【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 7. Simulink Blockset專門為特定領(lǐng)域設(shè)計(jì)的Simulink功能塊的集合，用戶也可以利用已有的塊或自己編寫的C和MATLAB程序建立自己的塊。3．1．3 MATLAB語言的特點(diǎn)MATLAB語言有不同于其他高級(jí)語言的特點(diǎn)。它的豐富的函數(shù)使開發(fā)者不需重復(fù)編程，只要簡(jiǎn)單調(diào)用。MATLAB語言最大的特點(diǎn)就是簡(jiǎn)單和直接，它主要有以下特點(diǎn)：1． 編程效率高M(jìn)ATLAB語言是面向科學(xué)與工程計(jì)算的高級(jí)語言，允許用數(shù)學(xué)形式的語言編寫程序，且編程簡(jiǎn)單效率高，易學(xué)易用。2． 用戶使用方便MATLAB語言是一種解釋執(zhí)行的語言，它靈活、方便，調(diào)試手段豐富，調(diào)試速度快。MATLAB把調(diào)試程序的四個(gè)步驟（編輯、編譯、鏈接和執(zhí)行）融為一體。它能在同一畫面上靈活操作，能快速排除書寫錯(cuò)誤、語法錯(cuò)誤，從而加快用戶編寫、修改、調(diào)試的速度。3． 擴(kuò)充能力強(qiáng)，交互性好高版本的MATLAB語言有豐富的庫函數(shù)，進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算時(shí)可以直接調(diào)用，而且MATLAB的庫函數(shù)同用戶文件在形成上一樣，所以用戶文件也可以作為MATLAB的庫函數(shù)來調(diào)用。因而，用戶可以根據(jù)自己的需要建立和擴(kuò)充新的庫函數(shù)，以便提高M(jìn)ATLAB的使用效率和擴(kuò)充它的功能。4． 移植性和開放性好MATLAB可以很方便地移植到能運(yùn)行C的操作平臺(tái)上。MATLAB的適用操作平臺(tái)有：Windows系列、UNIX、Linux、.5． 語句簡(jiǎn)單，內(nèi)涵豐富MATLAB語言中最基本最重要的成分是函數(shù)，其一般形式為[a,b,c,……]=fun（d,e,f,……），不同數(shù)目的輸入變量和不同數(shù)目的輸出變量，代表著不同的含義。這不僅使MATLAB的庫函數(shù)功能更豐富，而且使得M文件簡(jiǎn)單、短小和高效。6． 高效方便的矩陣和數(shù)組運(yùn)算MATLAB語言規(guī)定了矩陣的算術(shù)運(yùn)算符、關(guān)系運(yùn)算符、邏輯運(yùn)算符、條件運(yùn)算符及賦值運(yùn)算符，而且這些運(yùn)算符大部分可以直接用到數(shù)組間的運(yùn)算。7． 方便的繪圖功能MATLAB的繪圖是十分方便的，它有一系列繪圖函數(shù)，如線性坐標(biāo)、對(duì)數(shù)坐標(biāo)、極坐標(biāo)，均只需調(diào)用不同的繪圖函數(shù)，簡(jiǎn)單易行。3．1．4 MATLAB 2002年，MathWorks公司發(fā)布了MATLAB 。它的特點(diǎn)在于全新的桌面及各種不同領(lǐng)域的集成工具，使用戶易于使用。多種新工具簡(jiǎn)化了基本工作，創(chuàng)造了高品質(zhì)且具實(shí)用性的圖表分析等。MATLAB包含了新的JIT加速器，有理地增加了MATLAB中的許多操作和數(shù)據(jù)類型的計(jì)算速度。其他新特色包括以下幾方面：l 編程和數(shù)據(jù)類型1． 增加了變量名、函數(shù)名和文件名的最大長(zhǎng)度，可以達(dá)到63個(gè)字節(jié)。2． 支持64位文件偏移量，能夠?yàn)榇笥?GB的數(shù)據(jù)文件實(shí)現(xiàn)低層次的I/O函數(shù)。3． 支持有符號(hào)和無符號(hào)的64位整數(shù)。4． 支持動(dòng)態(tài)域名來訪問和修改結(jié)構(gòu)數(shù)組。5． 簡(jiǎn)化了AND和OR邏輯運(yùn)算。6． 支持新的MATLAB定時(shí)器，而不是定時(shí)執(zhí)行MATLAB命令。7． 改進(jìn)音頻支持。8． 加強(qiáng)警告和錯(cuò)誤提示功能。l 外部接口1． 改進(jìn)了自動(dòng)化客戶接口，新的查看和修改屬性用戶接口增強(qiáng)了事件和例外句柄。2． 