【正文】 PO 的模塊化思想，使輸入、處理和輸出涇渭分明，充分體現(xiàn) GUI 界面的通信功能。 GUI 設(shè)計不能是“即所需即添加”，否則設(shè)計出來的界面效果將大打折扣。使用者只需關(guān)注 GUI 界面(即前臺顯示 )，而把實現(xiàn)過程 (后臺程序運(yùn)行 )交給開發(fā)者，提高分析、判斷的效率。 功能分析 需求分析 設(shè)計檢查 程序測試 編寫代碼 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 濾波器分析系統(tǒng)的初始界面 在用圖形用戶界面設(shè)計時，需要注意很多方面的問題，最主要的就是按照設(shè)計步驟進(jìn)行：由需求分析開始，進(jìn)而到功能分析，再進(jìn)行設(shè)計檢查，編寫代碼，最后進(jìn)行程序調(diào)試。 圖 42 屬性編輯控制器 (2)坐標(biāo)軸對象 (Axes)，用于顯示圖形，它根據(jù)設(shè)計者的設(shè)計程序顯示圖形，柯進(jìn)進(jìn)：基 于 MATLAB 的數(shù)字濾波器的設(shè)計 28 例如現(xiàn)在顯示的圖形為一個三維圖像，是通過 編寫程序進(jìn)而在執(zhí)行時調(diào)用編寫的M文件而實現(xiàn)的。 axis([3 3 3 3 10 5]) (3)命令按鈕 (Push Buttons)，即初始界面中的按鍵 WELCOM及按鍵 CLOSE，單擊命令按鈕時，會產(chǎn)生相應(yīng)的動作，比如當(dāng)按下 WELCOM鍵時會執(zhí)行命令并跳轉(zhuǎn)到濾波器分析系統(tǒng)的主界面，即執(zhí)行命令 ： function WELCOM_Callback(hObject, eventdata, handles) addpath (39。) 又如當(dāng)按下 CLOSE 鍵時，會彈出一個問題顯示對話框，詢問使用者是否關(guān)閉界面，點(diǎn)擊 Yes 將關(guān)閉，點(diǎn)擊 No將返回界面控制。) run (39。 Z=peaks(X,Y)。 我們看到的初始界面是一個完整的整體，但在計算機(jī)后臺，設(shè)計初始界面由四部分組成： (1)可編輯文本框 (Editable text)，用于顯示輸入文本，即此次設(shè)計的標(biāo)題及內(nèi)容信息，對其進(jìn)行屬性的編輯調(diào)整可以隨意簡便的進(jìn)行信息的寫入。不管是對初學(xué)者還是對研究分析者，希望此界面能起到一定的幫助和啟發(fā)作用。對于使用者來說，往往不 愿意去理解一大堆繁雜的代碼，甚至對代碼一無所知。在 GUI 設(shè)計中還應(yīng)該保持 GUI 的一致性，一致性既包括使用標(biāo)準(zhǔn)的控件，也指使用相同的信息表現(xiàn)方法。 GUI 應(yīng)滿柯進(jìn)進(jìn)：基 于 MATLAB 的數(shù)字濾波器的設(shè)計 26 足“寧可讓程序多干，不可讓用戶多干”的原則。該 M 文件初始化 GUI 界面并包含一個 GUI 回調(diào)事件的框架。利用上述對象，進(jìn)行周密的組織、設(shè)計，就可以設(shè)計出一個界面良好、操作簡單、功能強(qiáng)大的圖形用戶界面?，F(xiàn)在，絕大部分的應(yīng)用程序 (如 Microsoft Word)都是在圖形用戶界面 (GUI)下運(yùn)行的，并且 ，絕大部分的程序設(shè)計工具 (如 Visual Basic, Visual C++)都可以進(jìn)行圖形用戶界面 (GUI)的設(shè)計與開發(fā)工作。 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 第 4 章 圖形用戶界面設(shè)計 — 濾波器分析系統(tǒng) 圖形用戶界面 (Graphical User Interfaces， GUI)是提供人機(jī)交互的工具和方法。 圖 36 FIR 數(shù)字帶阻濾波器脈沖響應(yīng)與幅度響應(yīng) 小結(jié) 這一章主要是用 MATLAB 語言進(jìn)行 FIR 濾波器的設(shè)計和實現(xiàn)。) axis([0,1,100,10]) function hd=ideal_bs(Wcl,Wc2,N) alpha= (N1) /2。) subplot(223) stem(n,h) title(39。 Ap=(min(db(1:1:Wpl/delta_w+1))) %實際通帶紋波 As=round(max(db(Wsl/delta_w+1:1:Wsh/delta_w+1))) %實際阻帶紋波 subplot(221) stem(n,hd) %火柴棍圖 title(39。 %理想帶阻濾波器的單位沖激響應(yīng) w_hann= (hanning(N))39。 %過渡帶寬度 N=ceil (*pi/tr_width) %濾波器長度 n=0:1:N1。 Wph=*pi。 m=nalpha+eps。) subplot(339) plot(w2/pi,db2) title(39。) 柯進(jìn)進(jìn)：基 于 MATLAB 的數(shù)字濾波器的設(shè)計 22 subplot(336) stem(n,h2) title(39。) subplot(334) stem(n,hd) %火柴棍圖 title(39。 Ap=(min(db(Wpl/delta_w+1:1:Wph/delta_w+1))) %實際通帶紋波 As=round(max(db(Wsh/delta_w+1:1:500))) %實際阻帶紋波 subplot(332) stem(n,w_bman) title(39。 %截取得到實際的單位脈沖響應(yīng) h2=hd.* w_tri。 %理想帶通濾波器的上截至頻率 hd=ideal_bp(Wcl,Wch,N)。 tr_width=min((WplWsl),(WshWph))。 Wpl=*pi。 m=nalpha+eps。) subplot(224) plot(w/pi,db) title(39。) subplot(222) stem(n,w_ham) title(39。 %截取得到實際的單位脈沖響應(yīng) [db,mag,pha,w]=freqz_m4 (h,[1])。 Wc= (Ws+Wp) /2。 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 圖 33 FIR 數(shù)字低通濾波器脈沖響應(yīng)與幅度響應(yīng) 漢寧窗設(shè)計數(shù)字高通濾波器 設(shè)計一個 FIR 數(shù)字高通濾波器， Wp= ,Ws= ,Ap=,As=40dB Wp=*pi。 w=(w(1:1:501))。 function[db,mag,pha,w]=freqz_m4(b,a) [H,w]=freqz(b,a,1000,39。) axis([0,1,100,10]) %本程序用到的自定義函數(shù) function hd=ideal_lp(Wc,N) alpha= (N1)/2。) subplot(223) stem(n,h) title(39。 Ap=(min(db(1:1:Wp/delta_w+1))) %實際通帶紋波 As=round(max(db(Ws/delta_w+1:1:501))) %實際阻帶紋波 subplot(221) stem(n,hd) %火柴棍圖 title(39。 %理想低通濾波器的單位沖激響應(yīng) w_ham=(hamming(N))。 tr_width=WsWp。 由于這種方法是用一定寬度窗函數(shù)截取無限脈沖響應(yīng)序列，獲得有限長的脈沖響應(yīng)序列，從而得到 FIR 濾波器，故稱為 FIR 濾波器的窗函數(shù)設(shè)計法。 假設(shè)理想濾波器的頻率響應(yīng) ? ?eH jd ? 的表示為： 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 ? ? ? ??? ???? ?n njdjd enheH ?? (315) 由于理想濾波器的頻率響應(yīng)與單位脈沖響應(yīng)序列是傅立葉變換對，所以根據(jù)傅立葉反變換得到 ??nhd 。 圖 31 給出了以上五種窗函數(shù)的時域幅度波形，圖 32 給出了當(dāng) N=64 時五種窗函數(shù)的頻域幅度譜。 各種窗函數(shù)的實現(xiàn)與比較 在 FIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計中，要尋找適當(dāng)?shù)拇昂瘮?shù)來進(jìn)行處理，調(diào)整窗口長度 N 可以有效地控制過渡帶寬度；調(diào)整窗函數(shù)形狀可使帶內(nèi)波動減少以及加大阻帶衰減。 在 MATLAB 中，實現(xiàn)矩形窗的函數(shù)為 hamming，其調(diào)用格式為 w=hamming(N)。 在 MATLAB 中，實現(xiàn)矩形窗的函數(shù)為 triang，其調(diào)用格式為 w=triang(N)。 常用窗函數(shù)介紹 矩形窗 (Rectangular window) 這是一種最簡單的窗函數(shù)，但從阻帶衰減的角度來看，其性能最差。 