信號(hào)可視化及時(shí)域運(yùn)算課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p><b>　　一、引言1</b></p><p>　　二、Matlab入門(mén)2</p><p>　　2.1 Matlab7.0介紹2</p><p>　　2.2利用Matlab7.0編程完成習(xí)題設(shè)計(jì)3</p>&

2、lt;p>　　三、Matlab7.0實(shí)現(xiàn)連續(xù)時(shí)間信號(hào)時(shí)移、反褶、尺度變換的設(shè)計(jì)4</p><p>　　3.1常用連續(xù)時(shí)間信號(hào)的類(lèi)別及原理4</p><p>　　3.2編程設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)4</p><p>　　3.3運(yùn)行結(jié)果及其分析7</p><p><b>　　四、結(jié)論20</b></p>&l

3、t;p><b>　　五、參考文獻(xiàn)21</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　人們之間的交流是通過(guò)消息的傳播來(lái)實(shí)現(xiàn)的，信號(hào)則是消息的表現(xiàn)形式，消息是信號(hào)的具體內(nèi)容。</p><p>　　《信號(hào)與系統(tǒng)》課程是一門(mén)實(shí)用性較強(qiáng)、涉及面較廣的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，該課程是將學(xué)生從電路分析的知識(shí)領(lǐng)域引入信

4、號(hào)處理與傳輸領(lǐng)域的關(guān)鍵性課程,對(duì)后續(xù)專(zhuān)業(yè)課起著承上啟下的作用. 該課的基本方法和理論大量應(yīng)用于計(jì)算機(jī)信息處理的各個(gè)領(lǐng)域,特別是通信、數(shù)字語(yǔ)音處理、數(shù)字圖像處理、數(shù)字信號(hào)分析等領(lǐng)域,應(yīng)用更為廣泛。</p><p>　　近年來(lái)，計(jì)算機(jī)多媒體教序手段的運(yùn)用逐步普及，大量?jī)?yōu)秀的科學(xué)計(jì)算和系統(tǒng)仿真軟件不斷涌現(xiàn)，為我們實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)和學(xué)生上機(jī)實(shí)驗(yàn)提供了很好的平臺(tái)。通過(guò)對(duì)這些軟件的分析和對(duì)比，我們選擇MATLAB語(yǔ)言作為輔

5、助教學(xué)工具，借助MATLAB強(qiáng)大的計(jì)算能力和圖形表現(xiàn)能力，將《信號(hào)與系統(tǒng)》中的概念、方法和相應(yīng)的結(jié)果，以圖形的形式直觀地展現(xiàn)給我們，大大的方便我們迅速掌握和理解老師上課教的有關(guān)信號(hào)與系統(tǒng)的知識(shí)。</p><p>　　MATLAB是當(dāng)前最優(yōu)秀的科學(xué)計(jì)算軟件之一，也是許多科學(xué)領(lǐng)域中分析、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)的基本工具。MATLAB全稱(chēng)是Matrix Laboratory,是由美國(guó)Mathworks公司于20世紀(jì)80年代推出的

6、數(shù)學(xué)軟件，最初她是一種專(zhuān)門(mén)用于矩陣運(yùn)算的軟件，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，MATLAB已經(jīng)發(fā)展成為一種功能全面的軟件，幾乎可以解決科學(xué)計(jì)算中的所有問(wèn)題。而且MATLAB編寫(xiě)簡(jiǎn)單、代碼效率高等優(yōu)點(diǎn)使得MATLAB在通信、信號(hào)處理、金融計(jì)算等領(lǐng)域都已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。它具有強(qiáng)大的矩陣計(jì)算能力和良好的圖形可視化功能，為用戶提供了非常直觀和簡(jiǎn)潔的程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，因此被稱(chēng)為第四代計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。MATLAB 強(qiáng)大的圖形處理功能及符號(hào)運(yùn)算功能，為我們實(shí)現(xiàn)信號(hào)的可視化及系

