jìn)的數(shù)學(xué)繪圖功能；高效簡(jiǎn)單的程序環(huán)境,編寫程序快；可開放并可擴(kuò)展的架構(gòu)；豐富的工具箱；………………MATLAB的界面有六個(gè)主要功能fileEditViewWebWindowsHelpMATLAB的窗口MATLAB中的窗口有：命令窗口起始面板窗口工作空間窗口命令歷史窗口當(dāng)前目錄窗口M文件編輯/調(diào)試窗口圖形窗口圖形用戶界面窗口命令窗口（CommandWindow)命令窗口是MATLAB的主要窗口，可以利用這個(gè)窗口與MATLAB進(jìn)行交互，可以輸入變量的值、運(yùn)行函數(shù)和M文件。例如：在>>提示符后輸入A=[123；456；789]

按下enter鍵，命令窗口將顯示如下：A=123456789

>>1+2+3Ans=6>>x=1+2+3X=6>>1*10+2*20+3*30Ans=140簡(jiǎn)單易學(xué)舉例如下：MATLAB提供基本的算術(shù)運(yùn)算加(+)---5+3減(-)----5-3乘(*)----5*3除(/)----5/3冪次方(^)—5^3舉例:計(jì)算面積Area=πr2>>r=2;>>area=pi*r^2;Area=12.5664M文件編輯/調(diào)試窗口M文件編輯/調(diào)試窗口可以創(chuàng)建、調(diào)試M文件。打開M文件編輯/調(diào)試窗口有如下方法：1創(chuàng)建新的M文件：在MATLAB工具欄點(diǎn)擊“新文件”，或在MATLAB的界面選擇File-New-M文件，或在命令窗口輸入edit，回車。2打開已有的M文件：在MATLAB工具欄點(diǎn)擊“打開”或在MATLAB的界面選擇File-Open。MATLAB在《數(shù)字信號(hào)處理》中的

運(yùn)用例題1A=[1234];stem(A);xlabel('n');ylabel('A');title('A');pause;例題2B=[3456];stem(B);xlabel('n');ylabel('B');title('B');pause;例題3A=[1234];B=[3456];C=A+B;stem(C);xlabel('n');ylabel('C');title('C=A+B');pause;例題4A=[1234];B=[3456];D=A-B;stem(D);xlabel('n');ylabel('D');title('D=A-B');pause;例題5A=[1234];B=[3456];E=A.*B;stem(E);xlabel('n');ylabel('E');title('E=A.*B');pause;例題6A=[1234];B=[3456];F=A./B;stem(F);xlabel('n');ylabel('F');title('F=A./B');pause;例題7A=[1234];B=[3456];G=A.^B;stem(G);xlabel('n');ylabel('G');title('G=A.^B');pause;數(shù)字信號(hào)處理中常用的序列１.單位取樣序列δ(n)

N=4;x=zeros(1,N);2.單位階躍序列u(n)N=4;x=ones(1,N);3.實(shí)指數(shù)序列x(n)=an

n=0:N-1;x=a.^n;4.復(fù)指數(shù)序列x(n)=e(δ+jw0)nn=0:N-1;x=exp((lu+j*w0)*n);數(shù)字信號(hào)處理中常用的序列5.正（余）弦序列x=cos(w0n+

θ）n=0:N-1;x=cos(w0*n+Q);6.隨機(jī)序列rand(1,N)產(chǎn)生[0,1]上均勻分布的隨機(jī)矢量7.周期序列x(n)=x(n+N)x=[x1x1x1x1];MATLAB對(duì)使用變量名稱的規(guī)定:變量名稱的英文大小寫是有區(qū)別的(apple,Apple,AppLe不同)變量的長(zhǎng)度上限為19個(gè)字元變量名的第一個(gè)字母必須是英文.建立矩陣1MATLAB的基本變量均代表一矩陣,鍵入3*3矩陣并賦予變量A>>A=[135;246;789]屏幕顯示:A=135246789建立矩陣2>>a=1:5a=12345>>b=1:2:9b=13579

