信号与系统实验.ppt

MATLAB MatrixLaboratory 矩阵实验室 科学计算 系统仿真 信号与图像处理的主流软件1 有大量定义好的数学函数2 强大的数值计算和符号计算功能3 强大的绘图功能 绘制复杂的二维 三维图形4 动态系统建模和仿真功能5 多个应用领域解决问题的工具箱6 灵活的程序接口功能 可与C语言等高级语言交互7 HP TM等著名厂商的软硬件设备支持MATLAB语言 用数值序列来表示信号 叫向量 需与时间变量对应通过仿真或绘图对数值序列进行分析 实验一连续时间信号的描述与运算一 实验目的和要求 1 了解连续时间信号的特点 2 掌握产生连续时间信号的方法 3 熟悉MATLAB绘图函数的应用 plot t y 绘制连续时间信号stem k y 绘制离散时间信号subplot m n i 将绘图区间分为m行n列 在第i块上绘制 symsx1x2x3 定义一个或多个符号变量f sym 表达式 将表达式赋给符号变量fezplot t f 绘制符号函数 二 实验原理和内容 一 实验涉及的函数 sin w0 t 产生正弦信号 exp A t 产生指数信号eAt cos w0 t 产生余弦信号 stepfun t t0 产生阶跃信号u t t0 t0为时移单位数 stepfun函数不能用于符号运算 在高版本Matlab中无此函数 sign t 产生符号函数 stepfun t t1 stepfun t t2 产生任意门函数 定义域 t1 t2 sin a t a t 产生抽样信号Sa at 为矩阵相除 heaviside t t1 heaviside t t2 产生任意门函数 heaviside t t0 产生阶跃信号u t t0 t0为时移单位数 diff t 微分函数 只适合符号运算 int t 不定积分函数 只适合符号运算 int t t1 t2 定积分函数 t1和t2是积分上下限 二 实验内容用MATLAB编程方法画出下列函数的波形 教材P411 4 1 2 4 提示 1 矩阵或数组的乘法关系用点乘号 2 微分函数int 只适合于符号运算 阶跃函数stepfun 不能用于符合运算 4 绝对值运算 t 函数 abs t 注意事项 1 对于程序设计实验 在MATLAB中输入完整的自编程序 并将程序和实验结果存入U盘 2 保存M文件的路径为英文路径 不用中文命名文件夹 3 程序保存时 使用英文名称 后缀名为 m 不能用数字作为程序名称 如2009045203 m 也可将其粘贴到记事本或word文档中 便于查阅 4 实验结果图形保存时 默认后缀名为 fig 为在word文档中粘贴 请保存为 bmp或者 jpg格式 例1 9 1指数信号例1 9 3正弦信号例1 9 7单位阶跃信号例1 9 11任意门函数例1 9 12信号相加例1 9 13信号相乘例1 9 14信号移位例1 9 15信号折叠例1 9 16信号尺度变换例1 9 18信号微分例1 9 19信号不定积分例1 9 20信号定积分 1 9基于MATLAB的信号描述及其运算 1 9 1常用信号的MATLAB程序例1 9 1实指数信号f t Aeat A 2 a1 0 5 a2 0 5 a3 0 的MATLAB程序如下 实指数信号波形如图1 9 1所示 图1 9 1例1 9 1中的实指数信号波形 例1 9 2单边指数信号 A 2 a 0 5 1 a 2 的MATLAB程序如下clear A 2 a 0 5 t 0 0 01 10 y A exp a t plot t y line 1 10 0 0 line 0 0 0 5 3 axis 0 5 10 0 2 2 5 set gca XTickMode manual XTick 0 2 set gca YTickMode manual YTick 0 0 736 2 grid xlabel 时间t ylabel 幅值y title 单边指数信号 图1 9 2例1 9 2单边指数信号 例1 9 3正弦信号y t sin 2 t 3 A 1 2 3 的MATLAB程序如下 t 1 0 001 2 y sin 2 pi t pi 3 plot t y line 1 2 0 0 line 0 0 1 5 1 5 axis 1 2 1 5 1 5 xlabel 时间t ylabel 幅值 y title 正弦信号 图1 9 3例1 9 3正弦信号 例1 9 4单边衰减指数信号y t 2e 0 5tcos 2 t 的MATLAB程序如下 A 2 a 0 5 cos 2 pi t clear t 0 0 01 9 A 2 a 0 5 y cos 2 pi t y1 A exp a t plot t y1 holdon y2 y1 y plot t y2 holdon y3 2 exp 0 5 t plot t y3 line 0 10 0 0 line 0 0 2 2 1 axis 0 10 2 2 1 xlabel 时间t ylabel 幅值y title 单边衰减指数信号 图1 9 4例1 9 4中的单边衰减指数信号波形 例1 9 5复指数信号e 3 j4 t 3 4 的MATLAB程序如下 clear t 0 0 01 3 a 3 b 4 f exp a i b t subplot 2 2 1 plot t real f grid title 实部 xlabel 时间t ylabel 幅值f subplot 2 2 2 plot t imag f grid title 虚部 xlabel 时间 t ylabel 幅值f subplot 2 2 3 plot t abs f grid title 模 xlabel 时间t ylabel 幅值f subplot 2 2 4 plot t angle f grid title 相角 xlabel 时间t ylabel 幅值 图1 9 5例1 9 5中的复指数信号波形 例1 9 6抽样信号Sa at a 2 的MATLAB程序如下 clear t 1 0 001 2 y sin 2 pi t pi 3 plot t y line 1 2 0 0 line 0 0 1 5 1 5 axis 1 2 1 5 1 5 xlabel 时间t ylabel 幅值 y title 正弦信号 图1 9 6例1 9 6中的抽样信号波形 例1 9 7单位阶跃信号u t 的MATLAB程序如下 clear T 0 01 t 2 T 6 f stepfun t 0 plot t f axis 1 6 0 2 1 2 line 2 6 0 0 line 0 0 0 2 1 2 title 单位阶跃信号 