系立项建设实验指导书MATLAB程序设计与应用实验主编：王春、段守付物理与电子信息工程系目录前言 (2)实验一熟悉MATLAB 环境 (3)实验二数值数组创建、应用及可视化 (7)实验三字符串数组的使用、简单脚本文件和函数的编写 (11)实验四数据可视化方法 (18)实验五简单数据分析 (24)实验六 MATLAB 仿真初步 (28)实验七电路模型仿真应用 (31)实验八简单图形用户界面设计 (33)附录：MATLAB 主要函数指令表（按字母顺序索引） (36)前言美国MathWorks公司推出的MATLAB是一种集数值计算、符号、运算、可视化建模、仿真和图形处理等多种功能于一体的优秀编程、仿真工具，被誉为“巨人肩膀上的工具”、“演算纸式的编程语言”，是从事科学研究、工程计算的广大科技工作者、理工类高校师生确认为必须掌握的计算工具，是从理论通向实际的桥梁，也是最可信赖的科技资源之一。

为了配合学生上机实践，更好掌握MATLAB 的基本使用技能，了解MATLAB 的编程风格，以及将所学课程与MATLAB 实践相结合，特别编写了本实验讲义。

其主要内容包括：MATLAB 入门及基本操作，数组、矩阵的使用及数据可视化方法，脚步文件及函数的编写，以及仿真、图形用户界面入门等。

MATLAB 内容丰富，内嵌了许多功能函数。

为了方便课堂教学使用，也顾及查阅功能，在书后的索引中按照字母顺序对常见MATLAB 函数进行了分类，以备读者查阅需要。

本书编写由王春、段守付完成。

由于编者水平有限，书中难免存在不妥之处，恳请广大读者指正。

同时，我们也会在适当时间进行修订和补充。

实验一熟悉MATLAB 环境[实验目的]1．熟悉MATLAB 主界面，并学会简单的菜单操作。

2．学会简单的矩阵输入与信号输入。

3．掌握部分绘图函数。

[实验原理]MATLAB 是以复杂矩阵作为基本编程单元的一种程序设计语言。

它提供了各种矩阵的运算与操作，并有较强的绘图功能。

用户第一次使用MATLAB 时，建议首先在屏幕上键入demo 命令，它将启动MATLAB 的演试程序，用户可在此演示程序中领略MATLAB 所提供的强大的运算与绘图功能。

也可以键入help 进行进一步了解。

MATLAB 启动界面如图所示：操作界面主要的介绍如下：指令窗（Command Window），在该窗可键入各种送给MATLAB 运作的指令、函数、表达式，并显示除图形外的所以运算结果。

历史指令窗（Command History），该窗记录已经运行过的指令、函数、表达式；允许用户对它们进行选择复制、重运行，以及产生M 文件。

工作空间浏览器（Workspace Browser），该窗口罗列出MATLAB 工作空间中所有的变量名、大小、字节数；并且在该窗中，可对变量进行观察、编辑、提取和保存。

其它还有当前目录浏览器（ Current Directory Browser ）、M 文件编辑/ 调试器（Editor/Debugger）以及帮助导航/浏览器（Help Navigator/Browser）等，但通常不随操作界面的出现而启动。

利用File 菜单可方便对文件或窗口进行管理。

其中File | New 的各子菜单，M-file （M 文件）、Figure（图形窗口）、或Model（SIMULINK 编辑界面）分别可创建对应文件或模块。

Edit 菜单允许用户和Windows 的剪切板交互信息。

MATLAB 语言最基本的赋值语句结构为：变量名列表=表达式。

表达式由操作符或其它字符，函数和变量名组成，表达式的结果为一个矩阵，显示在屏幕上，同时输送到一个变量中并存放于工作空间中以备调用。

如果变量名和“=”省略，则ans 变量将自动建立，例如键入：1900/81，得到输出结果：ans =23.4568。

MATLAB 中变量命名的原则要求必须以英文字母开头，文件夹名字中可以还包括、下划线和数字，不要使用其他的字符，更不要单纯使用数字或者中文名命名，有时在运行MATLAB 中一些莫名的错误可能就是不规范的命名引起的。

这种规则包括将来为自己编写的脚本文件、函数文件命名以及为使用的变量命名也应遵循这个规则。

[实验内容]一．用户工作目录和当前目录的建立和设置1．为管理方便，每个用户在使用MATLAB 前，尽量为自己建立一个专门的工作目录，即“用户目录”，用来存放自己创建应用文件。

例如首先打开资源管理器，在E 驱动器下可以根据自己喜好建立一个新文件夹，但应注意：该文件夹必须以英文开头，文件夹名字中可以包括字母、下划线和数字，不要使用其他的字符，更不要单纯使用数字或者中文名命名，有时在运行MATLAB 中一些莫名的错误可能就是不规范的命名引起的，这与MATLAB 中为变量和文件名命名原则是一致的。

尽管MATLAB\work允许用户存放用户文件，但最好把它仅作为临时工作目录来使用。

2．为了用户运行方便，在开始工作前可把用户定义的目录设置为当前目录，方法是可直接在MATLAB 命令窗口桌面上方通过目录设置栏来实现。

3．把自己的工作目录加到MATLAB 搜索路径上，这样可以在任何情况下方便地调用自己的编写文件。

MATLAB 工作时，基本搜索过程为：首先在工作空间，即MATLAB 内存中进行检查，看输入的指令是不是变量；如不是，则检查输入指令是不是内建函数（比如sin 函数等）；如不是，则在当前目录上，检查是否有与输入指令相同的M文件存在；如还没有，则在MATLAB 定义的搜索路径其他目录中，检查是否有该M文件存在。

