Matlab 产生方波（Square Wave）

方波是一种在等间隔时间内从一个值突变到另一个值的波形。在 Matlab 中，我们可以使用 square 函数来生成方波。本文将介绍如何使用 Matlab 产生方波，并演示一些可视化方波的方法。

使用MATLAB产生一个简单的方波信号

我们可以使用 square 函数创建方波信号。该函数的语法如下：

y = square(t)

其中，t 是一个向量，表示时间轴上的时间点。y 是 t 对应的方波信号向量。默认情况下，square 函数产生周期为 2π，幅值为 1 的方波。

下面是一个简单的例子：

t = linspace(0, 4*pi, 400); % 生成时间轴向量
y = square(t); % 产生方波信号
plot(t, y); % 绘制方波信号
ylim([-1.5 1.5]); % 限制 y 轴范围
xlabel('Time');
ylabel('Amplitude');
title('Square Wave');

运行结果如下图所示：

产生不同周期和幅度的方波信号

square 函数还可以指定周期和幅度。我们可以将上面的例子改成生成周期为 4π 幅度为 0.5 的方波。代码如下：

t = linspace(0, 4*pi, 400); % 生成时间轴向量
y = square(t, 25); % 产生周期为 4π，幅值为 0.5 的方波信号
plot(t, y); % 绘制方波信号
ylim([-1.5 1.5]); % 限制 y 轴范围
xlabel('Time');
ylabel('Amplitude');
title('Square Wave');

运行结果如下图所示：

产生噪声信号和方波信号的混合信号

我们可以使用加法运算创建噪声信号和方波信号的混合信号。例如，我们可以产生高斯白噪声信号 noise，再通过加法生成噪声和方波的混合信号，代码如下：

t = linspace(0, 2*pi, 400); % 生成时间轴向量
x = sin(2*pi*t); % 正弦波
noise = 0.5*randn(size(t)); % 高斯白噪声
y = x + noise; % 正弦波和噪声的混合信号
plot(t, y); % 绘制混合信号
hold on; % 打开保持现场模式
plot(t, x, 'r--', 'LineWidth', 2); % 绘制正弦波
ylim([-1.5 1.5]); % 限制 y 轴范围
xlabel('Time');
ylabel('Amplitude');
title('Mixed Signal');
legend('Mixed Signal', 'Sine Wave');
hold off; % 关闭保持现场模式

此代码创建了一个正弦波信号和高斯白噪声的混合信号，并绘制出它们之间的区别。randn 函数是 Matlab 中的随机数生成器，因此 noise 向量是具有高斯分布的随机数向量。如下图所示，图中红色虚线是没有噪声的正弦波，蓝色实线是带有噪声的正弦波。

使用方波信号生成 PWM 信号

方波信号也被广泛用于电子工程中的脉冲宽度调制（PWM）信号。在 Matlab 中，我们可以使用 square 函数来生成 PWM 信号，代码如下：

t = linspace(0, 0.02, 400); % 生成时间轴向量
y = square(2*pi*50*t, 25); % 创建周期为 1/50 秒，占空比为 50% 的 PWM 信号
plot(t, y); % 绘制 PWM 信号
ylim([-1.5 1.5]); % 限制 y 轴范围
xlabel('Time');
ylabel('Amplitude');
title('PWM Signal');

此代码创建了一个周期为 1/50 秒，占空比为 50% 的 PWM 信号，如下图所示：

结论

在 Matlab 中，我们可以使用 square 函数来创建方波信号。我们可以使用它创建不同周期和幅度的方波信号，混合噪声信号和方波信号，以及生成 PWM 信号。这些功能使得 square 函数成为 Matlab 中的一个非常有用的工具，方便了我们开发各种不同类型的信号处理算法。