【正文】 n1=floor((t1t(1))/dt)。),xlabel(39。string39。string39。因此，為使學(xué)生更容易掌握數(shù)字信號處理的基本理論、基本方法和基本技能，本文利用了MATLAB的圖形用戶界面（GUI）設(shè)計方法，設(shè)計出可視化圖形用戶界面，這些界面可用于進(jìn)行信號處理類課程中基本信號的產(chǎn)生、序列基本計算、數(shù)據(jù)采集、卷積、傅里葉變換、Z變換、濾波器設(shè)計等實驗，使各個基本概念和基本方法通過圖形和數(shù)據(jù)的結(jié)合更加形象化，使學(xué)生很容易理解。圖517 FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計演示(3) 線性的判斷判斷濾波器h=[1,2,1,]的類型。設(shè)計包括兩種方法，脈沖響應(yīng)不變法和雙線性變換法，可以通過單擊相應(yīng)按鈕來實現(xiàn)。FIR濾波器設(shè)計模塊包括FIR濾波器線性的判斷、窗函數(shù)的頻率響應(yīng)及FIR濾波器的設(shè)計三個實驗界面。⑤運(yùn)用沖激響應(yīng)不變法或雙線性變換法把模擬濾波器轉(zhuǎn)換數(shù)學(xué)濾波器。、。(1)各種窗函數(shù)的頻率響應(yīng)窗函數(shù)在設(shè)計FIR數(shù)字濾波器中有很重要的作用，正確地選擇窗函數(shù)可以提高所設(shè)計的數(shù)字濾波器的性能，或者在滿足設(shè)計要求的情況下，減小FIR數(shù)字濾波器的階數(shù)。輸入的數(shù)字信號（數(shù)字序列）通過特定的運(yùn)算轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵龅臄?shù)字序列，因此數(shù)字濾波器本質(zhì)上是一個完成特定運(yùn)算的數(shù)字計算過程。具體操作：在“分子系數(shù)”中輸入分子系數(shù)[1,2]，在“分母系數(shù)”中輸入分母系數(shù)［1,2,3,6,5］，在“序列的輸出區(qū)間”中輸入序列的輸出區(qū)間［0:5］，然后單擊“長除法”按鈕，則可以在輸出框及圖形框中得到如圖513所示的結(jié)果。 界面功能此模塊包括有限長序列的Z變換及Z 變換的應(yīng)用兩個模塊，其中有限長序列的Z變換模塊又包括序列的Z變換和序列的逆Z變換兩個實驗界面，Z變換應(yīng)用模塊又包括解差分方程和已知系統(tǒng)函數(shù)及輸入信號的Z變換求輸出兩個實驗界面。留數(shù)法在MATLAB中有residuez函數(shù)，利用residuez(b, a)（其中，b為X(z)的分子系數(shù)，a為X(z)的分母系數(shù)）求出r, p, k，然后根據(jù)r, p, k就可以將X(z)分解為簡單的分式，這些分式都包含Z變換的最基本形式，所以可以很容易就寫出X(z)的逆變換式。這是個無窮級數(shù)，它存在著是否收斂和收斂條件的問題。只需在輸入框中輸入序列的長度和頻率，然后從下拉菜單中選擇相應(yīng)的項，就可以在輸出框和圖形框中得到相應(yīng)的結(jié)果?？砂?51)式寫成矩陣乘法運(yùn)算 X(k)＝xn*Wnk。然后可以單擊“x1[n]*y1[n]”按鈕，就可以得到如圖59所示圖形。 界面使用演示(1) 連續(xù)信號卷積演示，信號x(t)=ones(1,10)和信號h(t)=exp(*[1:15])的卷積為例。然而，conv函數(shù)既不提供也不接受任何定時信息，如果這些序列都有任意位置的話，必須要的是y(n)的一個起始點(diǎn)和—個結(jié)束點(diǎn)。 界面使用演示下面以上采樣為例進(jìn)行演示，設(shè)信號為sin(2*pi*75*n/T)， T= 100HZ（T為原采樣頻率），采樣點(diǎn)數(shù)為8000，將采樣頻率升為500HZ。用MATLAB實現(xiàn)上采樣的函數(shù)為inter，格式如下:y=inter(sig,N1),返后回的是將信號的采樣頻率增加到原采樣頻率的N1倍，重采樣后得到序列y的長度是x的N1倍。 界面使用演示下面以信號[4,5,6,2,3,1,9,7,8]的抽樣和為例來進(jìn)行演示，信號區(qū)間為[0:8]。具體操作：在“信號區(qū)間”輸入信號區(qū)間[1:10]，在“正弦序列頻率”輸入頻率5，從下拉菜單中選擇“正弦序列”選項，則可得到如圖55所示的結(jié)果。 界面功能此模塊包括兩個實驗界面，基本連續(xù)信號產(chǎn)生界面和基本離散信號的產(chǎn)生界面。余弦序列x(n)=cos(),MATLAB實現(xiàn)：x6=cos(cw*n6)。矩形序列其中，為序列的起點(diǎn),為序列的終點(diǎn)。 。單位沖激函數(shù)單位沖激函數(shù)無法直接用MATLAB描述，可以把它看著是寬度為（程序中用dt表示），幅度為的矩形脈沖，即表示t=處的沖激。說明模塊的界面如圖52所示。5 系統(tǒng)用戶界面的實現(xiàn)為方便用戶參照使用，下面分別就各實驗界面模塊回調(diào)函數(shù)的編寫原理及功能的實現(xiàn)進(jìn)行介紹，并對實驗子界面模塊部分的實驗進(jìn)行演示。axes函數(shù)的應(yīng)用axes函數(shù)是用于指定特定的坐標(biāo)系，用來輸出圖形。, 39。set(H) 顯示H句柄對象的所有可設(shè)置屬性名和全部供選屬性值。eval(expression，catch_expr) 執(zhí)行指定的表達(dá)式，當(dāng)檢測到錯誤時，將執(zhí)行“catch_expr”。(2) 舉例：如果在界面的可編輯文本框()中輸入‘2**5’,則執(zhí)行g(shù)et(,39。當(dāng)界面外觀設(shè)計完后，則要賦于各菜單及工具控件以靈魂，這就需要編寫程序來實現(xiàn)特定的功能。約定為像素點(diǎn)pixels為像素點(diǎn)；inches為英寸；centimeters為厘米；normalised為0~1之間的小數(shù)。Position屬性該屬性是用于設(shè)置圖形窗口的位置和大小，本設(shè)計中只設(shè)置其大小。整個實驗系統(tǒng)中，界面的背景色設(shè)置為[,]，為藍(lán)色系列 String 設(shè)置控件上顯示的文本串；選定設(shè)計模版后，單擊OK，即進(jìn)入GUI界面設(shè)計環(huán)境。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(yùn)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)。