【正文】 信號能量。抽樣和： y=MATLAB實現(xiàn)：y=sum(x(n1:n2))；改變比例： y(n)=k*x(n)MATLAB實現(xiàn)：y=k*x；圖55 正弦序列的產(chǎn)生演示 序列基本計算模塊 回調(diào)函數(shù)編寫的基本原理 在數(shù)字信號處理中，對信號所做的基本運算有相加、相乘、信號能量、信號功率、信號的抽樣和、信號的抽樣積等，在此模塊中主要使用MATLAB中的基本表達(dá)式來實現(xiàn)，下面分別介紹： 界面使用演示(1) 基本連續(xù)信號的產(chǎn)生界面演示下面以信號區(qū)間為[0:6]，頻率為10，來進(jìn)行演示。(1)基本連續(xù)信號的產(chǎn)生界面：可以產(chǎn)生單位沖激函數(shù)、單位階躍函數(shù)、復(fù)指數(shù)函數(shù)幾種連續(xù)信號。MATLAB實現(xiàn)：xx=x′*ones(1,N)。% n6為序列的區(qū)間% n4為序列的區(qū)間MATLAB實現(xiàn)：x3=[(n3=ns)amp。MATLAB實現(xiàn)：x2=[(n2=ns)amp。(2) 基本離散信號的產(chǎn)生%n1為t1對應(yīng)的樣本序號 MATLAB實現(xiàn)：x1=zeros(1,st)。 基本信號的產(chǎn)生模塊 回調(diào)函數(shù)編寫的基本原理(1) 基本連續(xù)信號的產(chǎn)生嚴(yán)格的說來只有用符號推理的方法才能分析連續(xù)系統(tǒng)，用數(shù)值方法是不能表示連續(xù)信號的，因為它給出的是各個樣本點的數(shù)據(jù)，只有當(dāng)樣本點取得很密時才可看成連續(xù)信號。圖52 信號處理實驗系統(tǒng)說明界面 主界面模塊 回調(diào)函數(shù)的編寫 直接在菜單的callback屬性選項中輸入各個實驗子界面及說明界面的回調(diào)函數(shù)名來實現(xiàn)將各個按鈕和菜單與相應(yīng)的界面聯(lián)系起來。用戶只要單擊界面中的“開始”按鈕就可進(jìn)入實驗主界面進(jìn)行實驗。 引導(dǎo)模塊 回調(diào)函數(shù)的編寫在開始按鈕和系統(tǒng)說明按鈕的callback屬性選項中，直接調(diào)用主界面的回調(diào)函數(shù)名main和函數(shù)push，將開始引導(dǎo)界面和主界面、系統(tǒng)說明界面聯(lián)系起來。)；即在axes1句柄對象上繪制脈沖圖形，標(biāo)題為‘矩形序列’，橫坐標(biāo)的標(biāo)號為n，縱坐標(biāo)的標(biāo)號為x[n]。(1) 語法：axes(H) 指定在H句柄對象上繪圖(2) 舉例：axes(axes1)；stem(n,x)；title(39。, 39。PropertyValue39?？砂裺ignal_x1的值賦給x1。(2) 舉例：，則執(zhí)行set(, 39。eval(expression) 將執(zhí)行指定的表達(dá)式，用戶可以使用方括號連接子串和變量來構(gòu)造新的表達(dá)式：expression=[string1,int2str(var),string2,…]string39。get(H, 39。編程時將各個控件之間以及控件自身的選項聯(lián)系起來，主要用到get、set、eval、axes函數(shù)，下面分別對其進(jìn)行介紹。(2) 自制的菜單，在子界面中包括Clear、Option、Exit三個菜單，其中Clear下有Cleal Figure和Clear Input和Clear Output三個子菜單，用于清除輸入、輸出框中的數(shù)據(jù)和輸出圖形；Option下有Grid on 和Grid off兩個選項，分別用于給圖形加上柵格和去除柵格；Exit用于退出實驗子界面。本實驗系統(tǒng)設(shè)計中所有界面均設(shè)置為‘normalised’。在引導(dǎo)界面、主界面和說明界面中，此項均設(shè)置為‘off’。離散信號的卷積和典型IIR濾波器的“width”設(shè)為‘’，“height”設(shè)為‘’，其它界面的“width”設(shè)為‘’，“height”設(shè)為‘’。Name屬性該屬于是用于設(shè)置圖形窗口標(biāo)題欄上的顯示名稱。