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1、信号与系统实验教学大纲“信号与系统仿真实验”是与“信号与系统”课程理论教学相配套而开设的计算机仿真实验课程，其目的在于实现在可视化的交互式实验环境中，以计算机为辅教学手段，以科技应用软件MATLAB 为实验平台，辅助学生完成“信号与系统”课程中的数值分析、可视化建模及仿真调试，同时将“信号与系统”课程教学中难点、重点及部分课后练习，通过计算机来进行可视化的设计、调试和分析，从而将学生从繁杂的手工运算中解脱出来，把更多的时间和精力用于对信号与系统基本分析方法和原理的理解和应用上，培养学生主动获取知识和独立解决问题的能力，为学习后继专业课打下坚实的基础。 实验教学基本要求： 1、熟悉MATLAB
2、的运行环境及基本操作命令，根据实验要求，认真完成基本数值算法的设计、编程、上机调试，分析运行结果，书写实验报告。 2、掌握用MATLAB 对连续与离散信号进行可视化表示的方法，信号的时域运算、变换及MATLAB 实现方法，学会应用MATLAB 对常用信号进行时域特性分析及波形绘制。 3、掌握用MATLAB 对线性系统的时域特性进行分析的基本方法。 4、掌握利用MATLAB 对周期信号进行频谱分析的实现方法，重点掌握周期信号的频谱与信号周期及其时域宽度的变化规律。 5、掌握利用MATLAB 对连续信号进行频域特性分析的基本方法，重点掌握傅里叶变换的符号实现、傅里叶变换的数值近似、傅里叶变换性质以
3、及信号频谱分析的MATLAB 实现方法。 6、掌握应用MATLA 进行连续系统频域分析的基本实现方法，重点掌握系统频率响应、幅频响应、相频响应曲线的绘制，系统的频率特性分析的MATLAB 实现方法。 7、掌握应用MATLAB 对连续系统进行复频域分析的基本方法，重点掌握拉普拉斯变换的三维可视化表现、连续系统的零极点图的绘制及拉普拉斯逆变换的MATLAB 实现方法。实验一MATLAB 程序入门和基础应用一、实验名称 MATLAB 程序入门和基础应用二、实验目的1.学习Matlab软件的基本使用方法；2.了解Matlab的数值计算，符号运算，可视化功能；3. Matlab程序设计入门三、实验原理M
4、ATLAB如今已经被广泛地应用于各个领域中，是当今世界上最优秀的数值计算软件。它广为流传的原因不仅在于在它的计算功能强大，图形功能丰富、方便，还在于它的编程效率高，扩充能力强；语句简单，易学易用，而不会像其他的那些高级语言一样距人于千里之外。在这里我们就对MATLAB做一下简单的介绍。1、 MATLAB简介在科学技术飞速发展的今天，计算机正扮演着越来越重要的角色。在进行科学研究与工程一用的过程中，科技人员往往会遇到大量繁重的数学运算和数值分析，传统的高级语言BASIC、FORTRAN及C语言等虽然能在一定成都上减轻计算量，但它们均要求应用人员具有较强的编程能力和对算法有深入的研究7。另外，在运
5、用这些高级语言进行计算结果的可视化分析及图形处理方面，对非计算机专业的普通用户来说，仍存在着一定的难度。MATLAB正式在这一应用要求背景下产生的数学类科技应用软件，它具有的顶尖的数值计算功能。强大的图形可视化功能及简介医学的“科学便笺式”工作环境和编程语言，从根本上满足了科技人员对工程数学计算的要求，并将科技人员从繁重的数学运算中解放出来，因而，越来越受到广大科技工作者的普遍欢迎。MATLAB是matrix和laboratory前三个字母的缩写，意思是“矩阵实验室”，是MathWorks公司推出的数学类可以应用软件。其DOS版本（MATLAB1.0）发行于1984年，到现在已经到了MATLA
