信號可視化及時域運算課程設(shè)計

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

2、lt;p>　　三、Matlab7.0實現(xiàn)連續(xù)時間信號時移、反褶、尺度變換的設(shè)計4</p><p>　　3.1常用連續(xù)時間信號的類別及原理4</p><p>　　3.2編程設(shè)計及實現(xiàn)4</p><p>　　3.3運行結(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21</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　人們之間的交流是通過消息的傳播來實現(xiàn)的，信號則是消息的表現(xiàn)形式，消息是信號的具體內(nèi)容。</p><p>　　《信號與系統(tǒng)》課程是一門實用性較強、涉及面較廣的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程是將學生從電路分析的知識領(lǐng)域引入信

4、號處理與傳輸領(lǐng)域的關(guān)鍵性課程,對后續(xù)專業(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)用于計算機信息處理的各個領(lǐng)域,特別是通信、數(shù)字語音處理、數(shù)字圖像處理、數(shù)字信號分析等領(lǐng)域,應(yīng)用更為廣泛。</p><p>　　近年來，計算機多媒體教序手段的運用逐步普及，大量優(yōu)秀的科學計算和系統(tǒng)仿真軟件不斷涌現(xiàn)，為我們實現(xiàn)計算機輔助教學和學生上機實驗提供了很好的平臺。通過對這些軟件的分析和對比，我們選擇MATLAB語言作為輔

5、助教學工具，借助MATLAB強大的計算能力和圖形表現(xiàn)能力，將《信號與系統(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)信號與系統(tǒng)的知識。</p><p>　　MATLAB是當前最優(yōu)秀的科學計算軟件之一，也是許多科學領(lǐng)域中分析、應(yīng)用和開發(fā)的基本工具。MATLAB全稱是Matrix Laboratory,是由美國Mathworks公司于20世紀80年代推出的

6、數(shù)學軟件，最初她是一種專門用于矩陣運算的軟件，經(jīng)過多年的發(fā)展，MATLAB已經(jīng)發(fā)展成為一種功能全面的軟件，幾乎可以解決科學計算中的所有問題。而且MATLAB編寫簡單、代碼效率高等優(yōu)點使得MATLAB在通信、信號處理、金融計算等領(lǐng)域都已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。它具有強大的矩陣計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潔的程序開發(fā)環(huán)境，因此被稱為第四代計算機語言。MATLAB 強大的圖形處理功能及符號運算功能，為我們實現(xiàn)信號的可視化及系

7、統(tǒng)分析提供了強有力的工具。MATLAB 強大的工具箱函數(shù)可以分析連續(xù)信號、連續(xù)系統(tǒng)，同樣也可以分析離散信號、離散系統(tǒng)，并可以對信號進行各種分析域計算，如相加、相乘、移位、反折、傅里葉變換、拉氏變換、Z 變換等等多種計算。</p><p>　　作為信號與系統(tǒng)的基本分析軟件之一，利用MATLAB進行信號與系統(tǒng)的分析與設(shè)計是通信以及信息工程學科的學生所要掌握的必要技能之一。通過學習并使用MATLAB語言進行編程實現(xiàn)課題

8、的要求，對學生能力的培養(yǎng)極為重要。尤其會提高綜合運用所學理論知識進行分析問題、解決問題的能力，也便于將理論知識與實踐相結(jié)合，并得以更好地掌握信號分析與處理的基本方法與實現(xiàn)。這也將為后續(xù)相關(guān)的課程學習打下一定的基礎(chǔ),從而在以后相關(guān)課程設(shè)計與分析的時候達到對MATLAB的熟練應(yīng)用與融會貫通。</p><p>　　二、Matlab入門</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的新功能和更全面、更方便的聯(lián)機幫助信息。當然也比以前的版本對于軟件、硬件提出了更高的要求。</p><p>　　在國內(nèi)外Matlab已經(jīng)經(jīng)受了多年的考驗。Matlab7.0功能強大，適用范圍很廣。其可以用來線性代數(shù)里的向量、數(shù)組、矩陣運算，復數(shù)運算，高次方程求根，插值與數(shù)值微商運算，數(shù)值積分運算，常微分方程的數(shù)值積分運算、數(shù)

10、值逼近、最優(yōu)化方法等，即差不多所有科學研究與工程技術(shù)應(yīng)用需要的各方面的計算，均可用Matlab來解決。 MATLAB7.0提供了豐富的庫函數(shù)（稱為M文件），既有常用的基本庫函數(shù)，又有種類齊全、功能豐富多樣的的專用工具箱Toolbox函數(shù)。函數(shù)即是預先編制好的子程序。在編制程序時，這些庫函數(shù)都可以被直接調(diào)用。無疑，這會大大提高編程效率。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易用的幫助系統(tǒng)。用戶在命令窗里通過help命令可以查詢某個函數(shù)的功能及用法，命令的格式極為簡單。其次，MATLAB程序設(shè)計語言把編輯、編譯、連接、執(zhí)行、調(diào)試等多個步驟融為一體，操作極為簡單。除此之外，MATLAB7.0還具有強</p><p>　　綜上，在進行信號的分析與仿真時，MATLAB7.