设置方法是通过File 菜单下设置路径对话框进行。

二．熟悉简单的矩阵输1． 从屏幕上输入矩阵A=[1 2 3；4 5 6；7 8 9] 回车A=[1，2，3；4，5，6；7，8，9] 回车观察输出结果。

2． 试用回车代替分号，观察输出结果。

3． 输入size(A)，观察结果。

4． 输入矩阵B=[9，8，7；6，5，4；3，2，1]；回车输入矩阵C=[4，5，6；7，8，9；1，2，3]；回车，然后分别键入A B C 回车观察结果。

5． 选择 菜单中的M-file ，输入B=[9 ，8，7；6，5，4；3，2，1]；保存为B.M 文件，退出编辑环境。

此时在工作环境中使用B 命令就可调出B 矩阵。

6． 再试着输入一些矩阵，矩阵中的元素可为任意数值表达式，但注意:矩阵中各行各列的元素个数需分别相等，否则会给出出错信息。

7． 输入who 和whos 观察结果，了解其作用。

二．常用基本命令的使用数据文件的存取训练：利用save 和load 指令可以方便地把当前工作空间的数据变量保 存为数据文件。

接题一，输入：save a 回车，表示把当前工作空间的所有变量保存为a.mat 文件。

输入save a A C 回车，表示把当前内存中的变量A 、C 保存为a.mat 文件。

类似的还有load 命令，实现保存数据变量的装载，执行clear 命令，然后运行load a 回车，观察工作空间的变化。

save 、load 、clear 命令还有一些其他的应用格式，具体可参看帮助文件。

三．基本序列运算1． 数组的加减乘除和乘方运算2． 输入A=[1 2 3]，B=[4 5 6]，求C=A+B ，D=A-B ，E=A.*B ，F=A./B ，G=A.^B,并用stem画出A ，B ，C ，D ，E ，F ，G 。

再输入一些数组，进行类似运算。

3． 在命令窗口用plot 指令粗略描绘下列各函数的波形（其中对于连续信号可取时间间隔为0.001，可参看下面的a 的实例来实现，数学函数MATLAB 实现参见附录）a. t e t f --=3)( 30<<t实现方法，在命令窗口执行一下指令，可简单描绘出函数曲线：t=0:.001:3;y=3-exp(-t);plot(t,y)b. t t e e t f 235)(--+= 30<<tc. t e t f tπ2sin )(-= 30<<td. at at t f /sin )(= − 2π < t < 2π （π在MATLAB 中用pi 来实现）f. k e k f =)( 50<≤k三．M 脚本文件编写初步用M 文件编辑器编写脚本文件重新描绘上面函数波形。

实验二数值数组创建、应用及可视化[实验目的]1．掌握二维数组的创建、寻访，区分数组运算与矩阵运算的区别。

2．掌握标准数组生成函数和数组构造技法。

3．进一步熟悉M 脚本文件编写的方法和技巧。

[实验原理]数值数组和数组运算MATALB 核心内容，是MATLAB 最重要的一种内建数据类型。

通常，数组是由一组实数或复数排成的长方阵列(Array ),它可以是一维的“行”或“列”，可以是二维的“矩形”，也可是三维的若同维矩形的堆叠，甚至是更高的任意维。

而数组运算是指无论在数组上施加什么运算(加减乘除或函数),总认定那种运算对被运算数组中的每个元素(Element)平等地时实施同样的操作。

这使得计算程序简单、易读，使程序指令更接近教科书上的数学计算公式，并提高了程序的向量化程度，提高计算效率，节省计算机开销。

一维数组的创建可采用逐个元素输入法，这是最简单，但又最通用的构造方法，如：x=[2 pi/2 sqrt(3) 3+5i];另外有规律的产生数组可以采用冒号生成法，通用格式是x = a : inc : b，a 是数组的第一个元素，inc 是采样点之间的步长。

若（b-a）是inc 的整数倍，则生成数组的最后一个元素是b,否则小于b。

或者采用定数线性采样法，该法是在设定“总点数”下，均匀采样生成一维“行”数组。

格式为x = linspace ( a , b , n )，a、b 分别是生成数组的第一个各最后一个元素,n 是采样总点数，该指令生成（1×n）数组。

二维数组是由实数或复数排列成矩形而构成的。

从数据结构上看，矩形和二维数组没有什么区别。

当二维数组带有线性变换含义时，该二维数组就是矩阵。

二维数组的创建也可采用直接输入法，或者利用构造M 文件创建和保存数组。

除此以外，还可以采用MATLAB 提供的标准函数生成我们需要的数组，诸如zeros、ones、rand、eye、diag、magic 等，详请见附录。

一维数组元素的寻访和标识采用X(index)方法，只是要注意MATLAB 中第一个元素下标index 是1，而不是C 语言中的0。

二维数组元素的标识和寻访可分为“全下标”标识和“单下标”标识，“全下标”标识，即指出是“第几行，第几列”的元素，如A(3,5)表示二维数组A 的第三行第五列元素。

该标识法的优点是几何概念清楚，引述简单，在MATLAB 的寻址和赋值中最为常用。