線性相位 FIR 濾波器零點(diǎn)分布特點(diǎn) 第一類和第二類線性相位的系統(tǒng)函數(shù)綜合起來表示為： ? ? ? ? ? ?zHzzH N 11 ????? (35) 上式表明，如 zzi?是 H(z)的零點(diǎn)，其倒數(shù) zi1? 也必然是其零點(diǎn)；又因為 h(n)是實序列， H(z)的零點(diǎn)必定共軛成對，因此 zi* 和 ??zi1*?也是其零點(diǎn)。 (1) h(n)=h(Nn1)， N=奇數(shù)，其幅度特性的特點(diǎn) 是對ω =0，π， 2π是偶對稱的。第一類線性相位特性是 h(n)是實序列且對 (N1)/2 偶對稱，即 h(n)=h(Nn1)。 FIR 濾波器的設(shè)計方法與 IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計方法有很大的不同。而 FIR 濾波器在保證幅度特性滿足技術(shù)要求的同時，很容易做到有嚴(yán)格的線性相位特性。 在模擬低通濾波器的設(shè)計中，主要討論了三種設(shè)計方法；在模擬 數(shù)字濾波器變換中，討論了兩種變換方法，即脈沖響應(yīng)不變法和雙線性 Z 變換法 。 雙線性 Z 變換法的基本思路是：首先將整個 s 平面壓縮到 s1 平面的一條帶寬為 2π /T（叢 π /T到π /T）的橫帶里，然后通過標(biāo)準(zhǔn)的變化 關(guān)系 ez sT? 將橫帶變換成整個 Z 平面上去，這樣就得到 s 平面與 Z 平面間的一一對應(yīng)的單值關(guān)系，整個過程如圖 23 所示： jΩ jΩ 1 jIm(Z) π /T 0 б 0 б 0 1 б π /T s 平面 s1 平面 Z 平面 圖 23 雙線性 Z 變換法的映射關(guān)系 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 由式 (211)得 ? ?? ?sT sTZ 2/1 2/1??? (212) 及 ? ?2/tan2 ?T?? (213) ? ?2/arctan2 T??? (214) 式 (211)及式 (212)給出了 s和 z之間的映射關(guān)系，而式 (213) 和式 (214)給出了Ω和ω之間的映射關(guān)系，但這是一種非映射關(guān)系，雙線性 Z 變換法正是利用了正切函數(shù)的非線性特點(diǎn)，把整個 jΩ軸壓縮到了單位圓的一周上。但其也具有很大的缺點(diǎn)，若抽樣頻率不高或其它原因?qū)a(chǎn)生混疊失真，不能重現(xiàn)原模擬濾波器頻率響應(yīng)。 經(jīng)過以上分析，按照脈沖響應(yīng)不變法，通過模擬濾波器的系統(tǒng)傳遞函數(shù) G(s)，可直接求得數(shù)字濾波器系統(tǒng)函數(shù) H(Z),其設(shè)計具體步驟歸納如下： (1)利用ω =Ω T（可由關(guān)系式 ez sT? 推出），將數(shù)字濾波器指標(biāo) ?P ， ?S 轉(zhuǎn)換為模擬濾波器指標(biāo) ?P ， ?S (2)根據(jù)指標(biāo) ?P ， ?S 來設(shè)計模擬濾波器 G(s) (3)利用部分分式展開法，把 G(s)展成 ? ? ??? ?Nk kkPs AsG 1 (29) (4)最后把模擬極點(diǎn) Pk 轉(zhuǎn)換為數(shù)字 極點(diǎn) eTSk ，得到數(shù)字濾波器： 柯進(jìn)進(jìn)：基 于 MATLAB 的數(shù)字濾波器的設(shè)計 10 ? ? ? ?? ? ?Nk TS k Ze AzH k1 11 (210) 根據(jù)上述理論，將舉例在 MATLAB 環(huán)境下用函數(shù)實現(xiàn)脈沖響應(yīng)不變法設(shè)計一數(shù)字低通濾波器。 G(s)是模擬濾波器的系統(tǒng)傳遞函數(shù)，又令 H(z)是數(shù)字濾波器的系統(tǒng)傳遞函數(shù)。這些變換均安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 是復(fù)值映射，許多文獻(xiàn)對此都有研究，根據(jù)數(shù)字濾波器所保持的模擬濾波器的不同特性，研究出不同的變換技術(shù)。它的平方幅度響應(yīng)函數(shù)為： ? ? ? ????? UjG N222 1 1|| ? (25) 式中 ? ??UN2 是雅可比橢圓函數(shù)， ? 是與通帶衰減有關(guān)的函數(shù)。 橢圓低通濾波器設(shè)計 切比雪夫 I 型濾波器在通帶內(nèi)成等波紋振蕩，在阻帶內(nèi)卻仍是