【正文】 對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 工作展望 隨著科技的快速發(fā)展，我們所接觸的信息量也日益增多，傳統(tǒng)式教學也已經(jīng)不能很好的滿足我們對知識的索取與掌握，在較短的時間內(nèi)掌握所需的知識無疑已成為時代需求和生存需求，特別是對于涵蓋內(nèi)容多、概念抽象、原理復雜，推演繁瑣的數(shù)字信號處理的學習。 FIR濾波器的應用FIR濾波器在通信系統(tǒng)中有眾多應用，例如分離不同頻帶信號，信號去噪等。（1）當輸入?yún)?shù)為、采樣點數(shù)為25時，(a)所示，通過界面便可以清楚的觀察到濾波器的幅頻特性圖、相頻特性圖、幅頻衰減特性圖以及實際脈沖響應圖，達到了實驗的預先要求。 %按照漢明窗計算所需濾波器長度N=N0+mod(N0+1,2)。因此，從這一角度說，窗函數(shù)法也稱為傅里葉級數(shù)法。通過其幅頻特性曲線我們可以觀察到，其通帶與阻帶的譜線都是等波紋的，與橢圓濾波器的幅頻性質(zhì)一致，可見該實驗界面的設(shè)計達到了實驗平臺預先的要求。列向量z為零點向量，列向量p為極點向量，k是系統(tǒng)增益，fs是指定的采樣頻率，其單位是Hz。(a) 模擬低通轉(zhuǎn)換為模擬高通濾波器(b) 模擬低通轉(zhuǎn)換為模擬帶通濾波器(c) 模擬帶通轉(zhuǎn)換為帶阻濾波器 模擬濾波器的頻帶轉(zhuǎn)換實驗測試 脈沖響應不變法設(shè)計IIR數(shù)字濾波器1）基本原理由模擬濾波器的設(shè)計轉(zhuǎn)換為數(shù)字濾波器的方法有：脈沖響應不變法和雙線性變換法。 模擬濾波器的頻帶變換1）基本原理模擬濾波器的頻帶變換是基于模擬低通濾波器的設(shè)計為前提，根據(jù)已經(jīng)設(shè)計出來的低通濾波器，進行頻率的變換而實現(xiàn)模擬高通、帶通、帶阻濾波器的設(shè)計。（2）按照（）式,求出歸一化極點，將代入（）式，得到歸一化傳輸函數(shù)。在這里以巴特沃斯低通濾波器的設(shè)計為例。構(gòu)造了一個DFT快速算法，即是快速傅里葉變換（FFT）。在離散傅里葉變換界面的實驗測試中，需要進行離散時間序列傅里葉變換（DTFT）、離散傅里葉變換（DFT）、周期序列傅里葉變換（DFS）的測試[7]~[10]。實驗表明，測試結(jié)果正確。 FIR濾波器應用界面 本章小結(jié)本章先對整個實驗平臺作了一個系統(tǒng)的分析，確定了整個實驗平臺的整體結(jié)構(gòu)，并明確了實驗平臺的設(shè)計步驟，即先設(shè)計實驗的開始引導界面和實驗主界面，而后對實驗平臺的各個子界面逐一進行設(shè)計。（2）運用Pushbutton對象完成與其命名相對應的功能。IIR濾波器的設(shè)計分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器的設(shè)計，數(shù)字濾波器設(shè)計又分為用線性脈沖不變法、雙線性變換法和直接法設(shè)計數(shù)字濾波器。(a)所示。 (a) 開始引導界面 (b) 實驗主界面 開始引導界面與實驗主界面 子界面的設(shè)計根據(jù)試驗系統(tǒng)的內(nèi)容要求，本實驗平臺的子界面劃分為離散系統(tǒng)的時頻域分析界面、離散傅里葉變換界面、快速傅里葉變換界面、IIR數(shù)字濾波器設(shè)計界面、FIR數(shù)字濾波器設(shè)計界面共五個子界面的設(shè)計[3]~[6]。2) 根據(jù)界面的需求，先在草稿紙上對界面進行預先的設(shè)計，而后，通過MATLAB的圖形用戶界面（GUI）在界面中放入相應的GUI對象，并合理的布局安放這些對象，以及設(shè)置對象的屬性，如字體，大小，顏色等。 MATLAB GUI簡介圖形化用戶界面（Graphical User Interfaces，簡稱GUI），是一種圖形化人機交互界面，通過用戶與計算機或者計算機程序進行通信、交互的方式來完成相應的操作。【關(guān)鍵詞】數(shù)字信號處理 實驗平臺 MATLAB 圖形用戶界面（GUI）【論文類型】設(shè)計型Title: The Design of Digital Signal Processing Experiment Platform Based On MATLAB GUIMajor: Communication Engineering Name: Feng Xu Signature:＿＿＿＿＿Supervisor: Zhang Ming Signature:＿＿＿＿＿ABSTRACTDigital signal processing is a new discipline which involves many subjects and widely used in many fields. It mainly used in munications, electrical