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Matlab簡(jiǎn)明上手指南

眾所周知，《信號(hào)與系統(tǒng)》和《數(shù)字信號(hào)處理》課程（以及其他很多課程）的學(xué)習(xí)要用到matlab，它可以直觀地給出圖形結(jié)果，幫助我們理解理論知識(shí)。matlab的功能很強(qiáng)大，相關(guān)的書籍也大都是厚厚的一本，初學(xué)者感到無(wú)從下手。實(shí)際上，與c等高級(jí)語(yǔ)言相比，matlab是很容易上手的一門語(yǔ)言。本文就簡(jiǎn)單介紹一下學(xué)習(xí)這兩門課程要用到的一些函數(shù)。特別說(shuō)明的是，本文只適合對(duì)matlab一竅不通的菜鳥看，高手和大神可略過(guò)哦。

一、簡(jiǎn)介

Matlab（MATrix LABoratory）是美國(guó)MathWorks公司開發(fā)的科學(xué)計(jì)算軟件，是為科學(xué)計(jì)算而設(shè)計(jì)的可視化計(jì)算器。利用簡(jiǎn)單命令，可以完成其他高級(jí)語(yǔ)言只能通過(guò)復(fù)雜編程才能實(shí)現(xiàn)的數(shù)值計(jì)算和圖形顯示。

Matlab已發(fā)展稱為適合多學(xué)科、多種工作平臺(tái)的功能強(qiáng)大的大型軟件。成為線性代數(shù)、自動(dòng)控制、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、信號(hào)處理等課程的基本教學(xué)工具，為理工科大學(xué)生、碩士、博士必須掌握的基本技能。在科研單位和工業(yè)部門，Matlab被廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究。

二、簡(jiǎn)單使用指南

1. 程序運(yùn)行方式

Matlab語(yǔ)言由一些簡(jiǎn)單的命令組成，執(zhí)行方式有兩種，一種是直接在命令窗口下執(zhí)行，第二種是把程序以文本格式存放在.m文件中，執(zhí)行文件時(shí)，只需在命令窗口下輸入文件名（去掉.m后綴）即可。第二種方式是更常用、也更為方便的一種方式。

2. 變量

變量不需要定義，可以直接使用。變量均代表一個(gè)矩陣（行向量可以看做是1×N矩陣，列向量可以看做是N×1的矩陣，一個(gè)數(shù)可以看做是1×1的矩陣）。

變量的定義有三種形式：

（1）直接定義，如：

a=1;

b=[1 2 3

4 5 6];

c=10:0.1:11;

上述語(yǔ)句，生成a為一個(gè)數(shù)，數(shù)值為1；b為一個(gè)2×3的矩陣，c為一個(gè)行向量，第一個(gè)和最后一個(gè)數(shù)值為10和11，每相鄰兩個(gè)數(shù)之間的差為0.1。

（2）從外部的數(shù)據(jù)文件輸入，如：

s=load('D:\MyDocuments\Data2.txt');

文件Data.txt的內(nèi)容如下，則執(zhí)行上述語(yǔ)句后變量s為4×2的矩陣。

（3）從鍵盤輸入，如：

d=input('輸入你的年齡：');

運(yùn)行以上語(yǔ)句，按屏幕提示，輸入“30”，則變量d=30。

3. 基本操作符

一般的加（+）、減（-），乘（*）、除（/）、冪（^）等操作符均是針對(duì)矩陣的運(yùn)算。

兩個(gè)矩陣對(duì)應(yīng)元素相乘、除用“.*”和“./”。

矩陣中對(duì)應(yīng)元素的冪用“.^”。

矩陣轉(zhuǎn)置用“’”。

4．庫(kù)函數(shù)

    Matlab提供了很多數(shù)學(xué)函數(shù)，如sin（正弦）、cos（余弦）、sqrt（開方）、bassel（貝塞爾函數(shù)）等等。另外，各類工具箱提供了適合于各種專門用途的庫(kù)函數(shù)。用戶也可以編寫自己的函數(shù)添加到庫(kù)函數(shù)中。下面，簡(jiǎn)單介紹一下信號(hào)處理工具箱——SINGSAL，以及自己編寫函數(shù)的方法。

（1）信號(hào)處理工具箱——SINGSAL

信號(hào)處理工具箱覆蓋了經(jīng)典信號(hào)處理的大多數(shù)內(nèi)容，是一個(gè)非常優(yōu)秀的算法研究、輔助設(shè)計(jì)工具，提供了大量的工具函數(shù)、濾波器分析和設(shè)計(jì)工具，常用的函數(shù)有：

l 傅里葉變換的相關(guān)函數(shù)：

fft（一維快速傅里葉變換）、ifft（一維快速傅里葉反變換）、fft2（二維快速傅里葉變換）、ifft2（二維快速傅里葉反變換）、abs（求模）、angel（求相角）等。

l IIR濾波器設(shè)計(jì)的相關(guān)函數(shù)：

buttord、butter、cheb1ord、cheb2ord、ellipord、cheby1、cheby2、ellip等。

l FIR濾波器設(shè)計(jì)的相關(guān)函數(shù)：

fir1、fir2、firls、remezord、remez等。

l 窗函數(shù)：

boxcar、rectwin、bartlett、triang、hanning、hamming、blackman、kaiser、gausswin、chebwin、tukeywin等。

l 頻率響應(yīng)的相關(guān)函數(shù)：

freqz、freqs等。

（2）用戶自定義函數(shù)