增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)集成，讀URL的內(nèi)容，在MATLAB中發(fā)送Email及解壓縮文件的功能。l 開發(fā)環(huán)境1． 新的M文件接口。2． 新的啟動(dòng)按鈕。3． 改進(jìn)了文件和目錄管理工具。4． 改進(jìn)了編譯和調(diào)試工具。5． 改進(jìn)了與PC平臺(tái)的控制接口。6． 支持新的圖形用戶接口，從HDF或HDFEOS文件導(dǎo)入數(shù)據(jù)。7． ,Linux和Solaris平臺(tái)。l 圖形提高了圖形性能，新的彩色圖形編輯器改進(jìn)了圖形編輯。l 數(shù)學(xué)1． 增加了新的數(shù)學(xué)計(jì)算和算法改進(jìn)。2． 在Pentium 4上更快的計(jì)算多種函數(shù)。3．2 圖形用戶界面GUI用戶界面（或接口）是指：人與機(jī)器（或程序）之間交互作用的工具和方法。如鍵盤、鼠標(biāo)、跟蹤球、話筒都可以成為與計(jì)算機(jī)交換信息的接口。圖形用戶界面（Graphical User Interfaces,GUI）則是由窗口、光標(biāo)、按鍵、菜單、文字說明等對(duì)象（Objects）構(gòu)成的一個(gè)用戶界面。用戶通過一定的方法（如鼠標(biāo)或鍵盤）選擇、激活這些圖形對(duì)象，使計(jì)算機(jī)產(chǎn)生某種動(dòng)作或變化，比如實(shí)現(xiàn)計(jì)算和實(shí)現(xiàn)繪圖等。如果所從事的數(shù)據(jù)分析、解方程、計(jì)算結(jié)果可視工作比較單一，那么一般不會(huì)考慮GUI的制作。但是如果想提供應(yīng)用程序給別人，想進(jìn)行某種技術(shù)、方法的演示，想制作一個(gè)供反復(fù)使用的、簡(jiǎn)單易用的專用工具，那么圖形用戶界面是最好的選擇之一。MATLAB為了表現(xiàn)其基本功能而設(shè)計(jì) 演示程序demo是使用圖形用戶界面的最好范例。MATLAB的用戶可以在指令窗中運(yùn)行demo打開圖形界面后，只需要利用鼠標(biāo)點(diǎn)擊，就可以瀏覽MATLAB豐富的內(nèi)容。3．2．1 GUI的設(shè)計(jì)原則一個(gè)好的圖形界面應(yīng)該遵守以下三個(gè)設(shè)計(jì)原則：簡(jiǎn)單性（Simplicity）、一致性（Consistency）、習(xí)常性（Familiarity）。l 簡(jiǎn)單性設(shè)計(jì)界面時(shí)，應(yīng)力求簡(jiǎn)潔、直接、清晰地體現(xiàn)界面的功能和特征。無用的功能，應(yīng)盡量刪去，以保持界面的整潔。設(shè)計(jì)的圖形界面要直觀，所以應(yīng)該多采用圖形，而盡量避免數(shù)值。設(shè)計(jì)界面應(yīng)盡量減少窗口數(shù)目，避免在許多不同的窗口之間來回切換。l 一致性所謂一致性具有兩層意思：一是，開發(fā)者自己開發(fā)的界面要保持風(fēng)格盡量一致；二是，新設(shè)計(jì)的界面要與其他已有的界面風(fēng)格不要截然相左。l 習(xí)常性設(shè)計(jì)新界面時(shí)，應(yīng)盡量使用人們熟悉的標(biāo)志和符號(hào)。以至于用戶可能并不了解新界面的具體含義及操作方法，但是可以根據(jù)熟悉的標(biāo)志做出正確的猜測(cè)，容易自學(xué)。l 其它考慮因素除了以上對(duì)界面的靜態(tài)要求之外，還應(yīng)該注意界面的動(dòng)態(tài)性能。如界面對(duì)用戶操作的響應(yīng)要迅速、連續(xù)；對(duì)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的運(yùn)算，要給出等待時(shí)間提示，并且允許用戶中斷運(yùn)算，盡量做到人性化。3．2．2 GUI的一般制作步驟界面制作包括界面設(shè)計(jì)和程序?qū)崿F(xiàn)。具體步驟如下：l 分析界面所要求實(shí)現(xiàn)的主要功能，明確設(shè)計(jì)任務(wù)；l 繪出草圖，并站在使用者的角度來審查草圖；l 按照構(gòu)思的草圖上機(jī)制作（靜態(tài)）界面，并仔細(xì)檢查；l 編寫界面實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)功能的程序，對(duì)功能進(jìn)行仔細(xì)驗(yàn)證、仔細(xì)檢查。