7、統(tǒng)分析提供了強(qiáng)有力的工具。MATLAB 強(qiáng)大的工具箱函數(shù)可以分析連續(xù)信號(hào)、連續(xù)系統(tǒng)，同樣也可以分析離散信號(hào)、離散系統(tǒng)，并可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行各種分析域計(jì)算，如相加、相乘、移位、反折、傅里葉變換、拉氏變換、Z 變換等等多種計(jì)算。</p><p>　　作為信號(hào)與系統(tǒng)的基本分析軟件之一，利用MATLAB進(jìn)行信號(hào)與系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)是通信以及信息工程學(xué)科的學(xué)生所要掌握的必要技能之一。通過(guò)學(xué)習(xí)并使用MATLAB語(yǔ)言進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)課題

8、的要求，對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)極為重要。尤其會(huì)提高綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)進(jìn)行分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，也便于將理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，并得以更好地掌握信號(hào)分析與處理的基本方法與實(shí)現(xiàn)。這也將為后續(xù)相關(guān)的課程學(xué)習(xí)打下一定的基礎(chǔ),從而在以后相關(guān)課程設(shè)計(jì)與分析的時(shí)候達(dá)到對(duì)MATLAB的熟練應(yīng)用與融會(huì)貫通。</p><p>　　二、Matlab入門(mén)</p><p>　　2.1 Matlab7.0介紹</

9、p><p>　　Matlab7.0比Matlab的老版本提供了更多更強(qiáng)的新功能和更全面、更方便的聯(lián)機(jī)幫助信息。當(dāng)然也比以前的版本對(duì)于軟件、硬件提出了更高的要求。</p><p>　　在國(guó)內(nèi)外Matlab已經(jīng)經(jīng)受了多年的考驗(yàn)。Matlab7.0功能強(qiáng)大，適用范圍很廣。其可以用來(lái)線性代數(shù)里的向量、數(shù)組、矩陣運(yùn)算，復(fù)數(shù)運(yùn)算，高次方程求根，插值與數(shù)值微商運(yùn)算，數(shù)值積分運(yùn)算，常微分方程的數(shù)值積分運(yùn)算、數(shù)

10、值逼近、最優(yōu)化方法等，即差不多所有科學(xué)研究與工程技術(shù)應(yīng)用需要的各方面的計(jì)算，均可用Matlab來(lái)解決。 MATLAB7.0提供了豐富的庫(kù)函數(shù)（稱(chēng)為M文件），既有常用的基本庫(kù)函數(shù)，又有種類(lèi)齊全、功能豐富多樣的的專(zhuān)用工具箱Toolbox函數(shù)。函數(shù)即是預(yù)先編制好的子程序。在編制程序時(shí)，這些庫(kù)函數(shù)都可以被直接調(diào)用。無(wú)疑，這會(huì)大大提高編程效率。MATLAB7.0的基本數(shù)據(jù)編程單元是不需要指定維數(shù)的復(fù)數(shù)矩陣，所以在MATLAB環(huán)境下，數(shù)組的

11、操作都如數(shù)的操作一樣簡(jiǎn)單方便。而且，MATLAB7.0界面友好，用戶使用方便。首先，MATLAB具有友好的用戶界面與易學(xué)易用的幫助系統(tǒng)。用戶在命令窗里通過(guò)help命令可以查詢(xún)某個(gè)函數(shù)的功能及用法，命令的格式極為簡(jiǎn)單。其次，MATLAB程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言把編輯、編譯、連接、執(zhí)行、調(diào)試等多個(gè)步驟融為一體，操作極為簡(jiǎn)單。除此之外，MATLAB7.0還具有強(qiáng)</p><p>　　綜上，在進(jìn)行信號(hào)的分析與仿真時(shí)，MATLAB7.

