【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 正弦序列的產生演示 序列基本計算模塊 回調函數(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)信號的產生界面演示下面以信號區(qū)間為[0:6]，頻率為10，來進行演示。(1)基本連續(xù)信號的產生界面：可以產生單位沖激函數(shù)、單位階躍函數(shù)、復指數(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) 基本離散信號的產生%n1為t1對應的樣本序號 MATLAB實現(xiàn)：x1=zeros(1,st)。 基本信號的產生模塊 回調函數(shù)編寫的基本原理(1) 基本連續(xù)信號的產生嚴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函數(shù)名來實現(xiàn)將各個按鈕和菜單與相應的界面聯(lián)系起來。用戶只要單擊界面中的“開始”按鈕就可進入實驗主界面進行實驗。 引導模塊 回調函數(shù)的編寫在開始按鈕和系統(tǒng)說明按鈕的callback屬性選項中，直接調用主界面的回調函數(shù)名main和函數(shù)push，將開始引導界面和主界面、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，標題為‘矩形序列’，橫坐標的標號為n，縱坐標的標號為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)行指定的表達式，用戶可以使用方括號連接子串和變量來構造新的表達式：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)設計中所有界面均設置為‘normalised’。在引導界面、主界面和說明界面中，此項均設置為‘off’。離散信號的卷積和典型IIR濾波器的“width”設為‘’，“height”設為‘’，其它界面的“width”設為‘’，“height”設為‘’。Name屬性該屬于是用于設置圖形窗口標題欄上的顯示名稱。MenuBar屬性 該屬性是用于設置圖形窗口菜單條形式。本設計只對窗口的以下幾個屬性進行改變，其它屬性值均采用默認值。 Tag 標記控件的名字，在進行程序設計時，可以利用該名字來指定控件； FrontName 設置控件的字體；坐標軸用于實驗結果圖形的輸出顯示。命令按鈕當界面執(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)行相應的操作并得出相應的結果。列表框用于用戶從中選擇相應的實驗選項進行實驗，當選項比較多時，本設計采用了列表框，只要單擊其中一個選項，就可以執(zhí)行相應的操作并得出相應的結果。靜態(tài)文本框用來靜態(tài)顯示文本字符串，在本設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圖形用戶界面的設計，它的設計過程非常類似于VB的編程過程，本實驗系統(tǒng)的設計工程可以分為以下兩個部分：(1) 圖形用戶界面外觀設計:主要是通過對話框、按鈕、文本框等許多工具的使用，設計出一個圖形用戶界面，同時也應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。 系統(tǒng)總體設計的結構本實驗系統(tǒng)總共包括十個模塊：引導模塊、主模塊、簡介模塊、基本信號的產生模塊、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，就是要求在設計整個過程中貫穿以人為本的設計理念，設計者應該經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設計的原則由于要求不同，設計出來的界面也是千差萬別的。另外，開發(fā)流程不是單向進行的，有時有一個反復的過程。它會傳遞一個輸入變量給GUIDE生成的所有回調函數(shù)。單擊輸出編輯器工具條上的圖標打開M文件。設計好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?；卣{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（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應用程序接口(API)：這是一個庫，它允許用戶編寫可以和MATLAB進行交互的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)結構、輸入輸出和面向對象的編程特點。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思維的方式和數(shù)學表達習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。為了使那些未學過MATLAB的學生同樣能方便地進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，設計了基于MATLAB的信號處理實驗系統(tǒng)。通過本課程的學習，要求學生掌握信號處理的基本理論、基本方法和基本技能，為后繼學習和應用信號處理技術奠定基礎。，只需將系統(tǒng)默認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的參數(shù)，觀察到實驗結果和圖形，以便于學生們通過實驗加深對課程中概念和原理的理解。為了使學生們打好專業(yè)課基礎，提高學習興趣，特用MATLAB設計了一個信號處理的實驗軟件。因此本設計采用MATLAB的圖形用戶界面設計功能，設計各個實驗界面。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)字濾波器的設計、數(shù)字信號處理的實現(xiàn)等內容。所以使用者必須有一定的理論基礎和實踐經驗，但并非所有使用者都學習過MATLAB。本設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濾波器的設計。2 系統(tǒng)設計工具簡介 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，下面具體進行介紹。MATLAB數(shù)學函數(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設計任務。(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的工具箱中，有按鈕、彈出式菜單和坐標軸等多種。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”欄用于輸入回調函數(shù)。效果如圖25所示。在界面編輯器中創(chuàng)建GUI時，內容保存在M文件中；對GUI編程時，內容保存在M文件中。初始情況下，每個回調都只包含一個函數(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結構。創(chuàng)造性的勞動是在設計階段進行的，開發(fā)文檔便是對這些思想的記錄，因此，設計者不要忽視設計階段。嚴格按照上述流程進行開發(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，用于相應用戶的鼠標單擊，按鈕上有說明文字說明其作用開關按鈕ToggleButton當單擊時會凹凸狀態(tài)切換單選按鈕RodioButton當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選框CheckBox當單擊時會用“√”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軸Axes用于繪制坐標軸創(chuàng)建控件以后，需要對控件的屬性進行設置，以達到設計所需的功能。tooltipstring屬性：當鼠標放在控件上時顯示提示信息，為字符串。各個回調函數(shù)的編寫順序也是采用自底向上的設計方法，即先編制各個實驗子界面的回調函數(shù)，再編寫主界面和引導界面的回調函數(shù)，其設計的具體步驟如下：(1) 運用MATLAB的圖形用戶界面(GUI)設計方法，設計整個實驗系統(tǒng)的開始引導界面、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函數(shù)，來實現(xiàn)控件相應控制功能，達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果的數(shù)據(jù)及其圖形讀取和分析；(3) 編寫主界面的回調函數(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入任何一個實驗子界面進行實驗；(4) 編寫開始引導界面的回調函數(shù)，實現(xiàn)從引導界面直接進入主界面進行實驗，從而形成一個完整的實驗系統(tǒng)。引導界面主界面基本信號的產生序列的基本運算數(shù)據(jù)采集卷積傅里葉變換Z變換濾波器的設計FIR濾波器的設計IIR濾波器的設計典型濾波器的設計完全濾波器的設計窗函數(shù)的頻率響應FIR濾波器的設計FIR濾波器線性的判斷有限長序列的Z變換Z變換的應用序列的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)信號的產生基本離散信號的產生圖31 系統(tǒng)的總體設計結構圖4 系統(tǒng)圖形用戶界面設計本實驗軟件系統(tǒng)的設計是在MATLAB ，利用MATLAB的圖形用戶界面設計工具GUI來進行整個系統(tǒng)的設計。選定設計模版后，單擊OK，即進入GUI界面設計環(huán)境。 Background