基于Matlab 的数字信号处理实验报告.docx
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基于Matlab的数字信号处理实验报告
第1章MATLAB基本知识
MATLAB是一种面向科学和工程计算的高级语言，包含的几十个工具箱，覆盖了通信、
自动控制、信号处理、图像处理、生命科学等科技领域，现已成为国际公认的最优秀的科技
界应用软件。
该软件的特点是：
强大的计算功能、计算结果和编程可视化及极高的转换效率。
本章目的是帮助新用户在领略MATLAB非凡能力的同时能轻松跨越MATLAB的门槛。
§1.1MATLAB语言的基本使用环境
一．MATLAB的安装MATLAB5.3版本仅有一张光盘，运行其上的安装文件setup.exe，则可以按提示安装整
个MATLAB系统。
MATLAB6.1版本有两张光盘，将其中的程序盘插入驱动器，运行其上
的安装文件setup.exe，则可以按提示安装整个MATLAB系统。
MATLAB6.x与以前的版本相比，在界面上的变化是很大的，以前的版本只给出一个又
一个命令窗口，MATLAB6.1的程序界面，除了其右侧的CommandWindow（命令窗口）之外，
还有LaunchPad（程序调用板）和CommandHistory（命令的历史记录）两个子窗口，以及
Workspace（工作空间管理程序）和CurrentDirectory（当前目录管理程序）等，使MATLAB的
操作更容易、方便了。
二．MATLAB5.3的操作步骤
由于实验室安装的是MATLAB5.3，下面我们介绍MATLAB5.3的操作步骤。
双击桌面
的MATLAB5.3的图标，如图1-1，将进入MATLAB5.3的CommandWindow（命令窗口），
如图1-2。
1．帮助[Help]选项
HelpWindows打开分类帮助窗
HelpTips打开函数文件命令帮助窗
HelpDesk打开以超文本形式存储的帮助文件主页
ExamplesandDemos打开演示窗主页
AboutMATLAB注册图标、版本、制造商和用户信息
选择[Help]中不同的类别，用户可以从相关的帮助信息得到帮助。
2．用户目录的设置
（1）.必须建立用户自己的工作目录
MATLAB完成各种复杂运算、仿真的能力是在严格的目录结构及其驻留文件保证下获得的。
因此应该建立自己的工作目录，用于存放用户自己创建的各种文件和数据。
（2）.在路径浏览器中加入用户自己的路径
①可以在命令窗中选中[File:
SetPath]菜单项，在[Path]窗中选中[Addtopath]，点击Browse,
在出现的目录中选定所需的目录，便完成设置，退出此菜单前保存。
②也可以在命令窗口选择PathBroser图标，在弹出的PathBroser窗口中选择Path，在
AddtoPath下选中需要加入的目录，如图1-3，完成设置，退出此菜单前保存。
3．建立M脚本文件
所谓M脚本文件，指文件的扩展名是.m的文件。
对于比较简单的问题和一次性的问题，通过CommandWindow（命令窗）直接输入一组指令
去求解，也许比较简单快捷。
但要解决问题所需的指令增多或所用指令结构复杂时，直接在
命令窗输入指令的方法就显得繁琐。
设计M脚本文件来解决此矛盾。
（1）.在命令窗[File]下拉菜单中选择New选项中的M--File子项，如图1-4，就会出现M文
件编辑器，如图1-5所示。
（2）.把指令全部写在M文件编辑器中，选择[Saveas]存入到用户的目录下,例如选择文件名
为myfile1。
（3）.运行M脚本文件。
在CommandWindow（命令窗）中键入myfile1，就能运行该文件，
结果显示在命令窗。
4．建立M函数文件
函数文件的目的是扩展MATLAB功能，即利用MATLAB语言构造了一个新的MATLAB
函数，而且该函数的使用同MATLAB本身提供的库函数是一样的。
例如，函数文件mean.m,用来计算一组向量的平均值。
functiony=mean（x）
%meanaverageormeanvalue
m=length（x）;
y=sum（x）/m;
例如在M文件输入：
z=1:
99;
m=mean（z）
运行程序结果为：
m=50
关于函数文件的几点说明：
（1）文件的第一行说明了该函数的名称、输入参数、输出参数。
这一行的有无是区别脚本文
件与函数文件的一个重要标志。
（2）函数的文件名与函数名是相同的。
§1.2数值数组的创建
一．一维数组的创建和寻访
1.一维数组的创建
（1）.逐个元素输入法
这是最简单，但又最通用的构造方法。
例：
x=[2pi/2sqrt（3）3+5*j]
x=
2.00001.57081.73213.0000+5.0000i
（2）.冒号生成法
这是通过“步长”设定，生成一维“行”数组的方法。
该方法通用格式为：
x=a:
inc:
b
说明：
a是数组的第一个元素；inc是采样点之间的间隔，即步长；若（b-a）是inc的整数倍，则生
成数组的最后一个元素等于b，否则小于b。
