MATLAB在电子信息课程中的应用

・实验教学　－　１２０　－2017年10月下 第20期（总第422期）10.3969/j.issn.1671-489X.2017.20.120基于ＭＡＴＬＡＢ的电子类课程实验教学研究与实践*◆郑晓隆 邵李焕 郑梁摘 要 MATLAB 是科学与工程计算中应用最为广泛的软件，在电子类课程中也有很多应用，如信号处理、电路系统等。

基于MATLAB 设计电子类课程综合实验，让电子类大学生的专业知识得到具体展现，同时提出要加强对MATLAB 帮助文档的使用，熟练掌握科技英文，提高电子类大学生的综合能力。

关键词 MATLAB；实验教学；电子类课程中图分类号：G642.423 文献标识码：B 文章编号：1671-489X(2017)20-0120-02１　前言MATLAB 由美国的Clever Moler 博士于20世纪80年代开发，设计者的初衷是解决线性代数课程的矩阵运算问题，取名MATLAB 即Matrix Laboratory （矩阵实验室）的意思。

现在MATLAB 由美国的Mathworks 公司进行商业运营，主要面向科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境[1]。

它将数值分析、矩阵计算、数据可视化以及系统建模和仿真等许多功能都集成在一个便于操作的集成开发环境中，为科学研究、工程设计以及数值计算等众多科学领域提供一种全面的解决方案，主要应用于矩阵分析、控制设计、信号处理与通信、图像处理、信号与系统建模、电路分析、金融建模设计与分析等领域[2]，是当今国际科学计算中最流行的软件工具。

在电子类专业中，前期要学习各种数学知识，在具备了一定的数学知识后，再学习电子相关的专业知识，这些知识都涉及科学计算，因此，MATLAB 在电子类专业中有非常广泛的使用[3-4]。

有许多高校专门开设课程讲授MATLAB在电子信息课程中的应用，这对于提高大学生利用理论解决实际问题的动手能力以及综合运用知识能力都具有重要的意义。

matlab信号与系统课程设计一、引言信号与系统是电子信息类专业中的一门重要课程，Matlab作为一种常用的计算工具，可以帮助学生更好地理解和应用信号与系统的相关知识。

本文将介绍如何使用Matlab进行信号与系统课程设计。

二、实验目的本次实验旨在通过使用Matlab软件，帮助学生深入理解信号与系统的相关知识，并掌握Matlab软件在信号与系统中的应用。

三、实验内容本次实验分为两个部分：信号处理和系统分析。

1. 信号处理1.1 生成离散时间序列信号使用Matlab中的discrete函数生成一个离散时间序列信号。

要求该信号包含10个采样点，采样频率为100Hz，幅度随机取值。

1.2 时域分析对生成的离散时间序列信号进行时域分析。

计算出该信号的均值、方差、标准差和自相关函数，并画出该信号及其自相关函数的图像。

1.3 频域分析对生成的离散时间序列信号进行频域分析。

计算出该信号的功率谱密度，并画出该功率谱密度函数图像。

2. 系统分析2.1 系统建模使用Matlab中的tf函数建立一个一阶低通滤波器系统模型。

该系统的传递函数为H(s)=1/(s+1)。

2.2 系统分析对建立的一阶低通滤波器系统进行分析。

计算出该系统的单位脉冲响应、单位阶跃响应和零极点图，并画出相应的图像。

四、实验步骤4.1 生成离散时间序列信号首先，打开Matlab软件，新建一个m文件，命名为“signal_processing.m”。

在m文件中输入以下代码：t = 0:0.01:0.09;x = rand(1,10);stem(t,x);解释：t表示时间轴上的采样点，从0开始每隔0.01秒取一个采样点，共计10个采样点；x表示信号幅度，使用rand函数随机生成10个数作为幅度值；stem函数用于绘制离散时间序列信号图像。