MenuBar屬性 該屬性是用于設(shè)置圖形窗口菜單條形式。本設(shè)計只對窗口的以下幾個屬性進(jìn)行改變，其它屬性值均采用默認(rèn)值。 Tag 標(biāo)記控件的名字，在進(jìn)行程序設(shè)計時，可以利用該名字來指定控件； FrontName 設(shè)置控件的字體；坐標(biāo)軸用于實驗結(jié)果圖形的輸出顯示。命令按鈕當(dāng)界面執(zhí)行的功能比較單一時，直接采用命令按鈕，只有單擊該按鈕，就可以執(zhí)行相應(yīng)的操作并得出相應(yīng)的結(jié)果。列表框用于用戶從中選擇相應(yīng)的實驗選項進(jìn)行實驗，當(dāng)選項比較多時，本設(shè)計采用了列表框，只要單擊其中一個選項，就可以執(zhí)行相應(yīng)的操作并得出相應(yīng)的結(jié)果。靜態(tài)文本框用來靜態(tài)顯示文本字符串，在本設(shè)計中用于顯示其它控件的說明信息，用來幫助說明其它控件的用途等，還有用作顯示數(shù)據(jù)輸出。 控件對象本設(shè)計中用到的控件對象有以下幾個：靜態(tài)文本框(Static text)、可編輯文本框(Editable text)、框架(Frame)、列表框(List box)、彈出式菜單(Popup menu)、命令按鈕(Push button)幾種。對于基于MATLAB圖形用戶界面的設(shè)計，它的設(shè)計過程非常類似于VB的編程過程，本實驗系統(tǒng)的設(shè)計工程可以分為以下兩個部分：(1) 圖形用戶界面外觀設(shè)計:主要是通過對話框、按鈕、文本框等許多工具的使用，設(shè)計出一個圖形用戶界面，同時也應(yīng)清楚這個圖形界面的功能是什么，即在圖形界面上的操作會引起什么樣的響應(yīng)。 系統(tǒng)總體設(shè)計的結(jié)構(gòu)本實驗系統(tǒng)總共包括十個模塊：引導(dǎo)模塊、主模塊、簡介模塊、基本信號的產(chǎn)生模塊、序列基本計算模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、卷積模塊、傅里葉變換模塊、Z變換模塊、濾波器設(shè)計模塊。字體屬性：包括fontname,fontsize等。大部分控件都有以下屬性：sting屬性：用于顯示在控件上的字符串，起說明或提示作用。以上三點，就是要求在設(shè)計整個過程中貫穿以人為本的設(shè)計理念，設(shè)計者應(yīng)該經(jīng)常考慮以下兩個問題：一是用戶在沒有熟悉界面之前，完成一個操作需要多長時間？二是用戶在熟悉界面后，完成一個普通操作需要多長的時間？總之，便于用戶操作是最重要的。用戶可以很快提取對自己有用的信息。 GUI設(shè)計的原則由于要求不同，設(shè)計出來的界面也是千差萬別的。另外，開發(fā)流程不是單向進(jìn)行的，有時有一個反復(fù)的過程。它會傳遞一個輸入變量給GUIDE生成的所有回調(diào)函數(shù)。單擊輸出編輯器工具條上的圖標(biāo)打開M文件。設(shè)計好GUI以后，可以用M文件編輯器編寫GUI的M文件。圖25 GUI界面（.fig文件） GUI的FIG文件和M文件GUIDE把GUI保存在兩個文件中，它們在第一次保存或運行時生成。回調(diào)函數(shù)是字符串，可以包含任何MATLAB的合法指令和M文件名，回調(diào)的作用是將字符串用“eval”執(zhí)行，以實現(xiàn)菜單的功能。該菜單編輯器如圖24所示。例如把一個按鈕和一個坐標(biāo)軸拖拉到輸出區(qū)域，效果如圖23所示。 輸出編輯器在GUIDE中打開GUI以后，它顯示在輸出編輯器中。該文件初始化GUI并包含一個所有GUI回調(diào)（用戶單擊GUI控件時執(zhí)行的命令）的框架。 創(chuàng)建GUI的步驟MATLAB圖形用戶界面開發(fā)環(huán)境（GUIDE）提供了一系列創(chuàng)建圖形用戶界面（GUI）的工具。MATLAB應(yīng)用程序接口(API)：這是一個庫，它允許用戶編寫可以和MATLAB進(jìn)行交互的C或Fortan語言程序。MATLAB語言：這是一個高級的矩陣/陣列語言，它包括控制語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入輸出和面向?qū)ο蟮木幊烫攸c。