mathcad清华教材
一本不错的mathcad书籍,在家看看吧常用数学软件丛书M ahead2000实用教程郑桂水等编著F荤原北京田书在版编目(CIP)数据Mathcad200实用教程/郑桂水等编著.北京国防工业出版社,2000.9(常用数学软件从书)ISBN7-118-02320Ⅰ.M...Ⅱ.郑、Ⅲ.数值计算一应用软件,Methed12000Ⅳ.0245中国版本图书馆CP数据核字(20)第26933号囤·聿宫照社出版发行北京市海淀区紫竹院南路23号〔邸政圳码1K44河飞酸乌.厂印刚新华书店经兽开本787×1002116印张16填39千字2000年9月第1版2000年9月北京郸1次印刷印效:1—4000册定价:24.00元本节如有印骏错误我杜负资调换〕前言Mathod是Mt五So公司推出的一个交互式的数学文字软件。该软件定位于向大教师学生工程人员提供一个兼备文字处理、数学和图形能力的集成工作环境,以使他们能方便地准备教案、完成作业和准备科学分析报告。 Mathcad在对待效值计算、符号分析、文子处埋图形能力的开发上,不以专业水准为追求,而尽力集各种功能为一体。需讲究精度、速度、算法稳定性的数值计算问题和需终复杂推理的符号运算问趣,都不是Mathcad所致力解决的目标。Mathcad有三大“面向大众”的特点:1. Mathcad的数学式同平常文稿中的书写格式一样,因而形象、直观便于阅读。用户可以按习惯的标准书写格式输人数学公式方程组和矩阵计算机能直接给出或数字或符号或图形的结果,用户无须考虑方法以及中间步骤。2. Mathcad生成的“电子书籍”中的指令、函数、图形都是“活的”,指令中的任何参数的变化都会使相应的结果发生改变3.灵活的“便笺”式的文字处理功能:可以输人文本,对方程、公式或图形进行注释和说明,从而生成各种报告和科学论文Mathcad可以处理各种数值运算,如数值的代数运算、复数运算、矢量和矩阵运算解方程与方程组徽分和积分的数值解、插值运算、微分方程求解等。 Mathcad在加人软件包自带的Mapd插件后还能进行符号运算,如因式分解符号徽积分、解符号方程级数与变换等。 Methed还可以绘制二维和二维图形,通过对图形结果的分析,使用户对问题的理解更加形象。 Mathcad还可以制作动画,所制作的动可以脱离 Mathcad而直接在Windows里播放。除了上述的数值运算、符号运算、图形和动画功能外, Mathcad还可以进行文字输人,以便生成论文和报告本书包括12章内容安排如下;第1章和第2章介绍 Mathcad2000的用途及基本用法。第3章介绍如何利用 Mathcad进行基本的算术与代数运算。第4章介绍 Mairead的矢量和矩阵运算。第5章介绍如何利用 Mathcad求解方程和方程组,以及如何利用 Mathcad进行规划求解等第6章介绍 Mathcad的符号运算功能。第7章和第8章介绍 Mathcad的图形功能,包括二维图形和三维图形。第9章介绍 Mathcad分析数据的功能。第10章介绍微分方程的求解。第11章介绍Mthd的编程功能。个+2Ⅳ第12章介绍如何利用 Mathcad制作动画Mathcad的功能十分强人,本书只能对读者起一个人门和引路的作用,如果要使用好Mathcad,发搁它的强大功能,需要读者多加练习,提高技巧。由于作者的水半有限,时间仓促,书中定有不少的疏漏和欠妥之处,恳请读者批评指除∫面卜著名的編著者以外,参加本书编著工作的同志还有:黄建森、林振宇、许宁林章庆藤小香、袁军冯曙红刘浪、张越胜、黄重阳、粱祥龙杨旺平、张晓等人,在此一并表示感谢。编著者内容简介本书介绍了 Mathcad的基础慨念和操作,循序渐进地讨论 Mathcad2000的使用方法,以便读砻能在较短时间内学会使用 Mathcad2000本书共分12章,内容包括: Mathcad的基本概念; Mathcad数值运算,如数犢的代数运算、复数运算、矢量和矩阵运算、解方程与方程维、微分和积分的数值锵捕值运算微分方程求解等; M athenai的符号运算,如因式分解、符号微积分解符号方程,级数与变换等; Mathcad的图形功能,包括绘制维图形、三维图形和动画.另外附录A介绍了 M ahead的内部数,附录R介绍了 athecate的错i信息,附录C介绍 M alcali的键盘操作。本书图文并茂,示例丰富,易学易用c可作为相关专业高校教材,或计算机培训班教材,也适合于非计算机专业的各类研究设计人员、计算机揲作人员及大 Mathcad用户参考。目录第1章 Mathcad筒介…1.1什么是 Mathcad………2 Mathcad的用途1.3运行环竞…………第2章 Mathcad入门會會■■■俨口■■自血自『會■自自會自【曾十自4會■忄曾血嚯會曾早中1!會自?甲2,1 Mathcad主窗口…,…"…":·日a2.2基本概念和基本操作2.2.1M盘 thad二作表…h●◆如■■●ψ■■pψφd■ψφb4d↓db中‘b4如d命ph甲↓2.2.2变量……56223函数………………2.2.4建立数学式上』L■县·』↓晶■■_↓b■↓晶昌■22.5編辑数学式2,2,6范围变量血山2.2.7区域操作………………,,…………2.3文本…b啬申咖4如bb4如4中吾b自··吾B吾吾日·B·吾山.