信号方波和方波信号的卷积及卷积过程演示

成绩评定表学生姓名班级学号专业通信工程课程设计题目方波和方波信号的卷积及卷积过程演示评语组长签字：成绩日期20年月日沈阳理工大学课程设计任务书学院信息科学与工程学院专业学生姓名班级学号课程设计题目方波和方波信号的卷积及卷积过程演示实践教学要求与任务:1、学习Matlab软件及应用；2、学习并研究连续时间系统的时域分析有关理论；3、利用Matlab编程，完成常用连续时间信号运算的课题；4、写出课程设计报告，打印程序，给出运行结果。工作计划与进度安排:第1-2天：1、学习使用Matlab软件、上机练习2、明确课题内容，初步编程第3-5天：1、上机编程、调试2、撰写课程设计报告书3、检查编程、运行结果、答辩4、上交课程设计报告指导教师：201年月日专业负责人：201年月日学院教学副院长：201年月日沈阳理工大学一、引言................................................................................1二、Matlab入门..................................................................22.1Matlab7.0介绍...........................................................22.2利用Matlab7.0编程完成习题设计.........................3三、Matlab7.0实现方波和方波信号的卷积及卷积过程的演示..................................................................................43.1常用连续时间信号的类别及原理.............................43.2编程设计及实现.........................................................53.3运行结果及其分析.....................................................6四、结论...............................................................................7五、参考文献.......................................................................8目录沈阳理工大学-1-一、引言人们之间的交流是通过消息的传播来实现的，信号则是消息的表现形式，消息是信号的具体内容。本文概述了信号仿真系统的需求、总体结构、基本功能。重点介绍了利用Matlab软件设计实现信号仿真系统的基本原理及功能，以及利用Matlab软件提供的图形用户界面（GraphicalUserInterfaces,GUI）设计具有人机交互、界面友好的用户界面。本文采用Matlab的图形用户界面设计功能,开发出了各个实验界面。在该实验软件中,集成了信号处理中的多个实验,应用效果良好。本系统是一种演示型软件,用可视化的仿真工具,以图形和动态仿真的方式演示部分基本信号的传输波形和变换，使学习人员直观、感性地了解和掌握信号与系统的基本知识。《信号与系统》课程是一门实用性较强、涉及面较广的专业基础课，该课程是将学生从电路分析的知识领域引入信号处理与传输领域的关键性课程,对后续专业课起着承上启下的作用.该课的基本方法和理论大量应用于计算机信息处理的各个领域,特别是通信、数字语音处理、数字图像处理、数字信号分析等领域,应用更为广泛。信号的卷积是针对时域信号处理的一种分析方法，信号的卷积一般用于求取信号通过某系统后的响应。在信号与系统中，我们通常求取某系统的单位冲激响应，所求得的h(k)可作为系统的时域表征。任意系统的系统响应可用卷积的方法求得。离散时间信号是时间上不连续的“序列”，因此，激励信号分解为脉冲序列的工作就很容易完成，对应每个样值激励，系统得到对此样值的响应。每一响应也是一个离散时间序列，把这些序列叠加既得零状态响应。因为离散量的叠加无需进行积分，因此，叠加过程表现为求“卷积和”近年来，计算机多媒体教序手段的运用逐步普及，大量优秀的科学计算和系统仿真软件不断涌现，为我们实现计算机辅助教学和学生上机实验提供了很好的平台。通过对这些软件的分析和对比，我们选择MATLAB语言作为辅助教学工具，借助MATLAB强大的计算能力和图形表现能力，将《信号与系统》中的概念、方法和相应的结果，以图形的形式直观地展现给我们，大大的方便我们迅速掌握和理解老师上课教的有关信号与系统沈阳理工大学-2-的知识。MATLAB7.0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。函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果，而前经过了各种优化和容错处理。在通常情况下，可以用它来代替底层编程语言，如C和C++。在计算要求相同的情况下，使用MATLAB的编程工作量会大大减少。MATLAB7.0的这些函数集包括从最简单最基本的函数到诸如矩阵，特征向量、快速傅立叶变换的复杂函数。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。作为信号与系统的基本分析软件之一，利用MATLAB进行信号与系统的分析与设计是通信以及信息工程学科的学生所要掌握的必要技能之一。通过学习并使用MATLAB语言进行编程实现课题的要求，对学生能力的培养极为重要。尤其会提高综合运用所学理论知识进行分析问题、解决问题的能力，也便于将理论知识与实践相结合，并得以更好地掌握信号分析与处理的基本方法与实现。这也将为后续相关的课程学习打下一定的基础,从而在以后相关课程设计与分析的时候达到对MATLAB的熟练应用与融会贯通。