inc可以省略，省略时，默认其取值为1，即inc=1;inc可以取正数或负数，若inc取正时，
要保证ab。
2.一维数组的寻访
x=rand（1,5）%产生（1×5）（即：
1行5列）的均匀分布随即数组
x=ones（1,5）%产生（1×5）（即：
1行5列）的数值全部为1的数组
x=zeros（1,5）%产生（1×5）（即：
1行5列）的数值全部为0的数组
x（3）%寻访数组x的第三个元素
x（1:
3）%寻访数组x的前三个元素
x（[125]）%寻访数组x的第一、二、五个元素组成的子数组
x（find（x>0.5））%寻访由大于0.5的元素构成的子数组
二．二维数组的创建和寻访
1.直接输入法
（1）整个输入数组必须以[]为其首尾
（2）数组的行与行之间必须用分号“；”或回车键[Enter]隔离
（3）数组元素必须由逗号“，”或空格分隔
例：
c=[1,2,5;7,4,9]
c=125
749
2.二维数组的标识
“全下标”标识
A（3，5）表示二维数组A的“第3行第5列”的元素
§1.3数值数组的运算
数值数组及数组运算始终是Matlab的核心内容。
Matlab精心设计的数值数组及其运算目的
在于使计算程序简单、易读、程序指令更接近教科书上的数学计算公式。
§1.4控制流语句
1.for循环语句
其功能是重复执行一条或一组语句的固定次数。
（也可以是零次）
格式:
forexpression（表达式）
statement（描述）
end
循环可以嵌套。
例：
forI=1;5
forj=1:
4
a（i,j）=i+j-1;
end
end
2.while循环语句
其功能是重复执行一条或一组语句的次数，重复次数由某个逻辑条件控制，一般来说其执行
次数是不能预先确知的。
格式:
whileexpression（表达式）
statement（描述）
end
3.if和break语句
if条件语句的功能是：
如果满足某个条件则执行一条或一组语句，否则就不执行其内部语句，
或者执行else后面的语句。
if条件语句的一般格式有两种：
格式一:
ifcondition
statement
end
格式二:
ifcondition
statement1
else
statement2
end
Break语句一般出现在循环语句中，它表示跳出循环体，即结束循环。
§1.5绘图
用于绘图函数中常用的主要包括以下几种：
1．绘图
（1）.Plot
plot函数用来绘制二维线性坐标曲线，它的调用格式：
plot（y）：
若y为实数向量，将以y为纵坐标，y中对应元素的下标为横坐标来绘制曲线；若
y为复数，将以实部为横坐标、虚部为纵坐标来绘制曲线。
plot（x1,y1，„„）：
该格式将绘制x1为横坐标、yn为纵坐标的曲线。
（2）.stem
stem函数用来绘制二维离散序列的杆状图，它的调用格式：
stem（y）：
以y中对应元素的下标为横坐标来绘制杆状图。
stem（x,y）：
该格式将绘制x为横坐标、y为纵坐标的杆状图。
2．设置坐标轴属性
axis函数用于设置当前图形的坐标轴属性，它的调用格式：
axis（[xminxmaxyminymax]）：
分别设置x轴、y轴刻度的最小值和最大值。
3．分割图形窗口
subplot函数可以将图形窗口分割，以满足用户对图形显示的要求，它的调用格式：
subplot（m,n,p）：
将当前的窗口中的坐标轴分割成m行、n列的子坐标轴，选定第p个窗口为当前显示窗口。
4．图形标注函数
（1）title函数用来给图形添加标题，其调用格式为：
title（‘string’）：
在图形的正上方添加标题。
（2）xlable、ylable、zlable函数用法相同，都是给坐标轴进行标注的函数，它的调用格式：
xlable（‘string’）：
在x轴上用指定的字符串标注。
ylable（‘string’）：
在y轴上用指定的字符串标注。
zlable（‘string’）：
在z轴上用指定的字符串标注。
（3）text:
在曲线某点处标注：
text（x,y,‘string’）：
在点（x,y）处显示字符串。
text（x,y,z,‘string’）：
在点（x,y,z）处显示字符串。
第二章基于MATLAB的数字信号处理实验
实验一离散系统时域分析与Z域分析
一．实验目的
（1）熟悉Matlab的主要操作命令；
（2）掌握典型离散信号的特性
（3）掌握离散系统的频率响应
三．实验中调用的函数
eig（x）:
求解x矩阵的特征相量和特征值。
fliplr（x）：
是将x矩阵的列倒序。
[h,w]=freqz（b,a）：
系统函数的频率响应h，w表示0～π范围，其中b表示系统函数的
分子系数，按降幂顺序排列，a表示系统函数的分母系数，按降幂
顺序排列。
20*log10（abs（h））：
对系统函数的的频率响应h取绝对值得到幅频响应h（分贝）
angle（h）：
是对系统函数的的频率响应h求取相频响应
四．实验内容
1．熟悉Matlab的主要操作命令
例1：
求矩阵的特征相量和特征值。
程序如下：
A=[010；103；521]；%矩阵的写法，每行结束用；表示