按如下方式，很容易建立用戶自定義函數(shù)myFun，輸入?yún)?shù)為x1和x2，輸出參數(shù)為y1和y2。

新建.m文件，保存的文件名為myFun.m，文件的第一行為：

function [y1,y2]= myFun (x1,x2)

后面為實(shí)現(xiàn)該函數(shù)功能的語(yǔ)句。

這樣，在用戶編寫的其他程序中，就可以直接象使用庫(kù)函數(shù)一樣使用該函數(shù)。

5. 繪圖操作

Matlab的作圖功能非常強(qiáng)，除了可以在屏幕上顯示圖形外，還可以對(duì)屏幕上已有的圖形進(jìn)行修改，如加注釋、題頭，修改坐標(biāo)等。

常用的繪圖命令及功能如下表所示。

表 Matlab的常用繪圖命令及功能

Matlab的圖形顯示形式非常靈活，下面對(duì)幾種常用的顯示設(shè)置加以說(shuō)明：

（1）需要用多個(gè)圖形窗顯示多個(gè)圖形時(shí)，應(yīng)在圖形顯示語(yǔ)句前加上圖形窗指令figure；

（2）需要在一個(gè)圖形窗顯示多個(gè)圖形時(shí)，應(yīng)在圖形顯示語(yǔ)句前加上圖形窗分塊函數(shù)subplot，如subplot(3,2,3);plot(x,y);則將圖形窗分為3行2列共6塊區(qū)域，當(dāng)前顯示的x、y數(shù)據(jù)曲線在第3塊（從左上角開始，即第2行第1列）；

（3）在一個(gè)圖形中顯示多條曲線時(shí)，應(yīng)在前一個(gè)圖形顯示語(yǔ)句后加上hold on，用以保持當(dāng)前曲線，然后在后一個(gè)圖形顯示語(yǔ)句后加上hold off。

（4）執(zhí)行plot或stem顯示波形圖時(shí)，默認(rèn)的是用藍(lán)色細(xì)實(shí)線，可以在語(yǔ)句中改變線型、顏色、粗細(xì)等。例如：

plot(x,y,’r’);%紅色細(xì)實(shí)線

plot(x,y,'r--');%紅色虛線

plot(x,y,'g','LineWidth',2);%綠色粗實(shí)線

默認(rèn)的坐標(biāo)軸為自動(dòng)設(shè)置，如果需要選擇坐標(biāo)軸范圍，在圖形顯示語(yǔ)句后調(diào)用axis，如：

axis([-1 10 020]);%x軸范圍為-1~10，y軸范圍為0~20

6. 查看幫助

Matlab的幫助功能非常強(qiáng)大，有幾種方式查看幫助：

（1）在命令窗口中鍵入 help ***，***為需要查看的命令或函數(shù)，如：

help freqz，則會(huì)顯示處freqz函數(shù)的功能、調(diào)用方式、輸入/輸出參數(shù)的含義等。

（2）使用菜單help

（3）demo

可以在命令窗口鍵入demo或者使用菜單：help/demos

下面附上幾個(gè)簡(jiǎn)單的示例程序。你只需要點(diǎn)擊菜單“File→New→Script”（如下圖左圖），或者更簡(jiǎn)單地選擇快捷菜單（如下圖右圖），然后將相應(yīng)的代碼copy到出現(xiàn)的編輯窗口中，取一個(gè)你喜歡的名字保存（但是注意不能以數(shù)字開頭，不能包含短橫線-等特殊符號(hào)和漢字），再點(diǎn)擊快捷菜單運(yùn)行程序就ok啦。

（1）示例程序1：

%程序功能：實(shí)現(xiàn)繪制連續(xù)時(shí)間正弦和離散時(shí)間正弦函數(shù)

%編寫者：丹梅

%時(shí)間：2012-10-10

clc;clear;close all;

f=10;%頻率，單位：Hz

t=0:0.001:1;%時(shí)間

x=cos(2*pi*f*t);%連續(xù)時(shí)間正弦函數(shù)

fs=100;%采樣頻率

n=0:1:30;

xn=cos(2*pi*f*n/fs);

plot(t,x);%畫出連續(xù)時(shí)間正弦函數(shù)的波形圖

figure;

stem(n,xn);%畫出離散時(shí)間正弦序列的圖形

 運(yùn)行結(jié)果應(yīng)該是這樣的：

（2）示例程序2：

%程序功能：計(jì)算L點(diǎn)長(zhǎng)的矩形窗的N點(diǎn)DFT，并畫出幅度譜

%編寫者：丹梅

%時(shí)間：2012-10-10

clc;clear;closeall;

L=5;%序列長(zhǎng)度

N=50;%DFT點(diǎn)數(shù)

xn=ones(1,L);%L點(diǎn)的矩形窗

Xk=fft(xn,N);%做N點(diǎn)DFT

stem((0:length(Xk)-1),abs(Xk),'LineWidth',2);xlabel('k');ylabel('|Xk|');title('DFT');

 運(yùn)行結(jié)果應(yīng)該是這樣的：

（3）示例程序3：

%程序功能：計(jì)算序列xn的DFT，并畫出幅度譜和相位譜

%編寫者：丹梅

%時(shí)間：2012-10-10

clc;clear;close all;

xn=[1,1,3,2];

Xk=fft(xn)

subplot(211);stem((0:length(Xk)-1),abs(Xk),'LineWidth',2);xlabel('k');ylabel('|X(k)|');title('幅度譜');

subplot(212);stem((0:length(Xk)-1),angle(Xk),'LineWidth',2);xlabel('k');ylabel('arg[X(k)]');title('相位譜');