二、Matlab入门2.1Matlab7.0介绍Matlab7.0比Matlab的老版本提供了更多更强的新功能和更全面、更方便的联机帮助信息。当然也比以前的版本对于软件、硬件提出了更高的要求。MATLAB7.0主要功能为交互式工具可以按迭代的方式探查、设计及求解问题此高级语言可用于技术计算此开发环境可对代码、文件和数据进行管理各种工具可用于构建自定义的图形用户界面各种函数可将基于MATLAB的算法与外部应用程序和语言（如C、C++、Fortran、Java、COM以及MicrosoftExcel）集成数学函数可用于线性代数、统计、傅立叶分析、筛选、优化以及数值积分等二维和三维图形函数可用于可视化数据；特点：1)高效的数值计算及符号计算功能，能使用户从繁杂的数学运算分析中解脱出来；2)具有完备的图形处理功能,实现计算结果和编程的可视化;3)友沈阳理工大学-3-好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言，使学者易于学习和掌握；4)功能丰富的应用工具箱(如信号处理工具箱、通信工具箱等),为用户提供了大量方便实用的处理工具。MATLAB7.0提供了丰富的库函数（称为M文件），既有常用的基本库函数，又有种类齐全、功能丰富多样的的专用工具箱Toolbox函数。函数即是预先编制好的子程序。在编制程序时，这些库函数都可以被直接调用。无疑，这会大大提高编程效率。MATLAB7.0的基本数据编程单元是不需要指定维数的复数矩阵，所以在MATLAB环境下，数组的操作都如数的操作一样简单方便。而且，MATLAB7.0界面友好，用户使用方便。首先，MATLAB具有友好的用户界面与易学易用的帮助系统。用户在命令窗里通过help命令可以查询某个函数的功能及用法，命令的格式极为简单。其次，MATLAB程序设计语言把编辑、编译、连接、执行、调试等多个步骤融为一体，操作极为简单。除此之外，MATLAB7.0还具有强大的图形功能，可以用来绘制多姿多彩的图形，直观而形象。综上，在进行信号的分析与仿真时，MATLAB7.0无疑是一个强大而实用的工具。尤其对于信号的分析起到了直观而形象的作用，非常适合与相关课题的研究与分析。2.2利用Matlab7.0编程完成习题设计在熟悉了MATLAB7.0的基本界面之后，可以通过简单的编程与相关函数的调用，实现一些常用时间信号的可视化操作。例如：编程实现矩形波的仿真。程序如下，直接在命令窗口键入如下程序：%rectpulst=-4:0.001:4;T=2;ft=rectpuls(t,T);plot(t,ft)axis([-4,4,-0.5,1.5])沈阳理工大学-4-仿真图形如下：图1三、利用Matlab7.0实现方波和方波信号的卷积及卷积过程演示3.1方波序列和方波信号的卷积的原理卷积定理即对于任意两个信号f1(t)和f2(t)做卷积运算，定义为卷积定理满足交换率在求连续时间系统的现代解法中就用到卷积定理：设系统的激励信号为e(t),冲激响应为h(t),则系统的零状态响应为对信号做卷积积分运算的五个步骤：(1)改换图形中的横坐标，由t改为τ，τ变成函数的自变量；(2)把其中的一个信号反褶；沈阳理工大学-5-(3)把反褶的信号做位移，移位量是t,这样t是一个参变量。在τ坐标系中，t0图形右移；t0图形左移；(4)两信号重叠部分相乘e(τ)h(t-τ)；(5)完成相乘后图形的积分。3.2利用Matlab实现方波和单边指数信号的卷积及卷积过程演示程序：y1=[ones(1,2000),zeros(1,2000)];t=0:0.01:100;y2=[ones(1,2000),zeros(1,2000)];y=conv(y1,y2);n1=1:length(y1);n2=1:length(y2);L=length(y);subplot(3,1,1);plot(n1,y1);axis([1,L,0,1.5]);title('输入方波');subplot(3,1,2);plot(n2,y2);axis([1,L,0,1.5]);title('输入方波');n=1:L;subplot(3,1,3);plot(n,y);title('卷积结果');沈阳理工大学-6-3.3运行结果沈阳理工大学-7-四、结论在这次信号与系统课程设计中，我首先花了较多的时间查阅资料，进行反复的练习。由于是第一次做信号与系统的课程设计，对于相关设计过程和分析方法以及MATLAB软件的使用并不大熟练。但功夫不负有心人，最终还算顺利完成，这对我以后学习相关的课程以及进行更高层次的信号与系统设计都奠定了不错的基础。在设计过程中，出现了各种各样的问题，有些是单一原因引起的，有的是综合原因引起的，这些都很考验我的毅力与坚持。但是我掌握了研究这类问题的方法，即问题解决的过程就是要从问题所表现出来的情况出发，通过反复推敲，作出相应判断，逐步找出问题的症结所在，从而一举击破。对于信号与系统课程设计，尤其在使用MATLAB软件进行相关信号的仿真与分析时，这种分析解决问题的能力就更为重要。正所谓“纸上得来终觉浅，觉知此事要躬行。”学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的。通过为期数天的MATLAB课程设计，我对MATLAB这个仿真软件有了更进一步的认识和了解。在这数天时间里，我通过自己摸索，查阅资料，并且在指导老师的指导下完成了常用连续时间信号的编程与仿真；并最终将课程设计报告总结完毕。在没有做课程设计以前，觉得课程设计只是对知识的单纯总结，但是通过这次课程设计发现自己的看法有点太片面，课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，也是对自己能力的一种提高，通过这次课程设计使自己明白了原来的那点知识是非常欠缺的，要学习的东西还很多，通过这次课程设计，我明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作和生活中都应该不断的学习，