基于MATLAB的卷积演示系统

1数字信号处理课程设计题目：基于MATLAB的卷积演示系统学院：专业：班级：学号：姓名：指导教师：2目录摘要........................................................................3ABSTRACT....................................................................4第一章背景................................................................51.1MATLAB的优点...........................................................51.2MATLAB的组成..........................................................6第二章设计原理及分析.......................................................82.1卷积的定义.............................................................82.2线性卷积的运算.........................................................82.3循环卷积的运算.........................................................9第三章设计内容与分析......................................................103.1设计内容..............................................................103.2线性卷积的分析........................................................103.3循环卷积的分析........................................................10第四章实验代码及结果......................................................114.1线性卷积的MATLAB设计源程序..........................................114.2循环卷积的MATLAB设计源程序..........................................124.3分析两类卷积关系......................................................144.4动态演示基于重叠相加法的长序列快速卷积................................144.5用MATLAB设计一个卷积演示界面.........................................17第五章收获与体会..........................................................20致谢.......................................................................21参考文献...................................................................223摘要本文讲述的是运用MATLAB软件编写线性卷积和循环卷积，运行程序并得到正确结果，附上运行结果图让大家参照对比。MATLAB是一款在数学类科技应用软件中特别是在数值计算方面首屈一指的软件，它可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。而线性卷积和循环卷积在工程上的应用亦非常广泛，在MATLAB软件处理下，实现任意两个序列的线性和循环卷积对于工程上的辅助是相当重要的。卷积关系最重要的一种情况，就是在信号与线性系统或数字信号处理中的卷积定理。利用该定理，可以将时间域或空间域中的卷积运算等价为频率域的相乘运算，从而利用FFT等快速算法，实现有效的计算，节省运算代价。本文从线性卷积和循环的定义出发，分析其运算原理以及相关的公式、程序，着重介绍并分析了卷积的运算过程，让大家明白什么是卷积。程序运行之后得到正确的结果，将运行后正确的波形图放在本次论文中让大家直观的做比较。关键词：MATLAB、线性卷积、循环卷积、波形图4AbstractThisisaboutusingMATLABsoftwarelinearconvolutionandcyclicconvolution,operationprocedureandgettherightresult,enclosedoperationresultdiagramleteverybodyreferenceMATLABisatypeoftechnologyinapplicationsofmathematics,especiallyinnumericalcalculationoftheleadingsoftware,whichcanbematrixcalculation,anddatamappingfunction,therealizationofalgorithms,creationofuserinterface,connectedtootherprocedures,suchasprogramminglanguages,themainapplicationinengineeringcomputing,controldesign,signalprocessingandcommunications,imageprocessing,signaldetection,financialmodelinginareassuchasdesignandanalysis.AndlinearconvolutionintheapplicationofengineeringhasaverywiderangeofsoftwareinMATLAB,therealizationofanytwosequencesoflinearconvolutionsupportforprojectsisveryimportant.Convolutionrelationshipbetweenthemostimportantcase,thatislinearinthesignalanddigitalsignalprocessingsystemortheconvolutiontheorem.Useofthetheoremcanbetime-domainorspacedomaintotheconvolutionoperationinfrequencydomainequivalentofthemultiplicationoperation,thustheuseofFFTandotherfastalgorithms,thecalculationofeffective,cost-savingoperation.Fromlinearconvolutionandcirculationofthedefinition,analyzesitsoperationprincipleandrelevantformula,procedures,andemphaticallyintroducesandanalysestheconvolutionoperationprocess,leteveryoneknowwhatconvolution.Aftertheprogramisrunningproperlyafteroperation,theresultswillbeputontherightofthewaveformDesmondtutupaperleteverybodyintuitivetocompare.Keywords：MATLAB；Linearconvolution；Circularconvolution；SequenceWave5第一章背景1.1MATLAB的优点MATLAB编程语言又称为M语言，是一种交互式的高级编程语言，一种高阶的矩阵/数组语言。它具有以下的特点和优势：(1)语法简单和编程效率高(2)便于用户使用和扩充(3)方便高校的矩阵和数组运算(4)方便的图形和图像操作功能(5)功能强大的工具箱1.1.1语法简单编程效率高MATLAB是一个高级的矩阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。新版本的MATLAB语言是基于最为流行的C++语言基础上的，因此语法特征与C++语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。使之更利于非计算机专业的科技人员使用。1.1.2便于用户使用和补充新版本的MATLAB可以利用MATLAB编译器和C/C++数学库和图形库，将自己的MATLAB程序自动转换为独立于MATLAB运行的C和C++代码。允许用户编写可以和MATLAB进行交互的C或C++语言程序作为强大的科学计算软件，MATLAB提供了图形界面的设计与开发功能，MATLAB中的基本图形用户界面对象分为三类：用户界面控制对象、下拉式菜单对象和内容式菜单对象。1.1.3方便高效的矩阵和数组运算MATLAB是一个包含大量计算算法的集合。其拥有600多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算功能。函数所能解决的问题其大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符6号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。在高校中，MATLAB以成为数学，信息，控制等诸多学科有关课程的有效教学工具1.1.4方便图形和图像操作功能MATLAB自产生之日起就具有方便的数据可视化功能，以将向量和矩阵用图形表现出来，并且可以对图形进行标注和打印。它对一些特殊的可视化要求，例如图形对话等，MATLAB也有相应的功能函数，保证了用户不同层次的要求。1.1.5功能强大的工具箱MATLAB对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集和工具箱。一般来说，它们都是由特定领域的专家开发的，用户可以直接使用工具箱学习、应用和评估不同的方法而不需要自己编写代码。1.2MATLAB的组成MATLAB很重要的特点，是附加了一个解决专门问题的应用程序大家族，叫工具箱。它对于MATLAB用户是非常重要的，能让用户学习和应用专门的技术。工具箱是MATLAB函数的全面集合，扩展了MATLAB解决特殊类型问题的环境。工具箱可以应用的领域包括信号处理、控制系统、神经网络、磨具逻辑、子波、模拟等方面。MATLAB这个名字，代表MATRIXLABOROATOR.MATLAB系统由5个主要部分组成：1.2.1开发环境这是一组工具程序，帮助用户使用MATLAB功能和文件。许多工具是图形用户界面，包括MATLAB桌面和命令窗口，命令的历史窗口，编辑器和差错程序，观看帮助信息的浏览器，工作区，文件和收索路径。1.2.2MATLAB的数学函数库这是一个计算算法的巨大集合，范围从初等函数，入求和、正弦、余弦和复数运算，到更高级别的函数，像矩阵求逆、矩阵特征值、贝赛尔函数和快速傅里叶变换。1.2.3MATLAB语言一个高级的矩阵和数组运算，具有控制流语句、函数、数据结构、输入和输出、面向对象的程序特点。用这种语言能够快速建立运行快且短小的程序，也能建立大的和复杂的应用