12、0無(wú)疑是一個(gè)強(qiáng)大而實(shí)用的工具。尤其對(duì)于信號(hào)的分析起到了直觀而形象的作用，非常適合與相關(guān)課題的研究與分析。</p><p>　　2.2利用Matlab7.0編程完成習(xí)題設(shè)計(jì)</p><p>　　在熟悉了MATLAB7.0的基本界面之后，可以通過(guò)簡(jiǎn)單的編程與相關(guān)函數(shù)的調(diào)用，實(shí)現(xiàn)一些常用時(shí)間信號(hào)的可視化操作。例如：編程實(shí)現(xiàn)正弦波的仿真。</p><p>　　程序如下，直接

13、在命令窗口鍵入如下程序：</p><p>　　t=0:0.001:2*pi;</p><p>　　w0=2;phi=0;</p><p>　　ft1=sin(w0*t+phi);</p><p>　　plot(t,ft1)</p><p><b>　　仿真圖形如下：</b></p>

14、<p><b>　　圖a</b></p><p>　　三、Matlab7.0實(shí)現(xiàn)連續(xù)時(shí)間信號(hào)時(shí)移、反褶、尺度變換的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1常用連續(xù)時(shí)間信號(hào)的類(lèi)別及原理</p><p>　　在信號(hào)與系統(tǒng)中，常用的連續(xù)時(shí)間信號(hào)有三角波信號(hào)、指數(shù)信號(hào)、正余弦信號(hào)、抽樣信號(hào)、單位階躍信號(hào)、沖擊信號(hào)等。這些信號(hào)的歸類(lèi)都是按照函數(shù)取值的連

15、續(xù)性與離散性劃分的。即如果在討論的的時(shí)間間隔內(nèi)，除若干不連續(xù)點(diǎn)之外，對(duì)于任意時(shí)間值都可以給出確定的函數(shù)值，此信號(hào)就稱(chēng)為連續(xù)信號(hào)。在連續(xù)時(shí)間信號(hào)的時(shí)域運(yùn)算中，信號(hào)的時(shí)移、反褶以及尺度變換都是常見(jiàn)的運(yùn)算。這些運(yùn)算的方法都是直接對(duì)函數(shù)中的自變量t進(jìn)行相應(yīng)的變換，各變換的方法如下：</p><p>　?。?）時(shí)移: t→t±a, 當(dāng)a大于等于0時(shí)，t左移a個(gè)單位; 當(dāng)a小于0時(shí)，t右移a個(gè)單位。</p&g

16、t;<p>　?。?）反褶:t→-t, 函數(shù)沿縱軸反轉(zhuǎn)180°。</p><p>　?。?）尺度變換:t→a*t,(a不等于0) t變?yōu)樵瓉?lái)的1/a倍，a小于1時(shí)變寬,a大于1時(shí)變窄,等于1時(shí)保持不變。</p><p>　　在編寫(xiě)程序過(guò)程中，可以通過(guò)冒號(hào)運(yùn)算符產(chǎn)生一個(gè)行向量定義自變量的取值范圍，通過(guò)相關(guān)語(yǔ)句定義坐標(biāo)的縱軸與橫軸取值，通過(guò)調(diào)用plot或者ezplot函

17、數(shù)可以實(shí)現(xiàn)相關(guān)運(yùn)算的圖形可視化及其仿真。</p><p>　　3.2編程設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)</p><p><b>　　1．矩形波：</b></p><p>　　t=-4:0.001:4;</p><p><b>　　T=2;</b></p><p>　　ft=rectpuls(t,

18、T);</p><p>　　plot(t,ft)</p><p>　　axis([-4,4,-0.5,1.5])</p><p><b>　　2．三角波：</b></p><p>　　t=-3:0.001:3;</p><p>　　ft=tripuls(t,4,0.5);</p>&

19、lt;p>　　plot(t,ft)</p><p><b>　　3．階躍函數(shù)：</b></p><p><b>　　syms t y</b></p><p>　　y=heaviside(t);</p><p>　　t=-4:0.01:4;</p><p>　　ezplo