這兩種方式建立矩陣更直接建立矩陣3>>a=1:5；b=1:2:9a=12345b=13579>>c=[ba]%利用先前建立的矩陣a及矩陣b組成新矩陣cC=1357912345矩陣運(yùn)算>>a=1:5;a-2%矩陣a減2（%百分號(hào)后為注釋）

ans=-10123>>2*a-1%2乘矩陣a減1

ans=13579>>b=1:2:9;a+b%矩陣a加矩陣b

ans=2581114>>a.*b%矩陣a中元素與矩陣b中元素相乘

ans=16152845矩陣運(yùn)算（續(xù)）>>a./b%矩陣a中元素與矩陣b中元素相除

ans=1.00000.66670.60000.57140.5556>>a.^2%矩陣a中各元素作二次方

ans=1491625>>2.^a%以2為底，以矩陣a中各元素為次方

ans=2481632>>b.^a%以矩陣b中各元素為底，以矩陣a

中各元素為次方

ans=19125240159049MATLAB完成矩陣轉(zhuǎn)置用“｀”

>>[1;2;3]>>[1;2;3]'

ans=ans=112323>>b=a‘%矩陣b是矩陣a的轉(zhuǎn)置的結(jié)果

b=12345特殊矩陣>>A=zeros(2)%0的矩陣A=0000>>B=zeros(2,3)B=000000>>A=eye(2),B=eye(3,3)%單位矩陣

A=1001B=100010001size指令使用size指令可得矩陣的大小，例如：>>c=[12;34;56];>>size(c)

ans=32加上size指令將矩陣c原有的元素全部以0代替>>d=zeros(size(c))d=000000size指令（續(xù)）加上size指令將矩陣c原有的元素全部以1代替例如：>>c=[12;34;56];>>d=ones(size(c))d=111111簡(jiǎn)易繪圖函數(shù)plot函數(shù)>>v1=linspace(0,2*pi,20);%建立v1陣列>>v2=sin(v1);%建立v2陣列>>v3=cos(v1);%建立v3陣列>>plot(v1,v2,v1,v3)%繪兩條曲線，一條為v1-v2函數(shù)關(guān)系，一條為v1-v3函數(shù)關(guān)系，畫離散的火柴棒圖Stem格式:stem(x)/stem(x,y)說(shuō)明:使用類似于plot函數(shù)>>n=[-3,-2,-1,0,1,2,3];>>y=[1350352];>>stem(n,y)簡(jiǎn)易繪圖函數(shù)stem函數(shù)在同一座標(biāo)系中繪制SIN(X)(紅色),COS(X)曲線(藍(lán)色).x=0:pi/40:2*pi;y1=sin(x);y2=cos(x);plot(x,y1,'r*',x,y2,'b-');grid;holdon;title('mypicture');xlabel('x');ylabel('y');xlabel('x');gtext('sin(x)');gtext('cos(x)');用5階多項(xiàng)式對(duì)[0,π/2]上的正弦函數(shù)進(jìn)行最小二乘擬合

x=0:pi/20:pi/2;y=sin(x);a=polyfit(x,y,5);x1=0:pi/30:pi*2;y1=sin(x1);y2=a(1)*x1.^5+a(2)*x1.^4+a(3)*x1.^3+a(4)*x1.^2+a(5)*x1+a(6);plot(x1,y1,'b-',x1,y2,'r*')legend('原曲線','擬合曲線')

axis([0,7,-1,2,4])例5-12作一條曲線，程序如下。t=0:0.5:4*pi;%將t在0到4π間每間隔0.5取一點(diǎn)y=exp(-0.1*t).*sin(t);subplot(2,2,1),plot(t,y);%建立2×2子圖軸系,在圖1處繪線性圖title(‘plot(t,y)’);%標(biāo)注圖名subplot(2,2,2),stem(t,y);%在2×2子圖軸系圖2處繪脈沖圖title('stem(t,y)');subplot(2,2,3),stairs(t,y);%在2×2子圖軸系圖3處繪階梯圖title('stairs(t,y)');subplot(2,2,4),bar(t,y);%在2×2子圖軸系圖4處繪條形圖title('bar(t,y)');繪圖函數(shù)應(yīng)用舉例MATLAB數(shù)字信號(hào)處理常用函數(shù)