12、0無疑是一個強大而實用的工具。尤其對于信號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編程完成習題設(shè)計</p><p>　　在熟悉了MATLAB7.0的基本界面之后，可以通過簡單的編程與相關(guān)函數(shù)的調(diào)用，實現(xiàn)一些常用時間信號的可視化操作。例如：編程實現(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實現(xiàn)連續(xù)時間信號時移、反褶、尺度變換的設(shè)計</p><p>　　3.1常用連續(xù)時間信號的類別及原理</p><p>　　在信號與系統(tǒng)中，常用的連續(xù)時間信號有三角波信號、指數(shù)信號、正余弦信號、抽樣信號、單位階躍信號、沖擊信號等。這些信號的歸類都是按照函數(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間間隔內(nèi)，除若干不連續(xù)點之外，對于任意時間值都可以給出確定的函數(shù)值，此信號就稱為連續(xù)信號。在連續(xù)時間信號的時域運算中，信號的時移、反褶以及尺度變換都是常見的運算。這些運算的方法都是直接對函數(shù)中的自變量t進行相應(yīng)的變換，各變換的方法如下：</p><p>　?。?）時移: t→t±a, 當a大于等于0時，t左移a個單位; 當a小于0時，t右移a個單位。</p&g

16、t;<p>　　（2）反褶:t→-t, 函數(shù)沿縱軸反轉(zhuǎn)180°。</p><p>　　（3）尺度變換:t→a*t,(a不等于0) t變?yōu)樵瓉淼?/a倍，a小于1時變寬,a大于1時變窄,等于1時保持不變。</p><p>　　在編寫程序過程中，可以通過冒號運算符產(chǎn)生一個行向量定義自變量的取值范圍，通過相關(guān)語句定義坐標的縱軸與橫軸取值，通過調(diào)用plot或者ezplot函

17、數(shù)可以實現(xiàn)相關(guān)運算的圖形可視化及其仿真。</p><p>　　3.2編程設(shè)計及實現(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運行結(jié)果及其分析</p><p>　　對應(yīng)以上七個相關(guān)程序以及其中兩個函數(shù)（含程序）相關(guān)運算的可視化及其仿真圖如下：</p><p><b>　　1：矩形波信號</b></p><p><

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

26、lt;p><b>　　4：指數(shù)函數(shù)信號</b></p><p><b>　　圖4</b></p><p><b>　　5：抽樣信號</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>　　本次的信號與系統(tǒng)課程設(shè)計中，我查閱了相關(guān)資料，并且進行了反復練習。由于

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

37、發(fā)，通過反復推敲，作出相應(yīng)判斷，逐步找出問題的癥結(jié)所在，從而一舉擊破。</p><p>　　對于信號與系統(tǒng)課程設(shè)計，尤其在使用MATLAB軟件進行相關(guān)信號的仿真與分析時，這種分析解決問題的能力就更為重要。正所謂“紙上得來終覺淺，覺知此事要躬行。”學習任何知識，僅從理論上去求知，而不去實踐、探索是不夠的。</p><p>　　通過為期數(shù)天的MATLAB課程設(shè)計，我對MATLAB這個仿真軟件有

38、了更進一步的認識和了解。在這數(shù)天時間里，我通過自己摸索，查閱資料，并且在指導老師的指導下完成了常用連續(xù)時間信號的編程與仿真；并最終將課程設(shè)計報告總結(jié)完畢。</p><p>　　在整個設(shè)計過程中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了獨立思考和設(shè)計的能力，樹立了對知識應(yīng)用的信心，相信會對今后的學習工作和生活有非常大的幫助，并且提高了自己的動手實踐操作能力， 使自己充分體會到了在設(shè)計過程中的成功喜悅。雖然這個設(shè)計做的不是太成功，但

39、是在設(shè)計過程中所學到的東西是這次課程設(shè)計的最大收獲和財富，使我終身受益。</p><p>　　在沒有做課程設(shè)計以前，覺得課程設(shè)計只是對知識的單純總結(jié)，但是通過這次課程設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面，課程設(shè)計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，也是對自己能力的一種提高，通過這次課程設(shè)計使自己明白了原來的那點知識是非常欠缺的，要學習的東西還很多，通過這次課程設(shè)計，我明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作和生活中都應(yīng)該不

40、斷的學習，努力提高自己的知識和綜合素質(zhì)。希望以后像這樣的課程設(shè)計可以多一點。</p><p>　　對于MATLAB軟件的使用，本次的課程設(shè)計讓我對于信號與系統(tǒng)這一門學科有了更深層次的理解，在分析并解決問題的過程中，鞏固了該門學科的基礎(chǔ)，對于相關(guān)知識的認知程度有了很大的提高。實踐是認識的基礎(chǔ)，本次的課程設(shè)計對個人的影響意義深遠。</p><p><b>　　五.參考文獻</b