6、B7.X。经过20多年的不断发展与完善，MATLAB已发展成为由MATLAB语言、MATLAB工作环境、MATLAB图形处理系统、MATLAB数学函数库和MATLAB应用程序接口五大部分组成的集数值计算、图形处理、程序开发为一体的功能强大的系统。MATLAB由“主包”和三十多个扩展功能和应用学科性的工具箱（Toolboxs）组成。MATLAB具有一下基本功能： 数值计算功能 符号计算功能 图形处理集可视化功能 可视化建模集动态仿真功能MATLAB语言是以矩阵计算为基础的程序设计语言，语法规则简单易学，用户不用花太多时间即可掌握其编程技巧。其指令格式与教科书中的数学表达式非常相近，用MATLAB
7、编写程序尤如在便笺上列写公式和求解，因而被称为“便笺式”的编程语言。另外，MATLAB还具有功能丰富和完备的数学函数库及工具箱，大量繁杂的数学运算和分析可通过调用MATLAB函数直接求解，大大提高了编程效率，其程序编译和执行速度远远超过了传统的C和FORTRAN语言，因而用MATLAB编写程序，往往可以达到事半功倍的效果。在图形处理方面，MATLAB可以给数据已二维、三维乃至四维的直观表现，并在图形色彩、视角、品性等方面具有较强的渲染和控制能力，使科技人员对大量原始数据的分析变得轻松和得心应手。正是由于MATLAB在数值计算及符号计算等方面的强大功能，使MATLAB一路领先，成为数学类科技应用
8、软件中的佼佼者。目前，MATLAB已成为国际上公认的最优秀的科技应用软件。MATLAB的上述特点，使它深受工程技术人员及科技专家的欢迎，并很快成为应用学科计算机辅助分析、设计、仿真、教学等领域不可缺少的基础软件。目前，在国外高等院校，MATLAB已成为本科生、研究生必须掌握的基础软件，国内很多理工院校也已经把MATLAB作为学生必须掌握的一种软件，“教育部全国计算机专业课程知道委员会”已将MATLAB语言列为推荐课程。2、MATLAB的安装 如今我们最常用的MATLAB版本是MATLAB6.5，虽然它不是最高最新的版本，但是它已经把MATLAB的功能很好的汇总在一起。 MATLAB既可在PC单
9、机环境下亦可在网络环境下安装进行，在这里介绍MATLAB6.5在PC机单机环境使用Microsoft Windows 2000或者Windows XP操作系统进行安装的情况。MATLAB6.5对系统的基本要求为： Microsoft Windows 2000或者Windows XP 奔腾处理器(1.0G上) 256MB以上内存 16位以上显卡在系统满足上述要求的情况下，即可进行MATLAB6.5的安装，安装过程8如下：1) 可以到本校E383软件园下载MATLAB6.5安装程序，上传的文件一般为压缩格式，所以首先我们得把它解压缩后再点击setup安装图标开始安装，接着显示如图1.1所示的“欢迎
10、进入Mathworks的Release 13”的安装工具，开始启动MATLAB6.5的安装程序。图1. 1Mathwoks公司的软件安装工具界面2) 安装程序自动打开Mathworks公司多的安装工具后，按下【Next】按钮即继续安装。3) 安装程序自动进入注册对话框，用户在响应的编辑框内输入产品注册码(可以在解压缩后的文件夹中找到)，然后按下【Next】按钮继续安装。4) 用户认可Mathworks公司的软件协议后，继续在用户名称河公司名称的编辑框内输入相关信息。按下【Next】按钮继续安装。5) 安装程序会自动打开MATLAB6.5安装内容选择对话框(图1.2)，MATLAB的组件、安装目
11、录路径以及安装所需要的磁盘空间等信息均显示在图中。在项目1下的编辑框内输入安装的路径与目录，并可点击【Browse】按钮，以浏览、选择并改变MATLAB的安装的路径与子目录。对于项目2下的3个单选钮可以选择仅安装系统或仅安装文件或系统文件都安装。在项目3下2个单选钮可以选择安装文件的语种：英语或英语与日语。对项目4下多个复选框可以钩选要安装的组件。图1.2 MATLAB6.5安装目录路径与组件选择界面在图1.2中我们可以看到，安装全部MATLAB6.5时所需要的磁盘空间(约1.6G)，按下【Help】按钮即可获得相关的帮助；按下【Back】按钮可返回到上一步；按下【Cencel】按钮即可退出安