xlabel 时间t ylabel 幅值f 单位阶跃信号波形如图1 9 7所示 图1 9 7例1 9 7中的单位阶跃信号波形 例1 9 8单位冲激信号的MATLAB程序 幅值取有限值80 如下 t0 0 t1 1 t2 3 dt 0 001 t t1 dt t2 n length t k1 floor t0 t1 dt y zeros 1 n y k1 1 dt stairs t y axis 1 3 1 80 xlabel 时间t ylabel 幅值y title 单位冲激信号 图1 9 8例1 9 8的单位冲激信号波形 例1 9 9单位斜坡信号的MATLAB程序如下 clear t 0 01 5 a1 1 斜率y a1 t plot t y line 0 5 5 0 0 line 0 0 0 5 5 axis 0 5 5 0 5 5 xlabel 时间t ylabel 幅值y title 斜坡信号 单位斜坡信号波形如图1 9 9所示 图1 9 9例1 9 9中的单位斜坡信号波形 例1 9 10单位符号信号的MATLAB程序如下 clear t 5 001 5 y sign t plot t y line 5 5 0 0 line 0 0 1 5 1 5 axis 5 5 1 5 1 5 xlabel 时间t ylabel 幅值y title 符号信号 图1 9 10例1 9 10中的单位符号信号波形 例1 9 11门函数g2 t 的MATLAB程序如下 clear T 0 01 t 2 T 2 f stepfun t 1 stepfun t 1 plot t f axis 2 2 0 2 1 2 title 门函数 line 2 2 0 0 line 0 0 0 2 1 2 图1 9 11例1 9 11中的门函数波形 1 9 2信号运算的MATLAB程序1 信号相加例1 9 12 y t f1 t f2 t 其中f1 t u t u t 4 f2 t cos 0t u t 0 2 其MATLAB程序如下 clearT 0 01 t 0 T 10 t1 0 0 01 10 f1 stepfun t 0 stepfun t 4 f2 cos 2 pi t1 y f1 f2 subplot 311 plot t f1 axis 0 2 10 0 1 1 1 ylabel f1 title 信号相加 subplot 312 plot t f2 ylabel f2 subplot 313 plot t y line 2 2 10 0 0 line 0 0 1 2 2 1 axis 0 2 10 1 2 2 1 xlabel 时间t ylabel y 信号相加波形如图1 9 12所示 图1 9 12例1 9 12中的信号相加波形 2 信号相乘例1 9 13 y t f1 t f2 t 其中f1 t 2e 0 5tu t f2 t sin 0t u t 0 2 其MATLAB程序如下 clear t 0 0 01 9 y1 2 exp 0 5 t plot t y1 holdon y2 y1 sin 2 pi t plot t y2 holdon y3 2 exp 0 5 t plot t y3 line 0 10 0 0 line 0 0 2 2 1 axis 0 10 2 2 1 xlabel 时间t ylabel 幅值y title 单边衰减指数信号 图1 9 13例1 9 13信号相乘 3 信号移位例1 9 14将f t sin 2 t 移位 f1 t f t t0 t0 0 2 其MATLAB程序如下 clear t 0 0 0001 2 f sin 2 pi t f1 sin 2 pi t 0 2 plot t f t f1 axis 0 2 1 2 1 2 set gca XTickMode manual XTick 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 1 2 1 4 1 6 1 8 grid ylabel f t xlabel t title 信号的移位 信号移位波形如图1 9 14所示 图1 9 14例1 9 14中的信号移位波形 4 信号折叠例1 9 15将信号f t 3t折叠 其MATLAB程序如下 clear t 0 0 02 1 t1 1 0 02 0 g1 3 t g2 3 t1 gridon plot t gl t1 g2 line 1 2 1 2 0 0 line 0 0 0 2 3 2 axis 1 2 1 2 0 2 3 2 xlabel t ylabel g t title 信号的折叠 图1 9 15例1 9 15中的信号折叠波形 5 信号尺度变换例1 9 16将信号f t sin 2 t 中的自变量t替换为at或t a 其MATLAB程序如下 clear t 0 0 001 2 a 2 y sin 2 pi t y1 sin 2 a pi t y2 sin 2 pi t a subplot 311 plot t y line 0 2 0 0 axis 0 2 1 2 1 2 ylabel y t title 尺度变换 subplot 312 plot t y1 line 0 2 0 0 axis 0 2 1 2 1 2 ylabel y at subplot 313 plot t y2 line 0 2 0 0 axis 0 2 1 2 1 2 ylabel y t a xlabel t 图1 9 16例1 9 16中的信号尺度变换波形 6 信号倒相例1 9 17将信号f t 3t2以横轴为对称轴对折得到 f t 其MATLAB程序如下 clear t 0 9 0 02 0 9 y1 3 t 2 y2 3 t 2 plot t y1 t y2 JP line 0 0 3 1 3 1 line 1 1 1 1 0 0 axis 1 1 1 1 3 1 3 1 xlabel t ylabel y t title 倒相 图1 9 17例1 9 17中的信号倒相波形 7 信号微分例1 9 18求信号f t t2的一阶导数 其MATLAB程序如下 clear t 1 0 02 1 symstg t 2 d diff g subplot 211 ezplot g line 6 1 6 1 0 0 line 0 0 2 42 xlabel t ylabel g t title 微分 subplot 212 ezplot d line 6 1 6 1 0 0 line 0 0 15 15 JP xlabel t ylabel d t 图1