Елементарний вступ в MATLAB

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ,

МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

Національний авіаційний університет

СПЕЦІАЛІЗОВАНІ

АРХІТЕКТУРИ КОМП’ЮТЕРІВ

Лабораторний практикум для студентів напряму

підготовки 6.050102 "Комп'ютерна інженерія"

Київ 2012

	Зміст
Вступ.................................................................................................
1. Елементарний вступ в MATLAB............................................ 1.1. Короткі теоретичні відомості та методичні вказівки......... 1.2. Створення функцій................................................................
2. Пряме та зворотне дискретне перетворення Фур'є ............ 2.1. Короткі теоретичні відомості та методичні вказівки........
3. Дизайнер фільтрів та інструмент аналізу.............................. 3.1. Короткі теоретичні відомості та методичні вказівки........ 3.2. Початок роботи..................................................................... 3.3. Проектування фільтра........................................................... 3.4. Перегляд інших характеристик фільтра.............................. 3.5. Зміна одиниць вимірювання осей........................................ 3.6. Відмітка точок даних............................................................ 3.7. Оптимізація дизайну............................................................. 3.8. Використання іншої структури фільтра.............................. 3.9. Зміна параметрів аналізів..................................................... 3.10. Експорт фільтру................................................................... 3.11. Генерація M-файла (M-file)................................................ 3.12. Перетворення фільтра (Quantizing a Filter)....................... 3.13. Цільові об'єкти.....................................................................
4. Створення НІХ фільтрів Баттерворта з різними смугами пропускання та робота з ними.................................................. 4.1. Створення НІХ фільтрів Баттерворта за допомогою інструментів FDATool........................................................... 4.2. Знайомство з інструментом візуалізації фільтра Filter Visualization Tool (FVTool)...................................................
5. Аналогові системи. Обчислення частотних характеристик............................................................................... 5.1. Короткі теоретичні відомості та методичні вказівки.......... 5.2. Класифікація систем.............................................................. 5.3. Способи опису лінійних систем............................................ 5.3.1. Диференціальне рівняння................................................... 5.3.2. Функція передачі................................................................. 5.3.3. Нулі і полюси....................................................................... 5.3.4. Зв'язок АЧХ з розташуванням нулів і полюсів................ 5.3.5. Розрахунок частотних характеристик............................... 5.3.6. Вектор значень частотної характеристики ланцюга........ 5.3.7. Побудова графіків фазочастотних характеристик...........
6. Аналогові системи. Обчислення фільтрів-прототипів........ 6.1. Фільтр Баттерворта...............................................................
6.2. Розрахунок аналогового фільтра Баттерворта за допомогою функції [z,p,k]=buttap(n)……………………… 6.3. Фільтр Чебишева першого роду.......................................... 6.4. Фільтр Чебишева другого роду............................................ 6.5. Еліптичний фільтр................................................................. 6.6. Фільтр Бесселя....................................................................... 6.7. Частотні перетворення фільтра............................................ 6.8. Зміна частоти зрізу ФНЧ...................................................... 6.9. Преобразование ФНЧ в ФВЧ............................................... 6.10. Перетворення ФНЧ в смуговий фільтр.............................
7. Дискретні сигнали. Обчислення часових функцій.............. 7.1. Теорема Котельникова.......................................................... 7.2. Розрахунок часових функцій................................................ 7.3. Функції генерації одиночних імпульсів.............................. 7.3.1. Прямокутний імпульс........................................................ 7.3.2. Трикутний імпульс............................................................. 7.3.3. Імпульс з обмеженою смугою частот............................... 7.3.4. Гаусів радіоімпульс............................................................