·‘b山4442.3.1入文本13232在文本中插入数学区域……2.33摑入超级链接唱d■唱p山d24 Mathcad主菜单……1524.1File莱单………l524.2lit菜单●中·幽162.4.3View菜单24.4Ⅰnert菜单■■■q●幽PP中■}曾俨申■自P罾冒晋■■■冒俨『■鲁■■4b■192.4.5 Furmat菜单…,…………2024,6Math菜单……中d如d●p242.4菜单27248 Window菜单与Help萸堂292.5工具栏……292.5.1 Standard工具拦…………P平冒■■■冒冒P………2925.2 Formatting工具烂甲F口号■25.3Math工具栏292,5.4 Calculator l具誉甲『冒4昏『甲■個冒bb■Ⅵ2.5,5 Evaluation工具栏■■■↓p■冒司P■;↓■冒P中tP◆可中曾·F·自·_■■_口口·m■·■■·■■■·■■日。■日■302.5.6 Calculus工具拦32.5.7 Boolean工具栏32.5.8 Greek.具栏……………………………32第3章算术与代效算333.1基4代数运算……………333.1.1四则运算及乘方开方运算P日+F:::P日4■■@Pqp■司●即…33.1.2范围变量口d■■■■d…………………………353.2两数运算……:353.2.1函数射输入…353.2.2三角函数及反三角函数…………………■中中4鲁P自中………53.2.3对数函数与指数函数…373.2.4双曲函数与反双曲涵数……3.2.5整数函数……·"…………*………………………………383.26随机数生成数…自■自■■■自唱自■■自■■■·b■■自自■■自b■自白■·聊4●即幽“血d咖●p申电咖_电即D申司自■看38327求整函数3.28条件函数…393.3微分与积分…………………………………………………………………………403,3,1分运算………………3.32积分运算……∴……·423.4复数运算■b■口■bh■d■bh■■■h■■hdh■■b■■■■hbd晶最b■■凸■b山■晶bb■■山■昌bb山凸-433.4.1复数实郣和虚部画口■口■口■■■■433.4.2复数福角与复数的嫫…343复数四则运算与乘方开方运算■■■■■口■■■■■■■■■344复数的函数运算………………………………………………4534.5共轭复数4534.6复数的傲积分运算453.5使用单位…■■罪■二晶b■■晶晶↓晶■■备‘■■↓昌■■L■■晶晶晶■■↓q甲L4635.1对一个变应用单位…352带单位计算…4735.3自定义单位自···即中自中P··中中中4号·中中宁中會自‘T『日TP『日日35.4有关单位的选项↓L■晶■■■晶↓L■■郾福昌■■↓■■·晶昌b↓「●』轟bb中↓鼻b·ψb山↓山古一+b山·=—48第4章矢量与矩阵4.1矩阵工具栏……;r………………∴………504.2创建矢量和矩阵………………514.2.1直接输入矢量或矩阵…4.2.2通过表达式生成矩阵………………■■■一■■■■■■…………524.2.3输入输出数据又件■………524.2.4通过表格输入矩阵…53Ⅶ4.3矢量运算◆日‘日a+b日.··a·日日目p日导日日电●p■p中■自■血4.3.1矢量的加减运算及数乘……………………………………………544.3.2矢量的数量积b曲p血p@■…………554.3.3矢量的向量积……………………………………………………………"…554.3.4矢量的和…554.4矩阵运算P■血……554.4.1矩阵加减和数乘■■d■■■↓b●d■b■h●bψd谭b如p·q。pdb口·P■554.4.2矩阵的转置与矩阵相乘甲·■口■p■■■■d4.4.3方阵行列式值、逆炬阵和乘方………564,5矩阵的合并与提取子矩阵…………………………………………574.5.1先阵元素.·4·日日·日·4·日“·日44中◆4中卓!■!甲■■■昏■■■晋■■命如bd如看最bd+p■口■●pm司4.5.2矩阵合并…4.5.3提取子矩阵………………………"….……-5846矩阵的特征值与特征矢量………警冒肀■噜鲁會中q■■■■q晋■■唱■h昌■凸西』晶■■■如■ ta p■4.6,1求短阵的所有特征值…■·中中鲁4.6.2求矩阵的所有特征矢量……594.6.3求对应于某一特征值的特征矢量594.6.4疒义特征值和特征矢量昏■■q■■噜哂↓■■■↓■■聊命L64.7其他矩阵函数……………4.7.1特殊矩阵…………·申暗D日■·日日q日↓日日日日日日%吾↓↓4↓.