4.2 时域分析在m文件中输入以下代码：mean_x = mean(x)var_x = var(x)std_x = std(x)rxx = xcorr(x);subplot(2,1,1);stem(t,x);title('Discrete Time Sequence');xlabel('Time (s)');ylabel('Amplitude');subplot(2,1,2);stem(-9:9,rxx);title('Autocorrelation Function');xlabel('Lag (s)');ylabel('Amplitude');解释：mean函数用于计算信号的均值；var函数用于计算信号的方差；std函数用于计算信号的标准差；xcorr函数用于计算信号的自相关函数。

科技信息进入21世纪随着计算机技术的发展，计算机的应用已深入到各个领域，因此每个高校的不同专业都开设了计算机课程，对于计算机水平要求较高的专业甚至还开设了计算机语言课程，电子信息工程专业就适时的加入了Matlab课程，但是对于如何教好学好Matlab的教学是大家一直探讨的问题。

在多年的传统的教学过程中出现有高分低能的现象，这种状况不得不让我们反思：如何让学生将所学的知识应用到编程中去，加深理解与掌握，具备程序设计能力与解决实际问题的能力。

本文将对Matlab教学，结合在教学过程中针对学生学习该语言常存在的一些问题，探讨如何在Matlab教学中提高教学质量、激发学生的兴趣、提高学生的编程能力，并将所学理论问题与现实问题紧密结合，培养学生的综合能力。

一、Matlab介绍Matlab最早是由Moler博士在讲授线性代数课程时，深感高级语言的诸多不便，于是萌生了新的软件平面，即Matlab（MATrix LABoratory，矩阵实验室）。

采用了EISPACK（基于特征值计算的软件包）和LIN-PACK（线性代数软件包）中的子程序。

如今已集成了LAPACK和BLAS 库。

在各高等院校，对于数学、工程和科学理论中的课程，Matlab都是标准的计算工具。

它对于研究、开发和分析也是首选的计算工具。

MATLAB具有强大的数值计算和良好的图示功能，易学易懂，编程效率高，为用户提供了非常直观和简洁的程序开发环境。

经过十几年的发展与完善，MATLAB目前已成为科技界最流行的应用软件之一。

它是一种具有强大功能的高性能语言，因此应用于不同学科，其主要的典型应用领域包括如下：（1）科学与计算；（2）算法开发；（3）数据获取；（4）建模、模拟和原型设计；（5）数据分析、研究和可视化；（6）科学和工程图形；（7）应用开发，包括图像用户界面构建。

二、Matlab教学方法的改革思路在传统的教学模式下，计算机语言课程的教学方式一般采用的是课堂讲授与实验练习相结合，而具体的课堂讲授方式大部分的教学方法都是根据教材内容分章节完成，然后再通过实验来加深与巩固知识点。

MATLAB在电子信息课程中的应用陈艺摘要:介绍了MATLAB,并结合实例,详细探讨了MATLAB在电子信息课程中的应用。

关键词:MATLAB;工具箱;仿真实验;电子信息课程引言:MATLAB其功能强大,已成为数字信号处理等课程的主要工具软件,学习和掌握好MATLAB有助于专业课更好的学习。

1.MATLAB简介MATLAB 简介MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。

它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中,为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案,并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言的编辑模式,代表了当今国际科学计算软件的先进水平。

MATLAB在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。

MATLAB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、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

MATLAB的基本数据单位是矩阵,它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN 等语言完成相同的事情简捷得多。

在新的版本中也加入了对C,FORTRAN,C++ ,JAVA 的支持。

可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用。

2.MATLAB在电子信息课程中的应用●数字信号处理技术●工程与科学绘图●控制系统的设计与仿真●通讯系统设计与仿真2.1 MATLAB在信号与系统中的应用信号与系统是电子信息类专业的一门重要的专业基础课。

