【正文】 matlab 的工作環(huán)境 ........................................... 8 工作環(huán)境的特點(diǎn) ............................................. 8 第三章用 MATLAB 表示和實(shí)現(xiàn)離散時(shí)間系統(tǒng) .............................. 9 時(shí)域離散系統(tǒng) ................................................. 9 系統(tǒng)的線性性質(zhì) ......................................... 9 系統(tǒng)的時(shí)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(yīng) ........................................ 10 卷積的性質(zhì) ............................................ 10 matlab 在離散系統(tǒng)中的應(yīng)用 ................................... 10 matlab 在離散系統(tǒng)時(shí)域分析中的應(yīng)用 ..................... 10 Matlab 在離散系統(tǒng) Z 域分析中的應(yīng)用 .................... 12 變換及在 matlab 中的實(shí)現(xiàn) ............................ 16 本章小結(jié) .................................................... 17 第四章基于 matlab 數(shù)字信號(hào)處理虛擬實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)的實(shí)現(xiàn) ............... 18 界面的設(shè)計(jì)方法 .............................................. 18 句柄圖形及圖形用戶(hù)界面 ................................ 18 GUIDE 的設(shè)計(jì)過(guò)程 ...................................... 18 基于 matlab 的數(shù)字信號(hào)處理虛擬實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)主界面 ....... 19 實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)的特點(diǎn) .......................................... 28 本章小結(jié) .................................................... 28 第五章 總結(jié)與展望 ................................................. 30 總結(jié) ........................................................ 30 展望 ........................................................ 30 參考文獻(xiàn) ........................................................... 32 致謝 ............................................................... 33 畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié) ....................................................... 34 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 第一章 緒論 研究的意義和背景 matlab 是一個(gè)高性能的科學(xué)計(jì)算軟件，廣泛應(yīng)用于數(shù)學(xué)計(jì)算 、算法開(kāi)發(fā)、數(shù)學(xué)建模、系統(tǒng)仿真、數(shù)據(jù)分析處理及可視化、科學(xué)和工程繪圖、應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)等。它可以將自然界的模擬、連續(xù)的信號(hào)進(jìn)行抽樣、量化轉(zhuǎn)換 為數(shù)字信號(hào)，再進(jìn)行濾波、變換、估值、增強(qiáng)、壓縮、及識(shí)別等處理。它是把數(shù)字或符號(hào)表示的序列，通過(guò)計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，用數(shù)字的方式進(jìn)行處理，以達(dá)到更符合人們要求的信號(hào)形式。 本文的目的 是把實(shí)驗(yàn)器材搬上電腦屏幕上，由于時(shí)間有限，本文只是用 matlab 設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)可以一些簡(jiǎn)單的數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)。 matlab 開(kāi)放的產(chǎn)品體系使 matlab 成為了諸多領(lǐng)域的首選開(kāi)發(fā)軟件， matlab 也成為目前數(shù)值計(jì)算、信號(hào)與系統(tǒng)的可視化等領(lǐng)域設(shè)計(jì)和仿真不可或缺的技術(shù)，在機(jī)械、電子、自動(dòng)化、水利工程等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。 研究的目的 在 matlab 環(huán)境下建立一個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)能夠進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的模擬實(shí)驗(yàn)。 用 matlab 實(shí)現(xiàn)極點(diǎn)留數(shù)分解、 Z 反變換、求數(shù)字濾波器的頻率響應(yīng)、繪制濾波器的零極點(diǎn)圖、快速傅里葉變換和反變換 、線性調(diào)頻 Z 變換、離散余弦正變換和反變換等。在我國(guó)，由于連年擴(kuò)招，實(shí)驗(yàn)室短缺的狀況十分突出，所以很多高校里面，有些實(shí)驗(yàn)只在計(jì)算機(jī)的仿真平臺(tái)上進(jìn)行，本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 6 有一些 是先仿真平臺(tái)上先進(jìn)行仿真，在到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行操作。 繼承和發(fā)展其原有的數(shù)值計(jì)算和圖形可視能力 。 