“晶4a=-a+日b平m日t鲁曾中曾會64.7.2矩阵的特性函数4.8矩阵的分解4.8.1矩阵的奇异值分解晶b山↓b■■4.8.2矩阵的QR分解……………………………………………………634.8.3矩阵的LU分解484对称正定炬阵的 Cholesky分解……r654.9矢量和矩阵的排序冒會P會中·自4冒『■■k■山4七晶db…………654.9.1求最大和最小元素值4.92矢量排序……■口◆·■■中■■■·『■自■4即493炬阵排序……■■■·■日■會卓-·鲁·■■■■■■即日_●4.10矩阵的矢量化运算1■t曾自』會■■d■■■■算5章方程与规划求解……685.1解一元方程…………………■口■申···D■··争■■···■■··■■·曹鲁P◆血qt翟■■■↓■■■晋bdd古db5.1.1解一元項式方程■自『自血血冒伽自由司即看●·甲甲司血曲血曲■餐5.12求解其他一元方程………………………………695.13求解精度…………………·詈『中自詈會◆■斷自■■斷■自■■即■■q噌·■口·阜咱嘈啁◆φ◆嘻p申p■昏▲■■■昏baad705.I4求解一组带参数的方程………7l52线性方程组…………:753非线性方程组血d血身b●…72
- 2021-05-06下载
- 积分：1
基于fpga的自适应滤波器
关于自适应滤波器的fpga实现，对于想学数字滤波器的和fpga的同学来说非常好基于FPGA的自适应滤波器设计摘要数字滤波器较模拟滤波器相比,具有信噪比髙,过渡带性能好,髙可靠性及可扩展性,设计灵活方便的优势,应用范围越米越广。随着专用数字信号处理芯片的发展,数字滤波器的可实现性能以及处理速度得到了极大的提升,FPGA(现场可编程门阵列)作为一种新型数字信号处理芯片,具有数字信号处理速度快、数据并行处理并且利用硬件编程语言直接进行硬件设计等特点,自适应滤波器的FPGA设计以及优化方法,是目前的一个研究热点。本文对自适应滤波器进行 Matlab仿真,以对其结构特性以及运算特点进行了解,利用 Matlab生成测试信号与FPGA仿真软件 Modelsim进行联合设计以及行为仿貞,采用 Altera公司的 Cyclone IV系列芯片EP4CE15F17C8为载体的开发板进行设计仿真,在设计过程中,充分利用FPGA可以并行处理以及快速的数字信号处理的特点进行针对性的结构设计。在此基础上做了以下工作。在充分了解滤波器,自适应横向滤波器,自适应陷波滤波器以及FFT变换原理的基础上,选择并搭建∫设计平台,在目前自适应横向滤波器的FPGA设计的研究基础上,采用模块化的设计方法,单独设计可重复调用的串行FR滤波模块以及串行LMS杖值更新模块,对两种模块的设计以及综合分别进行了设计以及仿真实验,通过并行调川两种不同模块,每种调用四个的方式设计一个16阶的滤波器为例来阐述模块化设计方法,并设计32阶64阶分别与仝串行以及仝并行设计方式的处理速率以及逻辑资源调用进行比较,结果说明运算速率与并行调用模块数量成正比,远快于全串行结构的设计方式,并且对于64阶仝并行系统来说,极大的减少了硬件资源的消万方数据耗,提髙了设计灵活性。在此设计的基础上,针对传统自适应陷波滤波器的滤波频夲固定不变的缺陷,提出了一种频域变换法检测噪声特征频夲,并可以根据特征噪声频率实时改变陷波频率的滤波器设计方法,为了减小设计复杂性,研究了符号LMS自适应陷波器算法,通过 Matlab仿真实验选取符号的特征变量。并对噪声信号提取算法进行了介绍和设计仿真,最终设计出根据噪声频率自动调节陷波中心频率的自适应陷波滤波器,并对滤波器性能进行了 Modelsim仿真研究,自适应陷波器具有能有效的滤除对应频的单频噪声信号,并且根据噪声的频率特性自动调节滤波频率的特点。针对两种自适应滤波器的FPGA设计,体现了FPGA在自适应滤波器设计时灵活性以及针对性,两种不同类型的自适应滤波器,可以分别适用于普通数字滤波器无法有效发挥作用的场合,同时本文的设计方法对其它类型数字信号处理系统的FPGA实现具有一定参考价值关键词:现场可编程门阵列,自适应横向滤波器,模坎化设计,自适应陷波器万方数据DESIGN OF ADAPTIVE FILTER BASED ON FPGAABSTRaCTCompared with analog filter, digital filter has the advantages of high signalto noise ratio, good performance of transition zone, high reliability andexpansibility, flexible and convenient design and application With developmentof special digital signal processing chip, digital filter Can achieve performanceand processing speed has been greatly improved, the realization of the use of thebetter performance of digital chip design more complex filter, so that