一方面,该课程涉及了许多基本分析方法,而掌握这些方法就要不仅要有较好的数学基础,而且要将大量的时间和精力花费在许多繁琐的工程计算上;将Matlab引入该课程,一些基本的分析方法便可用软件来实现。

matlab软件在高校教学中的应用Matlab是一种基于矩阵运算的高级数据处理软件。

在高校教学中，Matlab已成为了必不可少的教学工具，它不仅可以帮助学生更好地理解理论知识，还可帮助教师更好地进行教学工作。

本文将介绍Matlab在高校教学中的应用。

1. 数学分析Matlab可以用来求解微积分、积分、微分方程等问题，如求解极限、根数量、二次方程等。

同时，Matlab还可以用来绘制函数图形，使得学生能够透彻地理解函数的变化规律。

2. 线性代数Matlab的主要应用之一就是求解线性代数问题。

它可以实现矩阵运算、解线性方程组、矩阵转置、矩阵乘法等。

这些运算是学生学习线性代数与矩阵论的基础，在Matlab中能够将学习与计算相结合，更好地促进学生的理解。

二、Matlab在工科类课程中的应用1. 信号处理Matlab可以用来处理各种信号，如音频、视频、图像等。

在通信工程、电子信息工程、计算机工程等课程中，信号处理是一个重要的环节，Matlab提供了各种信号处理工具箱，能够帮助学生更好地学习这些课程。

2. 控制工程Matlab可用来进行控制系统分析与设计、PID控制等课程。

学生可以通过Matlab进行控制工程的模拟与计算，在模拟运行过程中反复调试，快速地找到问题与解决方法。

3. 机械工程在机械工程教学中，Matlab可以用来进行机械系统的建模与仿真。

学生可以用Matlab实现机械系统的运动学、逆运动学分析，还可以对机器人系统进行控制与仿真。

Matlab广泛应用于科学研究领域，它可以用来进行科学数据的分析、统计学的检验、预测模型的建立等。

Matlab开发了许多工具箱，如信号处理工具箱、图像处理工具箱、金融工具箱、统计工具箱等，可以应用在气象、环境、经济、医学等各个学科领域，非常适用于数据处理、分析和建模。

2. 可视化Matlab可以提供图形化界面，支持三维可视化展示，可以将科学数据用图表的形式直观地呈现在人们眼前。

一、实训目的1. 熟悉MATLAB语言的使用2. 了解MATLAB在电子信息课程中的应用3. 掌握MATLAB矩阵输入、运算以及MATLAB数值的运算功能4．掌握各种数据的创建、访问、扩建及缩减5.了解利用MATLAB计算系统响应的方法；验证信号与系统的基本概念、基本理论，掌握信号与系统的分析方法。

二、实训任务和要求1、熟练利用MATLAB语言编程对系统S平面分析2、掌握利用MATLAB分析系统时域的方法，熟悉系统的零输入响应，零状态响应及冲击响应的步骤。

3、MATLAB是目前国际上最流行，应用最广泛的科学与工程计算软件，它由MATLAB语言，MATLAB工作环境，MATLAB图像处理系统，MATLAB数据函数库，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．它应用于自动控制，数学计算，信号分析，计算机技术，图像信号处理，财务分析，航天工业，汽车工业，生物医学工程，语音处理和雷达工程等各行业，也是国高校和研究部门进行许多科学研究的重要工具。

MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学,工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完相同的事情简捷得多。

MATLAB是“矩阵实验室”（MATrix LABoratoy）的缩写，它是以矩阵运算为基础的交互式程序语言，能够满足科学、工程计算和绘图的需求。

与其它计算机语言相比，其特点是简洁和智能化，适应科技专业人员的思维方式和书写习惯，使得编程和调试效率大大提高。

它用解释方式工作，键入持续后立即得出结果，人机交互性能好，易于调试并被科技人员所乐于接受。

特别是它可适应多种平台，并且随着计算机硬软件的更新及时升级，因此MATLAB语言在国外的大学工学院中，特别是频繁进行数值计算的电子信息类学科中，已经成为每个学生都掌握的工具了。

它大大提高了课程教学、解题作业、分析研究的效率。

Matlab 在电子信息工程专业课程学习中的应用作者：卢佩刘效勇张锐敏孟晓男来源：《江苏科技信息》 2018年第13期0 引言电子信息工程是电子和信息工程方面的宽口径专业，该专业主要学习信息的获取与处理、电子设备与信息系统等方面的专业知识，要求掌握信息获取、处理的基本理论和应用的一般方法，并具备设计、集成、应用及计算机模拟信息系统的基本能力。