matlab 語(yǔ)言的特點(diǎn) MATLAB 自問(wèn)世起，就以數(shù)值計(jì)算稱(chēng)雄 。而子函數(shù)、私用函數(shù)的增添，使得復(fù)雜函數(shù)比較容易組織，既提高了軟件的“重用度”，又避免了眾多內(nèi)存變量名的沖突、龐大工具庫(kù)的函數(shù)名沖突 [9]。如果系統(tǒng)時(shí)刻的輸出取決于 時(shí)刻及時(shí)刻以前的輸入，而和時(shí)刻以后的輸入無(wú)關(guān)，則該系統(tǒng)是可實(shí)現(xiàn)的，是因果系統(tǒng)。 簡(jiǎn)單的非線性系統(tǒng)實(shí) 例： )1()1()()( 2 ???? nxnxnxny () 簡(jiǎn)單的線性系統(tǒng)實(shí)例)2()1()()2()1()( ????????? nxnxnxnynyny （ ） 3）時(shí)變與時(shí)不變系統(tǒng)的仿真。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 12 Matlab 在離散系統(tǒng) Z 域分析中的應(yīng)用 1 離散信號(hào)的 z 變換和逆 z變換 序列 f(n) (n為整數(shù) )的雙邊 z 變換定義為 ????? ?? n nznfzF )()( () matlab 的符號(hào)數(shù)學(xué)工具箱 (Symbolic Math Tools)提供了計(jì)算 z 正變換的函數(shù) ztrans 和計(jì)算逆 z變換的函數(shù) iztrans。 2 系統(tǒng)函數(shù)的零極點(diǎn)圖的繪制 matlab 的 zplane 函數(shù)用于 系統(tǒng)函數(shù)的零極點(diǎn)圖的繪制 ,調(diào)用方式為： zplane(b,a) 其中 b、 a 分別為系統(tǒng)函數(shù)分子、分母多項(xiàng)式的系數(shù)向量。 freqz(b， a， ‘ whole’) 該調(diào)用方式將 繪制系統(tǒng)在 （ 02） 范圍內(nèi)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(shè)計(jì)論文 16 圖 變換及在 matlab 中的實(shí)現(xiàn) 離散余弦變換 (Discrete Cosine Transform，簡(jiǎn)稱(chēng) DCT)常被認(rèn)為是對(duì)語(yǔ)音和圖像信號(hào)進(jìn)行變換的最佳方法。 v=1,2…… N1 時(shí) , c(v)= N2 。圖形用戶(hù)界面 GUI(Graphics User Interface)是由各種圖形對(duì)象 ,如圖形窗口、圖軸、菜單、按鈕、文本框等構(gòu)建的用戶(hù)界面 ,是人機(jī)交流信息的工具和方法 ,在該界面內(nèi) ,用戶(hù)可以根據(jù)界面提示完成整個(gè)工程 ,卻不必去了解工程內(nèi)部是如何工作的。在控件布置編輯器中可以設(shè)置 GUI 控件水平以及垂直布局 ,包括對(duì)齊方式以及控件間距等 [19]。進(jìn)行 GUI設(shè)計(jì)時(shí) ,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(dāng)?shù)奈恢?,這時(shí)將在該位置上為圖形界面添加一相應(yīng)的控件 ,接下來(lái) ,通過(guò)屬性編輯器和對(duì)齊編輯器對(duì)各控件設(shè)置相關(guān)屬性和進(jìn)行界面布置 ,以完善界面功能 [20]。 通過(guò)這個(gè)界面 可以進(jìn)行信號(hào)運(yùn)算實(shí)驗(yàn)和研究濾波器的特點(diǎn)。 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(shè)計(jì)論文 21 選擇信號(hào) 1為正弦信號(hào)，信號(hào) 2選擇為三角信號(hào)，運(yùn)算方式選擇加法，點(diǎn)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(shè)計(jì)論文 24 繼續(xù)保持濾波器類(lèi)型 為 FIR，選擇通帶類(lèi)型為帶阻，通帶 +阻帶輸入 ，窗函數(shù)類(lèi)型選擇三角波型窗，點(diǎn)擊生成濾波器后出現(xiàn)如圖 所示，這是一個(gè)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(lèi)型為 IIR，選擇通帶類(lèi)型為帶阻濾波器，通帶 +阻帶輸入本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 28 ，通帶最大衰減為 3db，阻帶最小衰減為 15db，點(diǎn)擊生成濾波器按鈕之后出現(xiàn)如圖 所示，這是一個(gè) IIR 帶阻濾波器?？梢赃M(jìn)行信號(hào)的相加，相乘，平移和卷積等運(yùn)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 29 算，生成 FIR 和 IIR 兩種濾波器。 3）用 matlab 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)界面。但我們有理由相信，隨著科學(xué)的不斷進(jìn)步，總有一天，人們?cè)僖膊挥?在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)了，只要打開(kāi)電腦，在仿真平臺(tái)進(jìn)行即可。 [8] 張秋紅 、 李玉忍 .《 用 MATLAB 制作圖形用戶(hù)界面 [J].電腦開(kāi)發(fā)與應(yīng)用 》， 2020。 [3] 張志涌等 .《精通 版》 [M]， 北京：北京航空航天大學(xué)出版社 , 2020 [4]丁玉美、高西全等《數(shù)字信號(hào)處理》 西安電子科技大學(xué)出版社， 2020。在 matlab 設(shè)計(jì)出來(lái)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)不僅方便，還高度仿真 。 matlab 是美國(guó) Math works 公司開(kāi)發(fā)的新一代科學(xué)計(jì)算軟件 ,是一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化軟件 ,功能強(qiáng)大 ,編程簡(jiǎn)單 ,開(kāi)放性強(qiáng) ,廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)輔助分析設(shè)計(jì)、仿真、數(shù)據(jù)處理等領(lǐng)域 ,是當(dāng)今國(guó)際上公認(rèn)的在科技領(lǐng)域方面最為優(yōu)秀的應(yīng)用軟件和開(kāi)發(fā)環(huán)境。在模擬實(shí)驗(yàn)之前 ,學(xué)生 利用仿真平臺(tái)完成預(yù)習(xí) ,減少實(shí)驗(yàn)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(shè)計(jì)論文 26 繼續(xù)保持濾波器類(lèi)型為 FIR，通帶類(lèi)型選擇帶阻濾波器，通帶 +阻帶輸入 ，窗函數(shù)選擇矩形窗，點(diǎn)擊生成濾波器之后出現(xiàn)如圖 所示，這是一個(gè)矩形窗 FIR 帶阻濾