2009年数字信号处理实验讲义最终2009.doc

MATLAB 语言介绍 一 简介 我们都用过Fortran语言或C语言，在这两种语言中，当涉及到矩阵运算或者画图时，编程很麻烦，这方面的例子就不给大家举了。 1980年前后，该语言首创者Cleve Moler博士在New Mexico大学讲授线性代数时，看到了用高级语言编程解决工程计算问题的诸多不便，所以构思开发了Matlab软件（MATrix LABoratory 矩阵实验室），该软件利用了Molor博士在此前开发的LINPACK（线性代数软件包）和EISPACK(基于特征值计算的软件包)中可靠的子程序，用Fortran语言编写而成，集命令翻译、工程计算功能于一身。80年代初期，Cleve Moler 和John Little采用C语言改写了Matlab的内核，不久，他们成立了Mathworks软件开发公司并将该软件正式推向市场。 与Fortran语言和C语言比较，Mtalab的语法规则更简单，更贴近人的思维方式，使得用该软件编写程序有如在便笺上列公式和求解，所以它也叫“演算纸似的科学计算语言”。 现在Matlab新版本已不止停留在工程计算的功能上了，它由主包、Simulink以及功能各异的工具箱组成，以矩阵运算为基础，把计算、可视化、程序设计融合到了一个简单易用的交互式工作环境中。例如，我们可以很方便的设计图形界面、菜单，可以不用编程即可画出在C语言中较难实现的各种按钮、文本框等。正是由于它的这些优势，使它成为世界上应用最广泛的工程计算软件。 二 Matlab软件系统的构成 Matlab软件由主包、Simulink和工具箱三部分组成。 1 主包（包括五部分） (1)Matlab语言：是一种基于矩阵/数组的高级语言，它具有流程控制语句、函数、数据结构、输入输出，并且具有面向对象的程序设计特性。用其可以迅速地建立临时性的小程序，也可以建立复杂的大型应用程序。 Matlab工作环境：该环境给用户提供了管理工作空间内的变量和输入、输出数据的功能，并给用户提供了不同的工具以开发、管理、调试M文件和应用程序。 句柄图形：是Matlab的图形系统。它包括一些高级命令，用于实现二维和三维数据可视化、图象处理、动画等功能；还有一些低级命令，用来定制图形的显示及建立应用程序的图形用户界面。 Matlab数学函数库：该函数库既包含了诸如求和、正弦、余弦、复数运算等简单函数；也包含了矩阵转置、特征值、贝塞尔函数、快速傅立叶变换等复杂函数。 (5)Matlab应用程序接口（API）：是一个同Fortran和C等高级语言进行交互的库。 2 Simulink Simulink是用于动态仿真的交互式系统。允许用户在屏幕上绘制框图来模拟一个系统，并能够动态地控制该系统。Simulink的模块库为用户提供了多种多样的功能模块用户可以通过简单的操作建立模型，然后选择合适的的输入源模块（如正弦波）作为输入信号，用适当的接收模块（如示波器）观察系统响应、分析系统特性，如仿真结果不符合要求，则可以修改系统模型的参数，继续进行仿真分析。 3 Matlab工具箱 工具箱是开放式的，可以应用，也可以根据自己的需要进行扩展 。目前已有20多种工具箱投入使用，包括信号处理（signal processing）、图象处理(image processing)、通信(communications)、控制系统(control system)等等。 三 命令窗口（command window）的菜单系统 1 File菜单 (1) New子菜单 有三个选项：“M-file”新建一个M文件。 “figure”新建一个图形窗口。 “Model”新建一个Simulink模型窗口 (2) Open子菜单：打开一个文件 (3) Show GUI Layout Tool:显示图形用户界面设计向导。 (4) Set Path :打开路径浏览器，用于设置路径。 2 Edit菜单：复制、粘贴、剪切、撤消等 3 View菜单：用于控制是否显示工具栏。 4 Window菜单：使用户在打开的窗口之间切换 5 Help菜单 另外，它还包含演示程序：demo 和tour 四 基本数值运算 1 简单矩阵的生成 例：A=[1,2,3,4;5,6,7,8;8,7,6,5] 或A=[1 2 3 4 5 6 7 8 8 7 6 5] 都生成同样的矩阵。 2 常用矩阵的生成 (1) zeros 生成全零矩阵 如B=zeros(n) 生成n*n的全零矩阵 (2) ones 生成全一阵 如C=ones(m,n) 生成m*n的全１阵 (3) eye 生成单位阵 如D=eye(size(A))