目前，该专业大多数课程具备理论的高度抽象性、方法的严密逻辑性和技术的广泛应用性等特点，造成了学生在学习过程中对理论知识的理解、消化和吸收度不够，对理论体系的内在关联性认识不透彻，降低了学生的学习主动性。

Matlab作为一种功能强大的计算软件，具有数值运算能力强、程序设计自由度大、可移植性好、可视化功能强和工具箱丰富等特点，能够为众多学科领域进行科学研究、工程设计提供全面的解决方案，现已成为教学和科研中常用的工具之一［1］。

笔者所在的教学团队在多年的教学过程中逐渐体会到：将Matlab融汇贯穿到该专业多门课程的教学过程中，可满足基本的教学和实验仿真需求，为基础理论学习和课外科技活动提供重要的支撑。

不仅能够帮助学生理解晦涩难懂的概念，还可以激发学生的想象力，对培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力起着不可忽视的作用。

文章旨在通过具体实例列举若干学科问题来佐证Matlab在电子信息工程专业学习过程中的重要作用。

1 Matlab 助力电子信息工程专业学习1.1 Matlab在“数学”课程中的应用在“数学”课程的学习过程中，通过在Matlab环境下对特定例子的计算和可视化观测，可以帮助学生直观地理解抽象的数学内容，掌握其解决问题的核心思想，从而激发学生学习数学的兴趣，为牢固掌握数学理论提供有力支撑［2］。

例如，在微积分理论知识的学习中，虽然Matlab提供了定积分运算函数，为了帮助学生理解定积分原理，可以通过直接编程模拟数值积分具体实现过程完成定积分运算。

如一道题目，要求用数值积分法求由y=-x2+10，y=0，x=0，x=10 围成的图形面积，并讨论步长与积分方法对精度的影响。

电力电子课程设计关于MATLAB一、教学目标本节课的教学目标是让学生了解和掌握MATLAB在电力电子领域的应用，培养学生运用MATLAB进行电力电子系统分析和设计的能力。

具体目标如下：1.知识目标：使学生掌握MATLAB的基本语法和操作，了解MATLAB在电力电子领域的应用范围，如交流调速系统、变频器、电力电子器件驱动等。

2.技能目标：培养学生运用MATLAB进行电力电子系统仿真分析的能力，能够编写简单的MATLAB脚本程序，实现电力电子电路的建模和仿真。

3.情感态度价值观目标：培养学生对电力电子领域的兴趣，提高学生运用现代工具解决实际问题的意识，培养学生的创新精神和团队合作能力。

二、教学内容本节课的教学内容主要包括以下几个部分：1.MATLAB概述：介绍MATLAB的发展历程、功能特点和基本语法。

2.MATLAB在电力电子领域的应用：讲解MATLAB在交流调速系统、变频器、电力电子器件驱动等方面的应用实例。

3.MATLAB电力电子仿真基础：介绍电力电子电路的建模方法，讲解MATLAB中电力电子仿真工具箱的使用。

4.实例讲解与实践：通过具体案例，引导学生运用MATLAB进行电力电子系统分析和设计，提高学生的实际操作能力。

三、教学方法为了提高教学效果，本节课将采用以下教学方法：1.讲授法：讲解MATLAB的基本语法和操作，使学生掌握MATLAB的基本使用方法。

2.案例分析法：通过分析实际案例，使学生了解MATLAB在电力电子领域的应用，培养学生运用MATLAB解决实际问题的能力。

3.实验法：安排课后实验，让学生动手实践，巩固所学知识，提高学生的实际操作能力。

4.小组讨论法：学生进行小组讨论，培养学生的团队合作意识和沟通能力。

四、教学资源为了支持本节课的教学，将准备以下教学资源：1.教材：《MATLAB电力电子仿真与应用》。

2.参考书：电力电子相关书籍，如《电力电子技术》、《电力电子器件与应用》等。