control, biomedical, remote sensing, geological exploration, aerospace, automation instrument and other fields. It includes much more content and abstract concept. It has more plex principles and plicated reasoning. Therefore, in the limtited classroom time ,to master the knowledge of the course is a basic requirement of students. This paper mainly studies the design of digital signal processing experiment platform. Firstly,using MATLAB GUI to plete the construction of digital signal processing course in the five modules: the frequency domain analysis and the time domain analysis of discrete system, discrete Fourier transform, fast Fourier transform, FIR filter design and IIR filter design .after that, using MATLAB programming language to plete graphical user interface (GUI) programming. finally ,through testing and optimizing the digital signal processing experiment platform, we can display the key and difficult content by the interactive, real time and visual experiment platform. It is helpful for the teaching of teachers and students39。它涵蓋內(nèi)容多、概念抽象、原理復雜，推演繁瑣，僅依靠教師在黑板上的板書理論教學，學生對概念難以理解，難以將所學的知識和原理很好的與實際相結(jié)合。第2章是數(shù)字信號處理平臺的設(shè)計，主要涉及實驗系統(tǒng)的主界面和子界面。要求設(shè)計的界面應該盡量使用人們熟悉的標志和符號，保持界面的自然，使用戶能見而習之。（2）運用Pushbutton對象完成對所選信號的尺度變換、平移、翻轉(zhuǎn)、加法、減法、乘法等運算功能。（3）運用Axes對象展現(xiàn)所選對象的時頻域相關(guān)譜線（如信號時域圖、信號變換后的幅頻圖、相頻圖）。根據(jù)IIR濾波器設(shè)計內(nèi)容的要求，需設(shè)計一個IIR濾波器應用界面，該界面展現(xiàn)了原始信號通過濾波器，濾除雜波得到有用波形的功能。（4）運用到了Popup Menu對象完成對相關(guān)窗函數(shù)的選擇。(b)所示。因此，系統(tǒng)的全解為：； （）由系統(tǒng)的全解可以計算出其前邊幾個點的幅值為[2 2 6 22 38 102 166 422……]當A=1，B=3，C=2時，(a)所示，同理，當A=8，B=5，C=6時，(b)所示。2）測試結(jié)果及分析在這里，當輸入周期序列為 [1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4……]為例進行實驗測試時，(a)所示，當輸入周期序列為 [3 1 2 5 3 1 2 5 3 1 2 5……]為例進行實驗測試時，(b)所示。當輸入的序列為x(n)=[8 2 3 5 4 1 2 5]時，可以直觀地分析其FFT的幅頻特性、相頻特性，達到了實驗預先要求。 令，稱為歸一化頻率；令，稱為歸一化復變量，這樣歸一化巴特沃斯的傳輸函數(shù)為： （）式中，為歸一化極點，用下式表示： =，k=0,1,…,N1 （）這樣，只要根據(jù)技術(shù)指標求出階數(shù)N，按照（）求出N個極點，再按照式（）得到歸一化的傳輸函數(shù)，如果確定，再去歸一化，即將，代入中，便得到實際的傳輸函數(shù)。通過調(diào)用巴特沃斯濾波器設(shè)計函數(shù)buttord可求出濾波器階數(shù)N與下降沿3dB截止頻率。，可以得到模擬低通濾波器的傳輸函數(shù)。 (a) 切比雪夫1型IIR低通濾波器 (b) 巴特沃斯型IIR低通濾波器 脈沖響應不變法數(shù)字濾波器的實驗測試 雙線性變換法設(shè)計IIR數(shù)字濾波器1）基本原理脈沖響應不變法的主要缺點是會產(chǎn)生頻率混疊現(xiàn)象，使數(shù)字濾波器的頻響偏移模擬濾波器的頻響。 (a) 橢圓型高通IIR濾波器 (b) 切比雪夫2型高通IIR濾波器 雙線性變換法設(shè)計數(shù)字濾波器實驗測試 直接函數(shù)法設(shè)計IIR數(shù)字濾波器1）基本原理在以上章節(jié)中介紹的是濾波器的典型濾波器的設(shè)計方法，值得慶幸的是，MATLAB信號處理工具箱中提供了幾個直接設(shè)計IIR濾波器的函數(shù)。 常見的窗函數(shù)在數(shù)字信號處理中，往往需要把信號的觀察時間限制在一定是時間范圍內(nèi)，只需要選擇一段時間信號對其進行分析。當窗函數(shù)的寬度N已知時，可以通過直接調(diào)用所選的窗函數(shù)進行濾波器設(shè)計，例如用切比雪夫窗設(shè)計帶通濾波器，具體調(diào)用如下：Wn=[A B]。(a)所示，(b)所示通過觀察，可以清楚了解所設(shè)計濾波器的幅頻特性、相頻特性、實際脈沖響應，設(shè)計的結(jié)果滿足實驗的預先要求。當所設(shè)計的是低通濾波器時，A=[1 1 0 0]。主要工作安排如下：1）對實驗平臺中涉及數(shù)字信號處理中的基本原理和概念進行了分析，熟悉實驗原理。在此向她表示崇高的敬意和衷心的感謝。本人授權(quán)　　 　 　大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。首先，我要感謝的是我的導師張鳴老師，本系統(tǒng)的設(shè)計與論文的撰寫是在我的導師張老師的悉心指導下完成的, 張鳴老師治學嚴謹，而且待人誠懇，有耐性，她對細節(jié)性的東西要求非常嚴格，這點是我要學習的，因為“細節(jié)決定成敗”。4 結(jié) 論 工作總結(jié) 本論文針對數(shù)字信號處理系統(tǒng)實驗平臺進行了研究，利用MATLAB GUI開發(fā)設(shè)計出了數(shù)字信號處理系統(tǒng)的實驗平臺。在MATLAB中，等波紋法設(shè)計FIR數(shù)字濾波器的M實現(xiàn)一般通過調(diào)用remez函數(shù)來實現(xiàn)，其調(diào)用格式為：h=remez(M,f,A,weights)。根據(jù)設(shè)計指標，6張窗函數(shù)都符合選擇。由理想線性相位濾波器的頻率響應函數(shù)經(jīng)傅里葉逆變換得到理想線性相位濾波器的沖擊響應。在這里介紹的FIR濾波器是選擇有限長度的，使傳輸函數(shù)滿足技術(shù)要求。通過其幅頻特性曲線我們可以觀察到，(a)中，通帶與阻帶的譜線都是等波紋的，與橢圓濾波器的幅頻性質(zhì)一致；(b)中，可以觀察到其幅值在通帶是迅速衰減的，在阻帶是等波紋的，滿足切比雪夫2型濾波器的特性。觀察其頻譜圖，發(fā)現(xiàn)巴特沃斯低通濾波器，在其頻譜曲線中通帶、阻帶都是迅速衰減的，符合巴特沃斯濾波器幅頻特性曲線的性質(zhì)。（3）將所需模擬濾波器技術(shù)指標轉(zhuǎn)換成模擬低通濾波器的技術(shù)指標，具體如下：歸一化最帶截止頻率為： （）歸一化通帶截止頻率為。s39。的表示式如下： = （） 由于各濾波器的幅頻特性不同，為使設(shè)計統(tǒng)一，將所有的頻率歸一化。 離散序列的快速傅里葉變換實驗測試 離散序列FFT實驗測試本界面設(shè)計的是8點離散序列的快速傅里葉變換。 (a) 余弦信號的8點DTFT (b) 余弦信號的16點DTFT 余弦信號的DTFT的測試 周期序列離散傅里葉級數(shù)（DFS）1）基本原理若一個序列可以表示為，m為整數(shù)，那么是周期為N的周期序列。 離散信號卷積和實驗測試 離散LTI系統(tǒng)的時域分析在本模塊的設(shè)計中，通過改變LTI離散方程的系數(shù)和激勵，分析離散系統(tǒng)的時域響應，已知LTI離散系統(tǒng)的方程為，且知初始條件。在離散信號中p一般為1。（2）運用Pushbutton對象完成與其命名相對應的功能。（5）運用Static Text對象說明濾波器設(shè)計的要求。 (a) 離散LTI系統(tǒng)的時域分析界面 (b) 離散LTI系統(tǒng)的頻域分析界面 離散LTI系統(tǒng)的時頻域分析界面 離散信號傅里葉變換實驗界面設(shè)計離散信號傅里葉變換實驗界面主要完成常見信號的離散信號傅里葉變換、離散時間序列傅里葉變換、周期性序列的離散傅里葉變換，根據(jù)實驗內(nèi)容要求，該界面需要需要展示常見離散信號的離散傅里葉變換的相關(guān)信號圖像（如原信號的時域圖、信號變換后的幅頻特性信號圖與相頻信號圖），因此，構(gòu)建此界面需要以下GUI對象：（1）運用Popup Menu對象完成對常見離散信號的選擇。在離散信號的基本運算界面中主要完成常見信號的時域尺度變換運算、常見離散信號的加、減、乘運算和正余弦信號