the adaptivefilter realization and application become possible, FPGA (field programmablegate array) is a new type of digital signal processing chip, with parallel processingof data and Can use hardware programming language directly the characteristicsof the hardware design, is currently a hot research topic for study of adaptive filteris implemented on FPgaThe matlab simulation of the adaptive filter to understand the characteristicsof the structure and opcration characteristics, and the use of Matlab generatingtest signals and FPGA simulation software Modelsim joint behavior simulation ofFPGa design, then to Altera cyclone Iv series chip ep4cel5f17c8 as the carrierof the development board for simulation design. in the design process, make fulluse of FPGa parallel processing and fast digital signal processing for structuraldesign On this basis, the following work has been doneThe filter needed to fully understand, adaptive transversal filter, adaptivenotch filter and Fft transform based on the principle of selection and build adesign platform, first in the basic research of current FPGA adaptive transversalfilter realization, using modular design method, the structure is divided into singleand serial FiR filter module serial LMS weight update module, the design of thetwo modules and integrated were designed, and simulation experiments, through万方数据the parallel call two different modules, each call the four way to design a 1 6 orderfilter as an example to illustrate the modular design method, and design of 32order and 64 order respectively with serial and the processing rate parallel designmethods and logic resources call were compared. The results show that theoperation rate and parallel call module is proportional to the number, far faster Inthe whole serial design mode, and for the 64 order all parallel system, greatlyimprove the design flexibility, reduce the consumption of hardware resourcesAfter the design on this basis, the traditional adaptive trapped wave filter, filterfrequency fixed defects, put forward a method of frequency domain transformdetection noise characteristic frequency, and