開發(fā)環(huán)境：由一系列工具組成。采用MATLAB編制解決上述問題的程序比用采用只支持標(biāo)量和非交互式的編程語言（C語言和Fortan語言）更加方便。在MATLAB環(huán)境中描述問題及編制求解問題的程序時，用戶可以按照符合人們科學(xué)思維的方式和數(shù)學(xué)表達(dá)習(xí)慣的語言形式來書寫程序。 (2) 具有數(shù)據(jù)輸入輸出、圖形輸出、數(shù)據(jù)修改和文件保存、打印等功能。為了使那些未學(xué)過MATLAB的學(xué)生同樣能方便地進(jìn)行信號的分析與處理，也為了對信號的分析與處理更加方便快捷、更加高效實用，設(shè)計了基于MATLAB的信號處理實驗系統(tǒng)。通過本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握信號處理的基本理論、基本方法和基本技能，為后繼學(xué)習(xí)和應(yīng)用信號處理技術(shù)奠定基礎(chǔ)。，只需將系統(tǒng)默認(rèn)路徑改為此實驗軟件的所在路徑即可。該實驗軟件共有16個實驗，各個實驗都可以在實驗界面中通過輸入相應(yīng)的參數(shù)，觀察到實驗結(jié)果和圖形，以便于學(xué)生們通過實驗加深對課程中概念和原理的理解。為了使學(xué)生們打好專業(yè)課基礎(chǔ)，提高學(xué)習(xí)興趣，特用MATLAB設(shè)計了一個信號處理的實驗軟件。因此本設(shè)計采用MATLAB的圖形用戶界面設(shè)計功能，設(shè)計各個實驗界面。信號處理類課程主要介紹離散信號與離散系統(tǒng)分析的基本理論，包括離散傅里葉變換、數(shù)字濾波器的設(shè)計、數(shù)字信號處理的實現(xiàn)等內(nèi)容。所以使用者必須有一定的理論基礎(chǔ)和實踐經(jīng)驗，但并非所有使用者都學(xué)習(xí)過MATLAB。本設(shè)計主要完成以下功能：(1)信號處理實驗系統(tǒng)能夠完成以下信號處理實驗：序列的基本計算、基本信號的產(chǎn)生、數(shù)據(jù)采集、卷積、傅里葉變換、Z變換以及FIR和IIR濾波器的設(shè)計。2 系統(tǒng)設(shè)計工具簡介 MATLAB概述 MATLAB是一種高效的工程計算言語，它將計算、可視化和編程等功能集于一個易于使用的環(huán)境。這使得用戶可以解決很多工程技術(shù)上的問題，特別是那些包含了矩陣和向量的公式的計算。MATLAB系統(tǒng)由以下5個主要部分組成，下面具體進(jìn)行介紹。MATLAB數(shù)學(xué)函數(shù)庫：這是一個包含大量計算算法的集合，這些函數(shù)包括從最簡單最基本的函數(shù)（如加法、正弦等）到諸如矩陣的特征向量、快速傅里葉變換等復(fù)雜的函數(shù)。高層次的作圖包括二維和三維數(shù)據(jù)可視化、圖像處理、動畫和表達(dá)式作圖，低層次的作圖包括定制圖形的顯示和為用戶的MATLAB應(yīng)用程序建立的圖形用戶界面。使用該工具，可以快速完成GUI設(shè)計任務(wù)。(1) 輸出GUI；(2) 使用GUIDE輸出編輯器，可以通過單擊和拖拉GUI控件很容易地創(chuàng)建GUI；(3) GUI編程；(4) GUIDE自動生成一個控制GUI如何操作的M文件。在本設(shè)計中選擇Blank GUI(Default)后，單擊“OK”按鈕，在輸出編輯器中打開GUI。圖22 輸出編輯器可以通過拖拉控件輸出GUI，這些控件位于輸出編輯器左側(cè)的工具箱中，有按鈕、彈出式菜單和坐標(biāo)軸等多種。選擇GUIDE的Tools菜單中的Menu Editor選項或單擊工具條中的按鈕?！狈杽t加快捷鍵，當(dāng)運行時第一個字母會加下劃線，以方便用戶快速激活菜單項；“Tag”是標(biāo)記；“Separator above the item”是分隔符；“Check mark this item”是初值是否已選；“Enable this item”是此項有效；“Callback”欄用于輸入回調(diào)函數(shù)。效果如圖25所示。在界面編輯器中創(chuàng)建GUI時，內(nèi)容保存在M文件中；對GUI編程時，內(nèi)容保存在M文件中。初始情況下，每個回調(diào)都只包含一個函數(shù)定義行，然后用M文件編輯器添加代碼來完成函數(shù)的編寫。