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(diǎn)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。簡潔性意味著界面簡單明了，直接清晰。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。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。效果如圖25所示。選擇GUIDE的Tools菜單中的Menu Editor選項或單擊工具條中的按鈕。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。使用該工具，可以快速完成GUI設(shè)計任務(wù)。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)。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。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。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。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。，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。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)。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。開發(fā)環(huán)境：由一系列工具組成。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。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。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?；卣{(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。設(shè)計好GUI以后，可以用M文件編輯器編寫GUI的M文件。它會傳遞一個輸入變量給GUIDE生成的所有回調(diào)函數(shù)。 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。以上三點(diǎn)，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)?？紤]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。字體屬性：包括fontname,fontsize等。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)。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。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。 FrontName 設(shè)置控件的字體；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。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。在引導(dǎo)界面、主界面和說明界面中，此項均設(shè)置為‘off’。(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。get(H, 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,…]可把signal_x1的值賦給x1。, 39。)；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]。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。 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(diǎn)的數(shù)據(jù)，只有當(dāng)樣本點(diǎn)取得很密時才可看成連續(xù)信號。%n1為t1對應(yīng)的樣本序號MATLAB實現(xiàn)：x2=[(n2=ns)amp。% n4為序列的區(qū)間MATLAB實現(xiàn)：xx=x′*ones(1,N)。 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。改變比例： y(n)=k*x(n)MATLAB實現(xiàn)：y=k*x； 界面功能序列的基本計算實驗界面，是用于對兩離散序列進(jìn)行以下幾種計算：相加、相乘、改變信號的比例系數(shù)、信號的折疊、抽樣和、抽樣積、信號功率、信號能量。l 上采樣信號的上采樣，即將信號x(n)的原采樣頻率增加L倍，得到v(n)，即是對x(n)的插值。 界面功能此模塊可以進(jìn)行上采樣和下采樣實驗。 (1)連續(xù)卷積界面：它主要是進(jìn)行連續(xù)信號卷積，只需從輸入框中輸入卷積的兩個連續(xù)信號及時間間隔，單擊“卷積過程演示”按鈕，可以觀察到卷積的整個過程，方便學(xué)生理解卷積過程。則此時在直接序列輸入框的x[n]及其信號區(qū)間中得到正弦序列的輸出，在直接序列輸入框的y[n]及其信號區(qū)間中得到復(fù)指數(shù)序列的輸出。離散傅里葉變換(DFT)是數(shù)字信號處理中最重要的數(shù)學(xué)工具之一。具體操作：在輸入框的“序列xn的長度”中輸入序列的長度7，在“Xk”中輸入序列值[1,5,8,6,9,3,2]，然后單擊“IDFT”按鈕，則在輸出框中顯示變換后的原序列xn的值，在圖形框中顯示原始序列的圖形及其變換后的圖形，結(jié)果如圖511所示。它的Z逆變換一目了然，就是其系數(shù)向量x和指數(shù)向量n。 注意：本程序在運(yùn)行時，要調(diào)用stepseq和imseq這兩個函數(shù)。 界面使用演示(1) 序列的Z變換已知序列x1＝[1,2,3,6]，區(qū)間為［0:3］和序列x2＝［4,5,8,7］，區(qū)間為［1:2］，求x1和x2的卷積x的Z變換。然后單擊“yn”按鈕，就可以在輸出框及圖形框中輸出如圖515所示的結(jié)果。 回調(diào)