20、t(y,t);</p><p><b>　　grid on</b></p><p><b>　　4．指數(shù)函數(shù)：</b></p><p>　　t=0:001:10;</p><p><b>　　A=1;</b></p><p><b>　　a=0

21、.4;</b></p><p>　　ft=A*exp(a*t);</p><p>　　plot(t,ft)</p><p><b>　　5．抽樣函數(shù)：</b></p><p>　　syms t y f </p><p>　　y=sinc(2*t);</p><p&g

22、t;　　t=0:0.01:pi;</p><p>　　ezplot(y,t);</p><p><b>　　grid on</b></p><p><b>　　6．正弦波：</b></p><p>　　t=0:0.001:2*pi;</p><p>　　w0=2;phi=0;

23、</p><p>　　ft1=sin(w0*t+phi);</p><p>　　plot(t,ft1)</p><p><b>　　7．余弦波：</b></p><p>　　t=0:0.001:2*pi;</p><p>　　w0=2;phi=0;</p><p>　　ft

24、1=cos(w0*t+phi);</p><p>　　plot(t,ft1)</p><p>　　3.3運(yùn)行結(jié)果及其分析</p><p>　　對(duì)應(yīng)以上七個(gè)相關(guān)程序以及其中兩個(gè)函數(shù)（含程序）相關(guān)運(yùn)算的可視化及其仿真圖如下：</p><p><b>　　1：矩形波信號(hào)</b></p><p><

25、b>　　圖1</b></p><p><b>　　2：三角波信號(hào)</b></p><p><b>　　圖2</b></p><p><b>　　3：階躍函數(shù)信號(hào)</b></p><p><b>　　圖3 </b></p>&

26、lt;p><b>　　4：指數(shù)函數(shù)信號(hào)</b></p><p><b>　　圖4</b></p><p><b>　　5：抽樣信號(hào)</b></p><p><b>　　圖5</b></p><p><b>　　6：正弦波</b>

27、</p><p><b>　　圖6</b></p><p><b>　　7：余弦波 </b></p><p><b>　　圖7</b></p><p>　　8.1：三角波—時(shí)移 t→t-1</p><p><b>　　圖8.1</b>

28、;</p><p><b>　　程序如下：</b></p><p>　　t=-3:0.001:3;</p><p>　　ft=tripuls(t-1,4,0.5);</p><p>　　plot(t,ft)</p><p>　　8.2：三角波—反褶 t→-t</p><p>

29、;<b>　　圖8.2</b></p><p><b>　　程序如下：</b></p><p>　　t=-3:0.001:3;</p><p>　　ft=tripuls(-t,4,0.5);</p><p>　　plot(t,ft)</p><p>　　8.3：三角波—尺度變

30、換 t→2t</p><p><b>　　圖8.3</b></p><p><b>　　程序如下：</b></p><p>　　t=-3:0.001:3;</p><p>　　ft=tripuls(2*t,4,0.5);</p><p>　　plot(t,ft)</p&

31、gt;<p>　　9.1：矩形波—時(shí)移 t→t+1</p><p><b>　　圖9.1</b></p><p><b>　　程序如下：</b></p><p>　　t=-4:0.001:4;</p><p><b>　　T=2;</b></p>&

32、lt;p>　　ft=rectpuls(t+1,T);</p><p>　　plot(t,ft)</p><p>　　axis([-4,4,-0.5,1.5])</p><p>　　9.2：矩形波—反褶 t→-t</p><p><b>　　圖9.2</b></p><p><b>

33、　　程序如下：</b></p><p>　　t=-4:0.001:4;</p><p><b>　　T=2;</b></p><p>　　ft=rectpuls(-t,T);</p><p>　　plot(t,ft)</p><p>　　axis([-4,4,-0.5,1.5])<

34、;/p><p>　　9.3：矩形波—尺度變換 t→0.5*t</p><p><b>　　圖9.3</b></p><p><b>　　程序如下：</b></p><p>　　t=-4:0.001:4;</p><p><b>　　T=2;</b></