12、装；按下【Next】按钮即可继续安装。6) 安装完成时，有MATLAB6.5安装成功的提示界面如图1.3所示。用单选钮“立即重新启动计算机”或“步立即重新启动计算机”，然后再按下【Finish】按钮，则安装过程即告结束，同时在Windows的操作桌面上生成MATLAB6.5快捷图标。图1.3 安装完成的提示界面3、MATLAB的启动与退出MATLAB的启动有如下两种方式：方式一：单击【开始】菜单，一次指向【程序】【MATLAB】【MATLAB6.5】,如图1.4所示，即可启动并打开MATLAB命令窗口。图1.4 从开始菜单打开MATLAB6.5方式二：双击Windows 2000或XP操作系统
13、桌面上的MATLAB快捷方式，即可启动并打开MATLAB命令窗口。 退出MATLAB非常简单，只需在MATLAB命令窗口内键入命令quit或单击命令窗口的【关闭】按钮即可。 4、MATLAB的系统界面MATLAB既是一种高级计算机语言，又是一个编程环境。MATLAB的系统界面，通常是指这个软件所具有的各种界面以及这些界面理的诸多菜单命令、工具栏按钮与对话框。通过对其操作，可以运行并管理系统：生成编辑与运行程序，管理变量与工作空间，输入输出数据与相关信息以及生成与管理M文件等。本节要介绍MATLAB6.5的系统界面、系统菜单项命令、系统工具按钮、系统界面的窗口、Start开始按钮等。MATLAB
14、6.5的系统界面如图1.5所示。在图中，最上面有“MATLAB”标题，标题栏的右边从左到右依次为窗口最小化、缩放和关闭按钮。标题栏下是条形主菜单，主菜单下是工具栏按钮与设置当前目录的弹出式菜单框及其右侧的查看目录树的按钮(【Browse for Folder】)。在工具栏下的大窗口就是MATLAB的主窗口，在大窗口里设置右4个小窗口(这是桌面平台的默认设置)：“Workspace”、“Current Directory”、“Command History”、“Command Windows”。在最下方是“Start”开始按钮。图1.5 MATLAB命令窗口5、MATLAB 6.5菜单项命令条形
15、组菜单有【文件(File)】、【编辑(Edit)】、【查看(View)】、【网络(Web)】、【窗口(Window)】、【帮助(Help)】等6个菜单项。通过【文件(File)】我们可以根据目的的不同来新建和打开各种不同的文件，如M文件，Simulink仿真库等等，而且可以把已经编辑好的文件进行存档。【编辑(Edit)】菜单我们可以把对文件的操作进行撤销或者重复操作，以及进行复制、粘贴、剪切和删除等等。【查看(View)】菜单的功能式用于查看各种界面。【网络(Web)】菜单，我们可以在联网的情况下点击，可以看到一些Mathworks公司网站等等一些信息。【窗口(Window)】菜单项下拉后仅有【关闭所有窗口】的子项。【帮助(Help)】是一些使用MATLAB的帮助命令。MATLAB的工具栏以图标方式为用户提供了MATLAB的常用命令及操作。工具栏图标及对应功能如图1.6所示。图1.6 工具栏命令窗口的工作区是用户使用MATLAB的重要空间，MATLAB在这里为用户提供了交互式的工作环境，即用户可随时输入命令，计算机即时给出元素结果。用户只需输入简单易学的MATLAB命令，即可进行诸如数值计算、符号运算和运算结果的可视化等复杂的分析和处理。但要注意，每一条命令或命令行键入后都要按【Enter】(回车)键，命令才会被执行。例如，在命令窗口的工作区直接输入如下字符：a