8. Дискретні сигнали. Розрахунок сигналів зі змінною частотою........................................................................................ 8.1. Генерація послідовності імпульсів...................................... 8.2. Функції генерації періодичних сигналів............................. 8.2.1. Послідовність прямокутних імпульсів............................. 8.2.2. Послідовність трикутних імпульсів................................. 8.2.3. Функція Діріхле.................................................................. 8.3. Генерація сигналу з мінливою частотою............................ 8.4. Формування випадкових сигналів....................................... 8.4.1. Реалізація заданого закону розподілу ймовірності.........
9. Дискретні системи...................................................................... 9.1. Короткі теоретичні відомості та методичні вказівки......... 9.2. Сутність лінійної дискретної обробки................................ 9.3. Зв'язок АЧХ з розташуванням нулів і полюсів.................. 9.4. Всепропускающіе фільтри.................................................... 9.5. Фільтри першого порядку....................................................
10. Дискретна фільтрація в MATLAB........................................ 10.1. Імпульсна характеристика.................................................. 10.2. Дискретна згортка і її звернення........................................ 10.3. Функція дискретної фільтрації........................................... 10.4. Компенсація фазового зсуву..............................................
11. Спектральний аналіз............................................................... 11.1. Короткі теоретичні відомості та методичні вказівки ................ 11.2. Зв'язок ДПФ і спектру дискретного аналізу..................... 11.3. Взаємозв'язок ДПФ і фільтрації......................................... 11.4. Дискретна фільтрація за допомогою ДПФ.......................
12. Функції спектрального аналізу в MATLAB........................ 12.1. Короткі теоретичні відомості та методичні вказівки....... 12.2. Функція fftshift..................................................................... 12.3. Матриця ДПФ...................................................................... 12.4. Блокова фільтрація в частотній області............................ 12.5. Вікна..................................................................................... 12.6. Функції непараметричного спектрального аналізу.......... 12.7. Розрахунок періодограмми................................................. 12.8. Функції авторегресійного спектрального аналізу............
13. Проектування дискретних фільтрів..................................... 13.1. Короткі теоретичні відомості та методичні вказівки....... 13.2.Метод інваріантної імпульсної характеристики............... 13.3. Прямі методи синтезу......................................................... 13.4. Субоптимальний синтез нерекурсивних фільтрів з використанням вікон........................................................... 13.5. Фільтри з косінусоідальним згладжуванням АЧХ...........
14. Синтез дискретних фільтрів в MATLAB............................. 14.1. Короткі теоретичні відомості та методичні вказівки....... 14.2. Функції синтезу стандартних фільтрів.............................. 14.3. Функции выбора порядка фильтров......................... 14.4. Функції прямого синтезу рекурсивних фільтрів..............
15. Модуляція та демодуляція...................................................... 15.1. Короткі теоретичні відомості та методичні вказівки....... 15.2. Амплітудна модуляція (АМ)...................................... 15.3. Однотональна AM................................................................ 15.4.Енергетичні співвідношення в АМ-сигналі.......................
16. Різновиди амплітудної модуляції.......................................... 16.1. Короткі теоретичні відомості та методичні вказівки....... 16.2. AM з пригніченою несучою............................................... 16.3. Односмугова модуляція...................................................... 16.4. Демодуляція однополосного сигналу................................ 16.5. Кутова модуляція (КМ)...................................................... 16.6. Демодуляція КМ..................................................................
17. Способи модуляції для передачі цифрової інформації: частотна, амплітудна та фазова маніпуляції...................... 17.1. Частотна маніпуляція.......................................................... 17.2. Амплітудна маніпуляція............................................................. 17.3. Фазова маніпуляція...................................................... 18. Способи модуляції для передачі цифрової інформації: квадратурна маніпуляція, демодуляція, формування спектру....................................................................................... 18.1. Квадратурна маніпуляція.................................................... 18.2. Демодуляція............................................................................ 18.3. Формування спектру...........................................................
Список літератури..........................................................................