GUI中的所有控件使用同一個handles結(jié)構(gòu)。創(chuàng)造性的勞動是在設(shè)計階段進(jìn)行的，開發(fā)文檔便是對這些思想的記錄，因此，設(shè)計者不要忽視設(shè)計階段。嚴(yán)格按照上述流程進(jìn)行開發(fā)帶來的一個好處是，開發(fā)者能夠從整體上把握設(shè)計，制定出合適的策略來解決問題。簡潔性意味著界面簡單明了，直接清晰。這樣用戶操作起來就容易上手，誤操作率比較低。表28控件的功能控件名Property Name功能命令按鈕PushButton最常用的控件，用于相應(yīng)用戶的鼠標(biāo)單擊，按鈕上有說明文字說明其作用開關(guān)按鈕ToggleButton當(dāng)單擊時會凹凸?fàn)顟B(tài)切換單選按鈕RodioButton當(dāng)單擊時會用黑白點切換，總是成組出現(xiàn)，多個單選按鈕互斥，一組中只有一個被選中復(fù)選框CheckBox當(dāng)單擊時會用“√”切換，有選中、不選中和不確定等狀態(tài)，總是成組出現(xiàn)，多個復(fù)選框可同時選用文本框EditText可任意輸入和編輯單行和多行文字，并顯示出來靜態(tài)文本StaticText用于顯示文字信息，但不接受輸入滾動條Slider可以用圖示的方式顯示在一個范圍內(nèi)數(shù)值的大概值范圍，用戶可以移動滾動條改變數(shù)值框架Frame將一組控件圍在框架中，用于裝飾界面列表框ListBox顯示下拉文字列表，用戶可以從列表中選擇一項或多項彈出式菜單Popup menu相當(dāng)于文本框和列表框的組合，用戶可以從下拉列表中選擇坐標(biāo)軸Axes用于繪制坐標(biāo)軸創(chuàng)建控件以后，需要對控件的屬性進(jìn)行設(shè)置，以達(dá)到設(shè)計所需的功能。tooltipstring屬性：當(dāng)鼠標(biāo)放在控件上時顯示提示信息，為字符串。各個回調(diào)函數(shù)的編寫順序也是采用自底向上的設(shè)計方法，即先編制各個實驗子界面的回調(diào)函數(shù)，再編寫主界面和引導(dǎo)界面的回調(diào)函數(shù)，其設(shè)計的具體步驟如下：(1) 運用MATLAB的圖形用戶界面(GUI)設(shè)計方法，設(shè)計整個實驗系統(tǒng)的開始引導(dǎo)界面、實驗主界面及其實現(xiàn)信號處理課程中具體實驗的各個子界面； (2) 分別編寫各個子界面的各個控件對象的回調(diào)函數(shù)，來實現(xiàn)控件相應(yīng)控制功能，達(dá)到直接通過界面上各個控件就可以控制數(shù)據(jù)的輸入輸出，并可以方便的對實驗結(jié)果的數(shù)據(jù)及其圖形讀取和分析；(3) 編寫主界面的回調(diào)函數(shù)，將各個實驗子界面整合在信號處理系統(tǒng)實驗主界面中，即通過主界面就可以進(jìn)入任何一個實驗子界面進(jìn)行實驗；(4) 編寫開始引導(dǎo)界面的回調(diào)函數(shù)，實現(xiàn)從引導(dǎo)界面直接進(jìn)入主界面進(jìn)行實驗，從而形成一個完整的實驗系統(tǒng)。引導(dǎo)界面主界面基本信號的產(chǎn)生序列的基本運算數(shù)據(jù)采集卷積傅里葉變換Z變換濾波器的設(shè)計FIR濾波器的設(shè)計IIR濾波器的設(shè)計典型濾波器的設(shè)計完全濾波器的設(shè)計窗函數(shù)的頻率響應(yīng)FIR濾波器的設(shè)計FIR濾波器線性的判斷有限長序列的Z變換Z變換的應(yīng)用序列的Z變換序列的逆Z變換求解差分方程系統(tǒng)函數(shù)和輸入求輸出基本序列的傅里葉變換有限序列的傅里葉變換連續(xù)信號的卷積離散信號的卷積基本連續(xù)信號的產(chǎn)生基本離散信號的產(chǎn)生圖31 系統(tǒng)的總體設(shè)計結(jié)構(gòu)圖4 系統(tǒng)圖形用戶界面設(shè)計本實驗軟件系統(tǒng)的設(shè)計是在MATLAB ，利用MATLAB的圖形用戶界面設(shè)計工具GUI來進(jìn)行整個系統(tǒng)的設(shè)計。選定設(shè)計模版后，單擊OK，即進(jìn)入GUI界面設(shè)計環(huán)境。 Background