(1)FFT功能：快速離散傅立葉變換格式：[y]=FFT(x)[y]=FFT(x,N)

說(shuō)明：FFT(x,N)對(duì)輸入信號(hào)做N點(diǎn)FFT,如果輸入信號(hào)點(diǎn)數(shù)小于N,自動(dòng)補(bǔ)零(2)conv功能:對(duì)輸入信號(hào)做卷積格式：[c]=conv(A,B)(3)exp功能:求出輸入元素的指數(shù)格式:[y]=exp(x)(4)pause功能:程序等待用戶響應(yīng)格式：pause、pause(n)

說(shuō)明：pause暫停程序執(zhí)行，直到敲任意鍵。pause(n)在程序繼續(xù)執(zhí)行前等待N秒MATLAB函數(shù)運(yùn)用舉例例5-14設(shè)x(n)為長(zhǎng)度N=4的矩形序列，用MATLAB程序分析FFT取不同長(zhǎng)度時(shí)x(n)的頻譜變化。解：N=8，16，32時(shí)x(n)的FFTMATLAB實(shí)現(xiàn)程序如下：clearall;x=[1,1,1,1,1,1];N=8;y1=fft(x,N);%調(diào)用fft為快速傅里葉變換函數(shù)n=0:N-1;subplot(3,1,1);stem(n,abs(y1));axis([0,7,0,6]);title('N=8');N=32;y2=fft(x,N);%調(diào)用fft為快速傅里葉變換函數(shù)n=0:N-1;subplot(3,1,2);stem(n,abs(y2));axis([0,30,0,6]);title('N=32');N=64;y3=fft(x,N);%調(diào)用fft為快速傅里葉變換函數(shù)n=0:N-1;subplot(3,1,3);stem(n,abs(y3));axis([0,63,0,6]);title('N=64');GUIDE的快速入門第一步：進(jìn)行界面設(shè)計(jì)在MATLAB中啟動(dòng)GUIDE的方法有三種.(1)在MATLAB指令行窗口中直接鍵入指令>>GUIDE(2)在”stare”菜單中選擇”MATLAB”菜單下的”GUIDE”命令.(3)在工具欄中單擊圖標(biāo),如下圖所示,進(jìn)入GUIDE用戶圖形界面.GUIDE用戶圖形界面

GUIDE的畫布從控制面版中選擇控件，用鼠標(biāo)將控件拖動(dòng)到畫布上

第二步:設(shè)置控件屬性設(shè)置圖形界面對(duì)象的TAG屬性

Handles結(jié)構(gòu)Handles結(jié)構(gòu)在GUI編程中是非常重要的元素。該結(jié)構(gòu)中不僅包含了所有界面對(duì)象的Tag屬性，通過(guò)Tag屬性可以直接獲取或者修改控件屬性，而且在handles結(jié)構(gòu)體中還可以添加用戶自定義的需要在不同的回調(diào)函數(shù)之間共享的數(shù)據(jù)。第三步:編寫回調(diào)函數(shù)用軸命令,獲取軸對(duì)象的句柄axes(handles.frequency_axes)axes(handles.frequency_axes)%指定頻率軸plot(f,m(1:257))set(handles.frequency_axes,'XMinorTick','on')gridon%Createtimeplotaxes(handles.time_axes)%指定時(shí)間軸plot(t,x)set(handles.time_axes,'XMinorTick','on')gridonSimulink簡(jiǎn)介Simulink的特點(diǎn)Simulink是MATLAB中的一個(gè)建立系統(tǒng)方框圖并在方框圖基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)仿真的環(huán)境，是一個(gè)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析的軟件包。使用Simulink可以更加方便地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行可視化建模及仿真，使系統(tǒng)建模、仿真與工程盡可能結(jié)合起來(lái)。用Simulink建模和仿真的過(guò)程