 

ВСТУП

Лабораторний практикум містить матеріали з дисципліни "Спеціалізовані архітектури ЕОМ", необхідні для розробки і використання складних пристроїв, обробки сигналів та інших спеціалізованих призначень.

Відповідно до робочої навчальної програми з цієї дисципліни вивчаються теоретичні основи цифрового оброблення сигналів. Всі лабораторні роботи і присвячені цьому.

Як інструмент для виконання лабораторних робіт використано пакет MATLAB версії 7.3.0.267 (R2006b) випуску 3 серпня 2006. При цьому, в першій роботі наведен елементарний вступ в MATLAB з метою освоїти графічний інтерфейс користувача і найпростіші обчислення. Ці знання необхідні для виконання всіх подальших робіт. Студентам також рекомендуються навчальні посібники [1] та [2], а також методичні вказівки [3].

Крім того, студентам рекомендуються книги [4] та [5]. До речі, багато матеріалів цього посібника запозичені з [4].

Спеціалізовані пристрої знаходять різноманітне застосування. Обмежений обсяг посібника не дозволив розглянути багатьох важливих застосувань. Тим, кого цікавлять нерозглянуті тут застосування, можна порекомендувати ознайомитися з літературою [6], [7], [8], [9] та [10].

Укладачі практикуму висловлюють подяку рецензентам за пропозиції, які сприяли підвищенню якості посібника, а також з вдячністю приймуть будь-які пропозиції читачів щодо поліпшення його змісту.

Лабораторна робота 1

Елементарний вступ в MATLAB

Мета роботи:Освоїти графічний інтерфейс користувача і найпростіші обчислення.

Порядок виконання роботи

2. У створеній папці створити папку LAB1. 3. Зайти в MATLAB. 4. У командному вікні виконати найпростіші арифметичні операції.

Лабораторна робота 2

Пряме та зворотне дискретне перетворення Фур'є

Мета роботи:Ознайомитися з прямим і зворотним дискретним перетворенням Фур'є представленим в системі MATLAB.

Порядок виконання роботи

2. Вивчити функції необхідні для виведення на екран графіків сигналів. 2.1. Короткі теоретичні відомості та методичні вказівки Аналізом Фур'є називають сімейство математичних методів заснованих на розкладанні сигналів по синусоїдам. Дискретне…

Лабораторна робота 3

Дизайнер фільтрів та інструмент аналізу

Мета роботи:Ознайомитися з дизайнером фільтрів і інструментом аналізу

Порядок виконання роботи

2. Проектування фільтру 3. Перегляд інших характеристик фільтра 4. Зміна одиниць вимірювання осей

Початок роботи

>>fdatool З'являється діалогове вікно з пропозиціями використовувати FDATool. Потім, GUI… GUI має три головні області:

Лабораторна робота 4

Створення НІХ фільтрів Баттерворта з різними смугами пропускання та робота з ними

Мета роботи:створення НІХ фільтрів Баттерворта та їх аналіз

Порядок виконання роботи

2. Ознайомитися з інструментом візуалізації фільтра Filter Visualization Tool (FVTool) 4.1. Створення НІХ фільтрів Баттерворта за допомогою інструментів FDATool. 1.1. Створити в своїй папці папку з назвою LAB4.

Лабораторна робота 5

Аналогові системи. Обчислення частотних характеристик

Мета роботи:Використання відповідних функцій MATLAB для опису лінійних систем.

Порядок виконання роботи

2. Розрахунок частотних характеристик. 3. Побудова графіків фазочастотних характеристик. 5.1. Короткі теоретичні відомості та методичні вказівки

Розрахунок частотних характеристик

(5.4) Побудуємо його АЧХ і ФЧХ: function Example5_2

Лабораторна робота 6

Аналогові системи. Обчислення фільтрів-прототипів

Мета роботи:Використання відповідних функцій MATLAB для опису лінійних систем.

Порядок виконання роботи

2. Частотні перетворення фільтрів. Короткі теоретичні відомості та методичні вказівки Дана Лабораторна робота є продовженням роботи 5, так що відповідні теоретичні відомості та методичні вказівки наведені…

Преобразование ФНЧ в ФВЧ

function Example6_7 [z,p,k]=cheb1ap(5,3); % ФНЧ-прототип [b,a]=zp2tf(z,p,k); % функція передачі

Лабораторна робота 7

Дискретні сигнали. Обчислення часових функцій

Мета роботи: Використання відповідних функцій MATLAB для цифрової обробки дискретних сигналів.

Порядок виконання роботи

1. Теорема Котельникова

2. Розрахунок часових функцій.

3. Функції генерації одиночних імпульсів.

Теорема Котельникова

(7.1) Відновлення вихідного безперервного сигналу s(t) за набором його дискретних… (7.2)

Імпульс з обмеженою смугою частот

. Спектральна функція сигналу, що генерується функцією sinс, має прямокутний… .

Лабораторна робота 8

Дискретні сигнали. Розрахунок сигналів зі змінною частотою

Мета роботи:Використання відповідних функцій MATLAB для цифрової обробки дискретних сигналів.