3．3 GUI界面菜單3．3．1圖形窗的標(biāo)準(zhǔn)菜單PC平臺(tái)上，缺省情況下產(chǎn)生的MATLAB圖形窗總有一個(gè)頂層菜單條（Toplevel menu）。它包含五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)菜單項(xiàng)：文件（File）、編輯（Edit）、工具（Tools）、窗口（Windows）和幫助（Help）。每個(gè)菜單項(xiàng)在點(diǎn)擊時(shí)都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)下拉菜單。標(biāo)準(zhǔn)菜單受界面菜單’MenuBar’屬性管理。該屬性有兩個(gè)取值[none︱{figure}]。當(dāng)屬性取值’none’時(shí)，圖形窗不顯現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)菜單及工具條；當(dāng)取值’figure’時(shí)，圖形窗顯現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)菜單（缺省屬性值）。如圖31 標(biāo)準(zhǔn)圖形用戶窗口：圖31 標(biāo)準(zhǔn)圖形用戶窗口3．3．2用戶菜單屬性l 回調(diào)屬性和菜單名在所有用戶菜單屬性中，最不可以缺少的屬性是：菜單名（Label）和回調(diào)（Callback）。前者用于識(shí)別不同菜單項(xiàng)；后者用于產(chǎn)生相應(yīng)的操作，使該菜單發(fā)揮應(yīng)有作用。1. 菜單名屬性屬性‘Label’用來命名用戶菜單的名稱，它的屬性值一定是字符串。該字符串應(yīng)選擇得簡(jiǎn)短扼要，很好的反映出相應(yīng)操作的本質(zhì)。2. 回調(diào)屬性回調(diào)函數(shù)屬性的數(shù)值也是字符串。該字符串可以包含任何MATLAB的合法命令和M文件名。當(dāng)用戶選用該菜單時(shí)，回調(diào)的作用是：將屬性值字符串送到eval去執(zhí)行，以實(shí)現(xiàn)該菜單功能。l 用戶菜單的外觀設(shè)計(jì)用戶菜單的外觀主要取決于四個(gè)屬性：位置（Position）、分隔線（Separator）、檢錄符（Checked）、前景顏色（ForgroundColor）。l 使能（Enable）與可見性（Visible）屬性用戶菜單項(xiàng)可以通過使能屬性（Enable）或可見屬性(Visible)取’off’值，而暫時(shí)失能。即該菜單項(xiàng)無法連續(xù)被選，除非它因其它菜單項(xiàng)被選而從新激活。3．4用戶控件l 用戶控件種類控件的類型由‘Style’屬性的‘sv’字符串決定。表21列出了10種控件的屬性值Sv及其簡(jiǎn)要情況。表31 各控件外形、特征及應(yīng)用場(chǎng)合屬性值控件名控件特征及應(yīng)用場(chǎng)合pushbutton單功能按鍵上帶文字標(biāo)識(shí)的矩形；“按”“放”操作時(shí)會(huì)引起凹凸變化；單功能選擇用。radiobutton無線電選擇按鍵帶文字標(biāo)識(shí)的小圓圈；“開”“關(guān)”狀態(tài)用圈內(nèi)黑白點(diǎn)表示。多項(xiàng)“互斥”功能選擇用。togglebutton雙位按鍵上帶文字標(biāo)識(shí)的矩形；“開”“關(guān)”狀態(tài)用凹凸表示。兩狀態(tài)切換選擇用。checkbox檢錄符帶文字標(biāo)識(shí)的小方框；小方框中有“√”表示選中。多項(xiàng)“互容”功能選用擇用。listbox列表框帶垂直滾動(dòng)條的長(zhǎng)方形文本框；多項(xiàng)“互容”功能選擇用。popupmenu彈出框帶操縱鍵的長(zhǎng)方形文本框；多項(xiàng)“互斥”功能選擇用。slider滑動(dòng)鍵長(zhǎng)方條形；中間為游標(biāo)，兩端帶滑動(dòng)操縱；可連續(xù)步進(jìn)獲取數(shù)值。edit text可編輯文本框凹形方框；可使用合法的MATLAB語句、程序輸入運(yùn)行?？呻S意輸入運(yùn)行指令。