MATLAB实训实验.docx
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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MATALB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t
x=（t>=0）;
subplot（1,2,1）,stairs（t,x）;axis（[-1,2,-0.1,1.2]）;gridon%绘制单位阶跃信号波形
t=-1:
0.001:
1;%定义时间范围向量t
g=（t>=（-1/2））-（t>=（1/2））;
subplot（1,2,2）,stairs（t,g）;axis（[-1,1,-0.1,1.2]）;gridon%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（mnp）。
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，程序如下：
t=-5:
0.01:
5;%定义时间范围向量t
f=sinc（t）;%计算Sa（t）函数
plot（t,f）;gridon%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t
f=sinc（t/pi）;%计算Sa（t）函数
plot（t,f）;gridon%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、曲线和参数方程曲线的函数图形。
gridon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：
symst;%定义符号变量t
f=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,[0pi]）;gridon%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*pi*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）'）;gridon%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：
Easytousefunctionplotter。
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方法生成调制信号
的波形。
（2）程序清单
解：
对调制信号
，程序如下：
symst;%定义符号变量t
f=（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,[0pi]）;gridon%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
gridon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:
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,[08]）;gridon%绘制零状态响应曲线
运行结果：
yzs=exp（-t）+exp（-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=[1R/L1/（L*C）];
impulse（b,a）;%绘制脉冲响应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;%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）;gridon%绘制f（t）的波形
title（'f（t）'）;axis（[0302.1]）;
subplot（3,1,2）,stairs（nh,h）;gridon%绘制h（t）的波形
title（'h（t）'）;axis（[0302.1]）;
subplot（3,1,3）,plot（k,y）;gridon%绘制y（t）=f（t）*h（t）的波形
title（'y（t）=f（t）*h（t）'）;axis（[0302.1]）;
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,nf,nh,p）;%计算y（t）=f（t）*h（t）
subplot（3,1,1）,stairs（nf,f）;gridon%绘制f（t）的波形
title（'f（t）'）;axis（[0602.1]）;
subplot（3,1,2）,plot（nh,h）;gridon%绘制h（t）的波形
title（'h（t）'）;axis（[0602.1]）;
subplot（3,1,3）,plot（k,y）;gridon%绘制y（t）=f（t）*h（t）的波形
title（'y（t）=f（t）*h（t）'）;axis（[0602.1]）;
子程序sconv同例7。
（3）运行结果如图13所示。
图13例8图
（4）函数清单
axis（[xminxmaxyminymax]）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exp}Cn）.例如expl<9）=2,exp3<9）=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t
N=input（'N='）;%以交互方式输入N的值
F0=0.5;
fN=F0*ones（1,length（t））;
forn=1:
2:
N
fN=fN+cos（pi*n*t）*sinc（n/2）;
end
plot（t,fN）;%绘制fN的波形
title（['N='num2str（N）]）;
axis（[-33-0.21.2]）;gridon
（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：
clearall
symstnTtaoA
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0
fn=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（[-2020],[00]）;%在图形中添加坐标线
title（'周期矩形脉冲的频谱'）;gridon
subplot（2,1,2）,stem（n,abs（fn）,'filled'）;%绘制频谱
title（'周期矩形脉冲的幅度谱'）;gridon
axis（[-202000.3]）;
（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：
symstwfft;%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）;F%化简
axis（[-3301.1]）;title（'三角波信号'）;
ezplot（abs（F）,[-8:
0.01:
8]）;gridon%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）/w^2
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Q
normalizedw=linspace（0.1,10,100）;
H=1./（1-normalizedw.^2+j*normalizedw/Q）;%二阶低通滤波器的频率特性表达式
subplot（1,2,1）,plot（normalizedw,abs（H））;%绘制幅频特性曲线
title（'幅频特性曲线'）;grid
subplot（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:
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;axistight;
subplot（1,2,2）,plot（w,angle（H））;%绘制相频特性曲线
title（'相频特性曲线'）;grid;axistight;
（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=[1321];%分母多项式系数
impulse（b,a）;%冲激响应h（t）
运行结果如图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）;gridon%绘制Sa（t）的波形
p=zeros（1,length（t））;%预定义p（t）的初始值为0
fori=16:
-1:
-16
p=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（[-101001.2]）;gridon
f=s.*p;
subplot（3,1,3）,plot（t,f）;gridon%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：
symstwf;%定义符号变量
f=（1-2*abs（t））*exp（-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]）;gridon
axis（[lowhigh-0.10.5]）;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:
4*pi]）;gridon
axis（[lowhigh-0.10.5]）;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F[f（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*pi
fork=-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）:
0.01:
（4*pi-k*w0）]）;
holdon
end
axis（[lowhigh-0.12.5]）;xlabel（'\omega'）;gridon
title（'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
gridon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，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
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