实验1 连续时间信号在MATLAB中的表示
1. 实验目的
学会运用MATLAB表示常用连续时间信号的方法;观察并熟悉这些信号的波形和特性。
2. 实验原理
在某一时间区间内,除若干个不连续点外,如果任意时刻都可以给出确定的函数值,则称该信号为连续时间信号,简称为连续信号。从严格意义上讲,MATLAB数值计算的方法并不能处理连续时间信号。然而,可利用连续信号在等时间间隔点的取样值来近似表示连续信号,即当取样时间间隔足够小时,这些离散样值能够被MATLAB处理,并且能较好地近似表示连续信号。
MATLAB提供了大量生成基本信号的函数。比如常用的指数信号、正余弦信号等都是MATLAB的内部函数。为了表示连续时间信号,需定义某一时间或自变量的范围和取样时间间隔,然后调用该函数计算这些点的函数值,最后画出其波形图。
3. 实例分析
3.1 典型信号的MATLAB表示
(1)实指数信号
实指数信号的基本形式为。式中,为实数。当时,实指数信号随时间按指数式增长;当时,实指数信号随时间按指数式衰减;当时候,则转化为直流信号。MATLAB中用exp函数来表示实指数信号,其语句格式为:
例1 用MATLAB命令产生单边衰减指数信号,并绘出时间的波形图。
解:MATLAB源程序为:
clear;clc;
K = 2; a = -1.5;
t = 0:0.01:3;
ft = K*exp(a*t);
plot(t,ft);grid on
axis([0,3,0,2.2]);
title('单边指数衰减信号');
(2)正弦信号
正弦信号的基本形式为或者。其中K
是振幅;是角频率;是初相位。这三个参数称为正弦信号的三要素。MATLAB中可用sin或者cos函数来表示正弦信号,其语句格式为:
例2 用MATLAB命令产生正弦信号,并绘出时间的波形图。
解:MATLAB源程序为:
clear;clc;
K = 2; w = 2*pi; phi = pi/4;
t = 0:0.01:3;
ft = K*sin(w*t+phi);
plot(t,ft);grid on
axis([0,3,-2.2,2.2]);
title('正弦信号');
图1 单边指数衰减信号 图2 正弦信号
(3)抽样信号
抽样信号的基本形式为,在MATLAB中用与类似的函数表示,定义为。
可以看出,函数与没有本质的区别,只是在时间尺度上不同而已。
例3 用matlab定义函数表达式MATLAB命令产生抽样信号,并绘出时间为的波形图。
解:MATLAB源程序为:
clear;clc;
t = -6*pi: pi/100: 6*pi;
ft = sinc(t/pi);
plot(t,ft);grid on
axis([-20,20,-0.5,1.2]);
title('抽样信号');
图3 抽样信号
(4)矩形脉冲信号
矩形脉冲信号在MATLAB中可用rectpuls函数产生,其语句格式为:
该函数用于产生一个幅度为1、宽度为width,且以t=0为对称轴的矩形脉冲信号,width的默认值为1。
例4 用MATLAB命令画出下列矩形脉冲信号的波形图。
解:根据所定义的矩形脉冲信号,定义的矩形脉冲宽度为1,脉冲的中心位置相对于纵轴向右移动了0.5。因此,其MATLAB源程序为:
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