can change in real time accordingto the characteristics of noise frequency trapped wave frequency filter designmethods, in order to reduce the design complexity and the sign LMs adaptivenotch filter algorithm, the characteristic variables of the symbol is determinedthrough the simulation experiment of Matlab. And the noise signal extractionalgorithm are introduced and the simulation design, the final design according tofrequency noise automatically adjust the trapped wave frequency adaptive notchfilter, and on the performance of the filters were Modelsim simulation researchthe adaptive notch filter has CaN effectively filter on the frequency of the singlefrequency noise signal, and does not affect the characteristics of waveforms usefulFor the fpga design of two based on the lms adaptive algorithm of filterreflecting the FPGa in the adaptive filter design flexibility and uniqueness, twodifferent types of adaptive filter can be respectively applicable to ordinarydigital filter Can not effectively play the role of occasions, also the designmethod of other types of digital signal processing system based on FPGaimplementation has a certain reference valueKEY WORDS: FPGA, Adaptive transversal filter, Modular design, Adaptivenotch filter万方数据目录摘要ABSTRACT··,··*···第·章绪论…1.1研究目的与意义1.1.1数字滤波器简介·················+··*····+··········*···:··.*····…···*········:··+*·········1.1.2基于FPGA的自适应滤波器研究意义·“中,非2国内外研究现状1.2.1自适应滤波器研究现状122自适应滤波器的FPGA实现研究现状·······申中···申1.3课题的主要研究内谷··B申61.3.1课题的主要工作1.3.2课题的研究实现方案…4本章小结第二章自适应陷波滤波器的原理以及实验平台2.自适应滤波器理论介绍·····中中·········中·中·"中··中·中····中····申2.1.1IR与FIR滤波器简介2.12LMS算法原理132.1.3自适应陷波器的原理15214FFT变换的原理··p··中··中··,和p申·和中中····中·申22设计平台介绍2022.1自适应滤波器的设计平台20222自适应陷波滤波器接2223本章小结24第三章自适应横向滤波器的FPGA实现..273.1自适应滤波器的 Matlab仿真研究…····中中中申·中申···申申p中申·中申··申p申中273.1.1自适应滤波器的功能仿真研究273.2自适应滤波器的滤波收敛性能研究方法…83.1.3自适应滤波器的收敛性能研究….30万方数据3.2自适应滤波器的FPGA模块化设计333.2.1自适应滤波器FPGA模块化设计原理333.22FIR串行模块的设计申·中p申申,申申申·申和中p申申非申·p;申p申·非申·申新申中和申p申和·申·申P申申·申申申p申p343.2.3LMS串行模块的设计35324自适应滤波器多级处理结构整体设计363.2.5结构特性分析393.3木章小结···非中中非第四章自适应陷波滤波器的FPGA设计41符号LMS算法的梯度特征值选择及系统结构设计.414.1.1符号LMS算法的梯度特征值选择4141.2FIR自适应陷波滤波器系统结构设计42噪声信号分析以及参考信号频率值提取……1464.2.1FFT变换的功能464.2.2FFT变换的参数介绍42.3 FFT IP核的调试以及功能测试……4842.4特征噪声频率提取算法.