【正文】 matlab 的工作環(huán)境 ........................................... 8 工作環(huán)境的特點 ............................................. 8 第三章用 MATLAB 表示和實現離散時間系統(tǒng) .............................. 9 時域離散系統(tǒng) ................................................. 9 系統(tǒng)的線性性質 ......................................... 9 系統(tǒng)的時不變特性 ....................................... 9 系統(tǒng)的因果性 ........................................... 9 系統(tǒng)的穩(wěn)定性 ........................................... 9 系統(tǒng)的沖激響應 ........................................ 10 卷積的性質 ............................................ 10 matlab 在離散系統(tǒng)中的應用 ................................... 10 matlab 在離散系統(tǒng)時域分析中的應用 ..................... 10 Matlab 在離散系統(tǒng) Z 域分析中的應用 .................... 12 變換及在 matlab 中的實現 ............................ 16 本章小結 .................................................... 17 第四章基于 matlab 數字信號處理虛擬實驗仿真平臺的實現 ............... 18 界面的設計方法 .............................................. 18 句柄圖形及圖形用戶界面 ................................ 18 GUIDE 的設計過程 ...................................... 18 基于 matlab 的數字信號處理虛擬實驗仿真平臺主界面 ....... 19 實驗仿真平臺的特點 .......................................... 28 本章小結 .................................................... 28 第五章 總結與展望 ................................................. 30 總結 ........................................................ 30 展望 ........................................................ 30 參考文獻 ........................................................... 32 致謝 ............................................................... 33 畢業(yè)設計小結 ....................................................... 34 本科畢業(yè)設計論文 4 第一章 緒論 研究的意義和背景 matlab 是一個高性能的科學計算軟件，廣泛應用于數學計算 、算法開發(fā)、數學建模、系統(tǒng)仿真、數據分析處理及可視化、科學和工程繪圖、應用系統(tǒng)開發(fā)等。它可以將自然界的模擬、連續(xù)的信號進行抽樣、量化轉換 為數字信號，再進行濾波、變換、估值、增強、壓縮、及識別等處理。它是把數字或符號表示的序列，通過計算機或專用處理設備，用數字的方式進行處理，以達到更符合人們要求的信號形式。 本文的目的 是把實驗器材搬上電腦屏幕上，由于時間有限，本文只是用 matlab 設計一個簡單的平臺，這個平臺可以一些簡單的數字信號處理實驗。 matlab 開放的產品體系使 matlab 成為了諸多領域的首選開發(fā)軟件， matlab 也成為目前數值計算、信號與系統(tǒng)的可視化等領域設計和仿真不可或缺的技術，在機械、電子、自動化、水利工程等領域有著廣泛的應用前景。 研究的目的 在 matlab 環(huán)境下建立一個實驗平臺，這個平臺能夠進行一些簡單的模擬實驗。 用 matlab 實現極點留數分解、 Z 反變換、求數字濾波器的頻率響應、繪制濾波器的零極點圖、快速傅里葉變換和反變換 、線性調頻 Z 變換、離散余弦正變換和反變換等。在我國，由于連年擴招，實驗室短缺的狀況十分突出，所以很多高校里面，有些實驗只在計算機的仿真平臺上進行，本科畢業(yè)設計論文 6 有一些 是先仿真平臺上先進行仿真，在到實驗室進行操作。 繼承和發(fā)展其原有的數值計算和圖形可視能力 。 matlab 語言的特點 MATLAB 自問世起，就以數值計算稱雄 。而子函數、私用函數的增添，使得復雜函數比較容易組織，既提高了軟件的“重用度”，又避免了眾多內存變量名的沖突、龐大工具庫的函數名沖突 [9]。如果系統(tǒng)時刻的輸出取決于 時刻及時刻以前的輸入，而和時刻以后的輸入無關，則該系統(tǒng)是可實現的，是因果系統(tǒng)。 簡單的非線性系統(tǒng)實 例： )1()1()()( 2 ???? nxnxnxny () 簡單的線性系統(tǒng)實例)2()1()()2()1()( ????????? nxnxnxnynyny （ ） 3）時變與時不變系統(tǒng)的仿真。 本科畢業(yè)設計論文 12 Matlab 在離散系統(tǒng) Z 域分析中的應用 1 離散信號的 z 變換和逆 z變換 序列 f(n) (n為整數 )的雙邊 z 變換定義為 ????? ?? n nznfzF )()( () matlab 的符號數學工具箱 (Symbolic Math Tools)提供了計算 z 正變換的函數 ztrans 和計算逆 z變換的函數 iztrans。 