下面以一個(gè)具體的實(shí)例簡(jiǎn)述用Simulink建模和仿真的過(guò)程。

例1已知傳遞函數(shù)為，用Simulink建模和仿真求解系統(tǒng)的輸出。（1）啟動(dòng)MATLAB，在命令窗口中輸入命令“Simulink”或單擊MATLAB工具欄上的Simulink

圖標(biāo)，打開Simulink模塊庫(kù)窗口。在Simulink

模塊庫(kù)窗口中單擊菜單項(xiàng)”File|New|Model”，就可以建立一個(gè)Simulink模型文件，單擊Simulink基礎(chǔ)庫(kù)中的Continuous子庫(kù)，產(chǎn)生傳遞函數(shù)模塊。Simulink系統(tǒng)仿真（2）在傳遞函數(shù)模塊庫(kù)中選取本例所對(duì)應(yīng)的傳遞函數(shù)模塊，將它拖動(dòng)到新建模型窗口中的適當(dāng)位置，如右圖所示。

（3）從快捷菜單中選取”TransferFunparameters…”項(xiàng)修改傳遞函數(shù)參數(shù)，在彈出的對(duì)話框中的傳遞函數(shù)分子系數(shù)”Numerator:”欄填入[8];在傳遞函數(shù)分母系數(shù)”Denominator”欄填入[1，4，12]，其余參數(shù)使用默認(rèn)值。4）在Simulink基礎(chǔ)庫(kù)中的Sources子庫(kù)中選取激勵(lì)信號(hào)源，例如選取方波信號(hào)源，將SignalGenerator拖入建模窗口中，單擊鼠標(biāo)右鍵，設(shè)置信號(hào)源為0.2Hz的方波，幅度為1。在Sinks子庫(kù)中選取Scope示波器作為系統(tǒng)輸出波形顯示。如右圖所示。

（5）雙擊示波器Scope顯示圖形窗口界面，如圖5-E所示。單擊窗口左上方圖標(biāo)，顯示屬性Parameters設(shè)置界面，在General選項(xiàng)卡中Numberofaxes:文本框中輸入2,使之成為雙蹤顯示。在Timerange:文本框中輸入20，表示仿真時(shí)間設(shè)定為20秒。在Datehistory選項(xiàng)卡中Limtdatepointstolast:復(fù)選框中輸入5000。其余參數(shù)使用默認(rèn)參數(shù)。

Scope示波器模塊參數(shù)設(shè)置

（6）將信號(hào)源連到傳遞函數(shù)模塊，再連到示波器外，示波器第二輸入節(jié)點(diǎn)與信號(hào)源輸出相連，這樣就可以同時(shí)觀察系統(tǒng)的輸入、輸出波形了。完成后的建模系統(tǒng)可以通過(guò)“File“菜單存盤為模型文件，擴(kuò)展名為”mdl“，如“Signal.mdl”.（7）所有這寫工作完成之后，就可以啟動(dòng)仿真了?？赏ㄟ^(guò)建模窗口菜單項(xiàng)“Simulation|Start”啟動(dòng)仿真，也可以單擊工具欄上的小三角按鈕或使用快捷鍵Ctrl+T啟動(dòng)仿真，雙擊Scope示波器顯示輸出波形仿真結(jié)果。