Порядок виконання роботи

2. Функції генерації періодичних сигналів. 3. Генерація сигналу з мінливою частотою. 4. Формування випадкових сигналів.

Лабораторна робота 9

Дискретні системи

Мета роботи:Вивчення різних форм обробки дискретного сигналу.

Порядок виконання роботи

2. Зв'язок АЧХ з розташуванням нулів і полюсів 3. Всепропускающіе фільтри 4. Фільтри першого порядку

Лабораторна робота 10

Дискретна фільтрація в MATLAB

Мета роботи:Вивчення засобів MATLAB, призначених для виконання дискретної фільтрації та аналізу параметрів дискретних фільтрів.

Порядок виконання роботи

1. Імпульсна характеристика

2. Дискретна згортка і її звернення

3. Функція дискретної фільтрації

4. Компенсація фазового зсуву

Короткі теоретичні відомості та методичні вказівки

Імпульсна характеристика

Лінійна комбінація імпульсних характеристик

Лабораторна робота 11

Спектральний аналіз

Мета роботи:Дослідження різних аспектів спектрального аналізу.

Порядок виконання роботи

2. Взаємозв'язок ДПФ і фільтрації. 3. Дискретна фільтрація за допомогою ДПФ. 11.1. Короткі теоретичні відомості та методичні вказівки

Лабораторна робота 12

Функції спектрального аналізу в MATLAB

Мета роботи:Вивчення різних функцій MATLAB для виконання спектрального аналізу.

Порядок виконання роботи

2. Вікна 3. Функції непараметричного спектрального аналізу 4. Розрахунок періодограмми

Матриця ДПФ

А = dftmtx(n). Тут n - розмірність ДПФ. Матриця зворотного ДПФ відрізняється від матриці… 12.4. Блокова фільтрація в частотній області

Лабораторна робота 13

Проектування дискретних фільтрів

Мета роботи:Вивчити проектування дискретних фільтрів

Порядок виконання роботи

2. Прямі методи синтезу 3. Субоптимальний синтез нерекурсивних фільтрів з використанням вікон 4. Фільтри з косінусоідальное згладжуванням АЧХ

Лабораторна робота 14

Синтез дискретних фільтрів в MATLAB

Мета роботи:Вивчити функції MATLAB, використовувані при проектування дискретних фільтрів.

Порядок виконання роботи

2. Функції вибору порядку фільтрів 3. Функції прямого синтезу рекурсивних фільтрів  

Функции выбора порядка фильтров

[n,Wn]=buttord(Wp, Ws, Rp, Rs) [n,Wn]=cheb1ord(Wp, Ws, Rp, Rs) [n,Wn]=cheb2ord(Wp, Ws, Rp, Rs)

Лабораторна робота 15

Модуляція та демодуляція

Мета роботи:Вивчити різні види модуляції.

Порядок виконання роботи

2. Однотональна AM 3. АМ-сигнал у загальному випадку 4. Енергетичні співвідношення в АМ-сигналі

Однотональна AM

function Example15_2 Fs = 100; % % частота дискретизації

Лабораторна робота 16

Різновиди амплітудної модуляції

Мета роботи:Вивчити різні модифікації АМ

Порядок виконання роботи

2. Односмугова модуляція 3. Демодуляція однополосного сигналу 4. Полярна модуляція

Лабораторна робота 17

Способи модуляції для передачі цифрової інформації:

частотна, амплітудна та фазова маніпуляції

Мета роботи:Вивчити способи модуляції дискретних сигналів.

Порядок виконання роботи

2. Амплітудна маніпуляція 3. Фазова маніпуляція Короткі теоретичні відомості та методичні вказівки

Лабораторна робота 18

Способи модуляції для передачі цифрової інформації:

квадратурна маніпуляція, демодуляція, формування спектру

Мета роботи:Вивчити способи модуляції дискретних сигналів.

Порядок виконання роботи

2. Демодуляція 3. Формування спектру Короткі теоретичні відомості та методичні вказівки

Формування спектру

Стрибкоподібну зміну параметрів модуляції можна розглядати як використання формуючого фільтра з прямокутною імпульсною характеристикою, тривалість… Повторимо формування 16-позіційного квадратурно-маніпульованого сигналу,… figure