2 系統(tǒng)函數的零極點圖的繪制 matlab 的 zplane 函數用于 系統(tǒng)函數的零極點圖的繪制 ,調用方式為： zplane(b,a) 其中 b、 a 分別為系統(tǒng)函數分子、分母多項式的系數向量。 freqz(b， a， ‘ whole’) 該調用方式將 繪制系統(tǒng)在 （ 02） 范圍內的幅頻特性和相頻特性圖 。 b=[0 1 0]。 w=0:pi/k:pi。)。\omega/\pi39。) xlabel(39。相位譜 39。 本科畢業(yè)設計論文 16 圖 變換及在 matlab 中的實現 離散余弦變換 (Discrete Cosine Transform，簡稱 DCT)常被認為是對語音和圖像信號進行變換的最佳方法。 v=1,2…… N1 時 , c(v)= N2 。圖形用戶界面 GUI(Graphics User Interface)是由各種圖形對象 ,如圖形窗口、圖軸、菜單、按鈕、文本框等構建的用戶界面 ,是人機交流信息的工具和方法 ,在該界面內 ,用戶可以根據界面提示完成整個工程 ,卻不必去了解工程內部是如何工作的。在控件布置編輯器中可以設置 GUI 控件水平以及垂直布局 ,包括對齊方式以及控件間距等 [19]。進行 GUI設計時 ,首先單擊 GUI面板左邊所需的控件 ,然后在右邊的圖形界面編輯區(qū)中再次單擊某一恰當的位置 ,這時將在該位置上為圖形界面添加一相應的控件 ,接下來 ,通過屬性編輯器和對齊編輯器對各控件設置相關屬性和進行界面布置 ,以完善界面功能 [20]。 通過這個界面 可以進行信號運算實驗和研究濾波器的特點。 圖 、三角波卷積圖 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 10 0 10 t/s s/m 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 10 0 10 t/s s/m 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 50 0 50 t/s s/m 本科畢業(yè)設計論文 21 選擇信號 1為正弦信號，信號 2選擇為三角信號，運算方式選擇加法，點確定之后生成如圖 所示。 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1 4 0 0 0 3 0 0 0 2 0 0 0 1 0 0 00N o r m a l i z e d Fr e q u e n c y ( ? ? r a d / s a m p l e )Phase (degrees)0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1 4 0 3 0 2 0 1 00N o r m a l i z e d Fr e q u e n c y ( ? ? r a d / s a m p l e )Magnitude (dB) 圖 FIR帶通濾波器 本科畢業(yè)設計論文 24 繼續(xù)保持濾波器類型 為 FIR，選擇通帶類型為帶阻，通帶 +阻帶輸入 ，窗函數類型選擇三角波型窗，點擊生成濾波器后出現如圖 所示，這是一個三角波型窗的帶阻濾波器。 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 2 0 0 1 0 00100200Fr e q u e n c y ( H z )Phase (degrees)0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 1 5 0 1 0 0 5 00Fr e q u e n c y ( H z )Magnitude (dB) 圖 繼續(xù)保持濾波器類型為 IIR，選擇通帶類型為帶阻濾波器，通帶 +阻帶輸入本科畢業(yè)設計論文 28 ，通帶最大衰減為 3db，阻帶最小衰減為 15db，點擊生成濾波器按鈕之后出現如圖 所示，這是一個 IIR 帶阻濾波器?？梢赃M行信號的相加，相乘，平移和卷積等運本科畢業(yè)設計論文 29 算，生成 FIR 和 IIR 兩種濾波器。 3）用 matlab 設計實驗平臺界面。但我們有理由相信，隨著科學的不斷進步，總有一天，人們再也不用 在實驗室進行試驗了，只要打開電腦，在仿真平臺進行即可。 [8] 張秋紅 、 李玉忍 .《 用 MATLAB 制作圖形用戶界面 [J].電腦開發(fā)與應用 》， 2020。 [3] 張志涌等 .《精通 版》 [M]， 北京：北京航空航天大學出版社 , 2020 [4]丁玉美、高西全等《數字信號處理》 西安電子科技大學出版社， 2020。在 matlab 設計出來的實驗平臺上進行實驗不僅方便，還高度仿真 。 matlab 是美國 Math works 公司開發(fā)的新一代科學計算軟件 ,是一套高性能的數值計算和可視化軟件 ,功能強大 ,編程簡單 ,開放性強 ,廣泛應用于計算機輔助分析設計、仿真、數據處理等領域 ,是當今國際上公認的在科技領域方面最為優(yōu)秀的應用軟件和開發(fā)環(huán)境。在模擬實驗之前 ,學生 利用仿真平臺完成預習 ,減少實驗盲目性。 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1 2 0 0 0 1 0 0 001000N o r m a l i z e d Fr e q u e n c y ( ? ? r a d / s a m p l e )Phase (degrees)0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1 1 0 0 5 0050N o r m a l i z e d Fr e q u e n c y ( ? ? r a d / s a m p l e )Magnitude (dB) 圖 FIR帶通濾波器 本科畢業(yè)設計論文 26 繼續(xù)保持濾波器類型為 FIR，通帶類型選擇帶阻濾波器，通帶 +阻帶輸入 ，窗函數選擇矩形窗，點擊生成濾波器之后出現如圖 所示，這是一個矩形窗 FIR 帶阻濾