[XD]=eig（A）%eig（A）是求解A矩阵的特征相量和特征值
运行结果：
X=
-0.3887+0.0965i-0.3887-0.0965i-0.1674
0.4191-0.6436i0.4191+0.6436i-0.6371
0.2142+0.4515i0.2142-0.4515i-0.7524
D=
-1.4029+1.3078i00
0-1.4029-1.3078i0
003.8058
例2：
编写函数，可对信号移位和反折。
编写一名为sigshift.m的函数文件
function[y,n]=sigshift（x,m,n0）
%Implementsy（n）=x（n-n0）
n=m+n0;y=x;
编写一名为sigshift.m的函数文件。
%Implementsy（n）=x（-n）
function[y,n]=sigfold（x,n）
y=fliplr（x）;n=-fliplr（n）;%fliplr（x）是将x矩阵的列倒序。
调用上述函数的主程序如下：
%h（n）=（0.9）^n*u（n）
n=0:
50;%n的取值范围是0到50，按1递增的。
h=（（0.9）.^n）;
figure
（1）%创建一个新的图像窗口
subplot（2,2,1）%是将当前的图像窗口分割成2行2列，显示第1个图像
stem（n,h）;%将h用杆图形式表示
axis（[-70,70,0,1]）%设定显示图形的x轴的范围是-70～70,y轴的范围是0～1
title（'x（n）'）%图像的题名是x（n）
gridon%在图像上显现网格
subplot（2,2,2）
[h2,n2]=sigshift（h,n,20）;%调用前面编辑的sigshift函数（信号移位）
stem（n2,h2）;
axis（[-70,70,0,1]）
title（'sigshift:
x（n-20）'）
gridon
subplot（2,2,3）
[h3,n3]=sigshift（h,n,-20）;
stem（n3,h3）;
axis（[-70,70,0,1]）
title（'sigshift:
x（n+20）'）
gridon
subplot（2,2,4）
[h1,n1]=sigfold（h,n）;%调用前面编辑的sigfold函数（信号反折）
stem（n1,h1）;
axis（[-70,70,0,1]）
title（'sigfold:
x（-n）'）
gridon
例3：
给定一因果系统
求出并绘制H（Z）的幅频响应与相
频响应。
程序如下：
%H（z）=（1-z^-1）/（1-sqrt
（2）*z^-1+0.9z^-2）
b=[1,-1];%系统函数H（Z）的分子系数，按降幂顺序
a=[1,-sqrt
（2）,0.9];%系统函数H（Z）的分母系数，按降幂顺序
[h,w]=freqz（b,a）;%系统函数的频率响应h，w表示0～π
am=20*log10（abs（h））;%对系统函数的的频率响应h取绝对值得到幅频响应h（分贝）
subplot（2,1,1）;
plot（w,am）%在0～π范围内连续画出系统函数幅频响应h的曲线
title（'Amplitude'）
ph=angle（h）;%angle（h）是对系统函数的的频率响应h求取相频响应
subplot（2,1,2）
plot（w,ph）%在0～π范围内连续画出系统函数相位响应ph的曲线
title（'Phase'）
结果如下：
2．上机实验内容
（1）数组的加、减、乘、除和乘方运算。
输入A=[1234],B=[3456],求C=A+B,D=A-B,E=A.*B,F=A./B,G=A.^B,用stem语句画出A，B，C，D，E，F，G。
A=[1234];
B=[3456];
stem（A）
stem（B）
C=A+B;
stem（C）
D=A-B;
stem（D）
E=A.*B;
stem（E）
F=A./B;
stem（F）
G=A.^B;
stem（G）
A
B
C
D
E
F
G
（2）用Matlab实现下列序列：
n=0:
15;
x=（0.8.^n）;
stem（n,x）
n=0:
15
x=（exp（（0.2+3j）*n））
stem（n,x）
n=0:
15
x=（3*cos（0.125*pi*n+0.2*pi）+2*sin（0.25*pi*n+0.1*pi））
stem（n,x）
n=0:
63
x=（3*cos（0.125*pi*n+0.2*pi）+2*sin（0.25*pi*n+0.1*pi））
stem（n,x）
（3）绘出下列时间函数的图形，对x轴、y轴以及图形上方须加适当的标注。
f=1
fs=10
t=10
n=0:
（fs*t）
x=（sin（2*pi*f/fs*n））;
plot（n,x）;
xlable（'time:
n'）;
ylable（'x（t）'）;
五.实验思考题
1.在MATLAB命令窗里运行demo指令,运行其中样例程序,体会MATLAB强大功能。
编
辑MATLAB的库函数要点是什么?
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