系統(tǒng)建模及仿真結(jié)果

實(shí)驗(yàn)一信號(hào)、系統(tǒng)及系統(tǒng)響應(yīng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉連續(xù)信號(hào)經(jīng)過(guò)理想采樣前后的頻譜變化關(guān)系、加深對(duì)時(shí)域采樣定理的理解2、熟悉時(shí)域離散系統(tǒng)的時(shí)域特性3、利用卷積方法觀察分析系統(tǒng)的時(shí)域特性4、掌握序列傅立葉變換的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)方法,利用序列傅立葉變換對(duì)連續(xù)信號(hào)、離散信號(hào)及系統(tǒng)響應(yīng)進(jìn)行頻域分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、用MATLAB產(chǎn)生信號(hào)序列:(1)采樣信號(hào)序列

(2)單位脈沖序列(3)矩形序列2、有限長(zhǎng)序列線性卷積:y=conv(x,h)3、編制實(shí)驗(yàn)主程序?qū)嶒?yàn)內(nèi)容1用MATLAB產(chǎn)生信號(hào)序列:(1)采樣信號(hào)序列n=0:1:49;T=0.001;A=444;a=50*sqrt(2)*pi;W=20*sqrt(2)*pi;xa=A.*exp(-a*n*T).*sin(W*n*T);stem(xa,'r');title('序列xa');xlabel('n');ylabel('xa');pause;(1)采樣信號(hào)序列

(2)單位脈沖、矩形序列xc=ones(1,10);ha=ones(1,20);xb=zeros(1,10);xb(1)=1;hb=[1,2.5,2.5,1];subplot(2,2,1);stem(xb,'r');title('序列xb');xlabel('n');ylabel('xb');pause;subplot(2,2,2);stem(xc,'r');title('序列xc');xlabel('n');ylabel('xc');pause;subplot(2,2,3);stem(ha,'r');title('序列ha');xlabel('n');ylabel('ha');pause;title('序列hb');xlabel('n');ylabel('hb');subplot(2,2,4);stem(hb,'r');pause;(2)單位脈沖、矩形序列結(jié)果實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2有限長(zhǎng)序列線性卷積a=ones(1,20);h=[1,2.5,2.5,1];y=conv(a,h)stem(y,'r');title('序列a與序列h的卷積y(n)');xlabel('n');ylabel('y');stem(xc,'r');有限長(zhǎng)序列線性卷積的結(jié)果編制實(shí)驗(yàn)主程序?qū)嶒?yàn)主程序1n=0:1:49;T=0.001;A=444;a=50*sqrt(2)*pi;W=20*sqrt(2)*pi;xa=A.*exp(-a*n*T).*sin(W*n*T);xb=zeros(1,10);xb(1)=1;xc=ones(1,20);ha=ones(1,10);hb=[1,2.5,2.5,1];stem(xa,'r');title('序列xa');xlabel('n');ylabel('xa');pause;stem(xb,'r');title('序列xb');xlabel('n');ylabel('xb');pause;stem(xc,'r');title('序列xc');xlabel('n');ylabel('xc');pause;stem(ha,'r');title('序列ha');xlabel('n');ylabel('ha');pause;title('序列hb');xlabel('n');ylabel('hb');stem(hb,'r');pause;實(shí)驗(yàn)主程序2x=input('請(qǐng)輸入產(chǎn)生的信號(hào)');X=fft(x,20);stem(x,'r');xlabel('n');ylabel('x');title('輸入的信號(hào)序列');pause;stem(abs(X),'r');title('輸入信號(hào)20點(diǎn)的FFTX(k)');xlabel('k');ylabel('X');pause;h=input('請(qǐng)輸入單位脈沖響應(yīng)序列');H=fft(h,20);stem(h,'r');title('輸入單位脈沖響應(yīng)序列h(n)');xlabel('n');ylabel('h');pause;stem(abs(H),'r');title('輸入單位脈沖響應(yīng)序列h(n)的20點(diǎn)FFTH(k)');xlabel('k');ylabel('H');pause;y=conv(x,h);Y=fft