35、p><p>　　ft=rectpuls(0.5*t,T);</p><p>　　plot(t,ft)</p><p>　　axis([-4,4,-0.5,1.5])</p><p><b>　　四、結(jié)論</b></p><p>　　本次的信號(hào)與系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)中，我查閱了相關(guān)資料，并且進(jìn)行了反復(fù)練習(xí)。由于

36、是第一次做信號(hào)與系統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)，對(duì)于相關(guān)設(shè)計(jì)過(guò)程和分析方法以及MATLAB軟件的使用并不大熟練。 但功夫不負(fù)有心人，最終還算順利完成，這對(duì)我以后學(xué)習(xí)相關(guān)的課程以及進(jìn)行更高層次的信號(hào)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)都奠定了一定的基礎(chǔ)。</p><p>　　設(shè)計(jì)過(guò)程中，出現(xiàn)了各種各樣的問(wèn)題，有些是單一原因引起的，有的是綜合原因引起的，這些都很考驗(yàn)我的毅力與堅(jiān)持。但是我掌握了研究這類(lèi)問(wèn)題的方法，即問(wèn)題解決的過(guò)程就是要從問(wèn)題所表現(xiàn)出來(lái)的情況出

37、發(fā)，通過(guò)反復(fù)推敲，作出相應(yīng)判斷，逐步找出問(wèn)題的癥結(jié)所在，從而一舉擊破。</p><p>　　對(duì)于信號(hào)與系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)，尤其在使用MATLAB軟件進(jìn)行相關(guān)信號(hào)的仿真與分析時(shí)，這種分析解決問(wèn)題的能力就更為重要。正所謂“紙上得來(lái)終覺(jué)淺，覺(jué)知此事要躬行?！睂W(xué)習(xí)任何知識(shí)，僅從理論上去求知，而不去實(shí)踐、探索是不夠的。</p><p>　　通過(guò)為期數(shù)天的MATLAB課程設(shè)計(jì)，我對(duì)MATLAB這個(gè)仿真軟件有

38、了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)和了解。在這數(shù)天時(shí)間里，我通過(guò)自己摸索，查閱資料，并且在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下完成了常用連續(xù)時(shí)間信號(hào)的編程與仿真；并最終將課程設(shè)計(jì)報(bào)告總結(jié)完畢。</p><p>　　在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了獨(dú)立思考和設(shè)計(jì)的能力，樹(shù)立了對(duì)知識(shí)應(yīng)用的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作和生活有非常大的幫助，并且提高了自己的動(dòng)手實(shí)踐操作能力， 使自己充分體會(huì)到了在設(shè)計(jì)過(guò)程中的成功喜悅。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做的不是太成功，但

39、是在設(shè)計(jì)過(guò)程中所學(xué)到的東西是這次課程設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我終身受益。</p><p>　　在沒(méi)有做課程設(shè)計(jì)以前，覺(jué)得課程設(shè)計(jì)只是對(duì)知識(shí)的單純總結(jié)，但是通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面，課程設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，也是對(duì)自己能力的一種提高，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使自己明白了原來(lái)的那點(diǎn)知識(shí)是非常欠缺的，要學(xué)習(xí)的東西還很多，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，在以后的工作和生活中都應(yīng)該不

40、斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己的知識(shí)和綜合素質(zhì)。希望以后像這樣的課程設(shè)計(jì)可以多一點(diǎn)。</p><p>　　對(duì)于MATLAB軟件的使用，本次的課程設(shè)計(jì)讓我對(duì)于信號(hào)與系統(tǒng)這一門(mén)學(xué)科有了更深層次的理解，在分析并解決問(wèn)題的過(guò)程中，鞏固了該門(mén)學(xué)科的基礎(chǔ)，對(duì)于相關(guān)知識(shí)的認(rèn)知程度有了很大的提高。實(shí)踐是認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)，本次的課程設(shè)計(jì)對(duì)個(gè)人的影響意義深遠(yuǎn)。</p><p><b>　　五.參考文獻(xiàn)</b