…43自适应陷波模块的设计非··申申中431自适应波器的 Matlab仿真43.2自适应陷波器FPGA设计时的数据截取方法554.3.3白适应陷波器模块的FPGA设计56434自适应陷波器的整体设计6044采用频域变换法自适应陷波器滤除工频噪声.44.1提高系统实时性的方法6144.2模拟与实验验证45木章小结·········65第五章总结与展望DD67参考文献致谢75攻读学位期间发表的学术论文目录77ⅤI万方数据太原理工大学硕上饼究生学位论文第一章绪论1.1研究目的与意义滤波器从1917年发明以米,已经有近一个世纪的发展史1,滤波器的发明也极大的推进了电了器件以及通信的发展。计算机技术以及集成电路的技术的发展又使滤波器产生飞跃式的发展,各科数字电路以及模拟开关电路元件体积越来越小,密度越来越高,直接催生了集成芯片式RC有源滤波器,开关电容滤波器以及数字滤波器。使滤波器的应用范围再一次扩大,不仅仅在通信领域,在医学,电气,图像处理等领域也起到了举足轻重的作用。1.1.1数字滤波器简介数字滤波器作为数字信号处理的一部分,是随着计算机以及数字器件的发展而发展起来的一门比较新的技术,尤其近几年来,数字处理芯片以及数字信号处理技术的发展使得数字滤波器的优点越米越突出,现代数字滤波器可以轻易实现将过渡带缩短到Iz以內,这点是模拟滤波器无法达到的性能指标。数字滤波器比模拟滤波器还有更优越的信噪比、可靠性以及灵活性和可扩展性,并且随着数字集成电路的发展,制作成本将会越来越低S。目前使用比较多的滤波器设计方法分别是无限冲击响应(IR)以及有限冲击响应(FR)波器,其屮由于FR滤波器可以很容易实现具有严格线性相位结构的滤波器,而IR滤波器要达到严格线性相位结构必须经过仝通网终线性相位矫正从而大大增加滤波器的阶数。FR滤波器由于其冲击响应有限,所以是个稳定系统。并且没有反馈环节,有利于其在使件上实现。所以FR滤波器以其独有的优势应用于线性相位结构的系统屮。近几年米,随着RLS以及LMS自适应算法的提出S,很多专家学者提出了利用自适应算法在数字系统上设计自适应滤波器,使滤波器的性能更加灵活,并且在对滤波器有特殊滤波要求的场合使用門,例如自适应陷波器常用在电气设备中滤除工频干扰而对其余频率信号几乎完全不产生影响,以及在通道失配屮采用自适应滤波原理进行矫正12,有些系统可以采用自适应算法达到抵消噪声千扰3,这些都是常规滤波器无法达万方数据基于FPGA的自适应滤波器设计到的性能指标。LMS算法以其简单的特性,可以在多和数字芯片上进行设计。尤其在FPGA上实现各种自适应滤波器14,是目前针对自适应滤波器方面的一个研究方向。1.1.2基于FPGA的自适应滤波器研究意义FIR与IR滤波器都是数字滤波器,即在数字系统上实现滤波器功能,而数字系统又分为软件数字系统实现以及硬件数字系统实现,软件数字系统实现最常用的例如使用MEATLAB或者 Labview进行编程实现15,其优点是可以自如的调节信号字长以及滤波步长,可以达到很高的精度,并且可以综合其它的处理功能为一体。缺点是接口比较单,必须接外置的采集卡,需要以计算机为载休休积往往很大。并且对信号的处理速度在相同糸件下要比硬件实现的滤波器系统要慢,并不能达到很好的实吋性,实际应用中只适用于屮、少量的数据后期分析以及对成本以及实时性要求不高的一些系统使用16。哽件芯片实现的数字滤波器实吋性要比PC杋软件好,并且硬件载体也比较多,如单片机、ARM类芯片,和专门用于数字信号处理的DSP芯片上均可以实现滤波器功能,但是其运算均为串行运算,(现场可编程门阵列)FPGA作为·种可编辑器件,不仅能实现上述所有芯片的功能,在资源配置合理的情况下,还能进行处理馍垬多重并行调用,即在个芯片上实现多个基本芯片同时处理的功能8,从而达到特别优异的数字信号处理功能,目前在图像处理等需要实时对大量数字信号进行滤波处理的领域,FPGA已经成为款不可或缺的芯片。但硬件设计数字滤波器的时候,山于数字滤波器的特殊性,在设计数字滤波器的时候,并没有现成的标准公式,这造成了很多数字滤波器并不能完全直接在硬件系统上实现,例如,FR数字滤波器,必须先利用软件工具得出FIR滤波器的各延迟抽头系数才能进行硬件设计,所以设计FIR滤波器的时候,是离不开计算机系统的,但是设计好的滤波器,可以脱离软件系统进行使用。由亍FR滤波器的本质就是一个标准的乘加运算集,恰好可以利用分布式算法实砚FIR滤波器,分布式算法的每个乘法运算屮必须有一个乘数为常数,这又与FPGA的基本逻辑单元査找表的功能相适应,利用査找表结构可以进行个常数乘数与·个变量相乘的运算,这样在实现FIR滤波器的时候,利用分布式算法,可以实现不使用或仅使用少量乘法器资源即可完成FR滤波器结构设计,FPGA的设计结构刚好与FIR滤波器的万方数据
- 2021-05-06下载
- 积分：1