static text靜態(tài)文本框凹形方框，其中文字純粹做注釋說明使用。frame控件區(qū)域框?yàn)榱诵涯浚趫D面上，用方框圈定用戶控件所在區(qū)域。3．5 由M函數(shù)文件產(chǎn)生用戶菜單和控件采用M腳本文件產(chǎn)生用戶菜單或控件制作存在以下缺點(diǎn)：在基本空間中會(huì)產(chǎn)生許多為生成用戶界面而必須的變量，從而使基本空間變得雜亂，增加了與其他變量沖突的可能性。采用M函數(shù)文件創(chuàng)建用戶界面可以克服上述缺點(diǎn)。但是，不管回調(diào)在哪里發(fā)生，’Callback’總是在MALAB基本空間中用’eval’指令對(duì)回調(diào)字符串進(jìn)行解讀和執(zhí)行。所以，正確實(shí)現(xiàn)回調(diào)函數(shù)中用戶菜單或控件的句柄傳送就成為函數(shù)M文件成功創(chuàng)建用戶界面的關(guān)鍵。下面是傳送句柄的三種方法：l 利用全局變量編寫用戶界面函數(shù)文件l 利用’UserData’屬性編寫用戶界面函數(shù)文件l 利用遞歸發(fā)法編寫用戶界面函數(shù)文件3．6 圖形用戶界面設(shè)計(jì)工具M(jìn)ATLAB提供了設(shè)計(jì)、修改圖形用戶界面的專用工作臺(tái)（Layout Editor）。3．6．1 界面設(shè)計(jì)工具的結(jié)構(gòu)和調(diào)用指令調(diào)用GUI設(shè)計(jì)工作臺(tái)的指令是guide，調(diào)用格式如下：guide %打開空白設(shè)計(jì)工作臺(tái)；guide FN %打開裝有FN的工作臺(tái)，F(xiàn)N為已存在的圖形用戶界面文件名。（在guide指令作用下，待打開的文件名不區(qū)分字母大小寫）運(yùn)行g(shù)uide指令，便打開如圖32 所示的操作界面：圖32 圖形用戶界面設(shè)計(jì)啟動(dòng)界面選擇Blank GUI(Default),確定后出現(xiàn)圖33所示的GUI設(shè)計(jì)工具界面：圖33 圖形用戶界面設(shè)計(jì)工具空白GUI設(shè)計(jì)工作臺(tái)，包括以下4個(gè)功能區(qū)：l 菜單條；l 編輯工具條；l 控件模板區(qū)；l 設(shè)計(jì)工作區(qū)：圖形用戶界面設(shè)計(jì)在該區(qū)域進(jìn)行。3．6．2 交互式圖形用戶界面設(shè)計(jì)應(yīng)用步驟1． 步驟一：窗口大小和參數(shù)的初步設(shè)計(jì)；2． 步驟二：圖形窗口和控件的參數(shù)設(shè)置；3． 步驟三：精細(xì)調(diào)整控件大小及相對(duì)位置；4． 步驟四：創(chuàng)建菜單；5． 步驟五：界面的激活和回調(diào)函數(shù)聲生成；6． 步驟六：圖形用戶界面的使用。第四章 離散信號(hào)時(shí)域運(yùn)算與變換的MATLAB實(shí)現(xiàn)4．1 信號(hào)的表示及可視化信號(hào)是消息的載體，是消息的一種表現(xiàn)形式。信號(hào)可以是多種多樣的，通常表現(xiàn)為隨時(shí)間變化的某些物理量，一般用f(t)或f(k)來表示。信號(hào)按照自變量的取值是否連續(xù)可分為連續(xù)時(shí)間信號(hào)和離散時(shí)間信號(hào)。信號(hào)?？杀硎緸闀r(shí)間函數(shù)（或序列），該函數(shù)的圖像稱為信號(hào)的波形。對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域分析，首先就需要將信號(hào)隨時(shí)間變化的規(guī)律用二維曲線表示出來。對(duì)于簡(jiǎn)單的信號(hào)，我們可以通過手工來繪制其波形。但是對(duì)于復(fù)雜的信號(hào)，手工繪制信號(hào)波形則顯得十分困難，且難以繪制精確的曲線。MATLAB具有強(qiáng)大的圖形處理功能及符號(hào)運(yùn)算功能，為我們實(shí)現(xiàn)信號(hào)的可視化及時(shí)域分析提供了強(qiáng)有力的工具。4．1．1 向量表示法對(duì)于連續(xù)時(shí)間信號(hào)f(t),我們可以用兩個(gè)向量f和t來表示，其中向量t是形如t=t1:p:t2的MATLAB命令定義的時(shí)間范圍向量，t1為信號(hào)起始時(shí)間，t2為終了時(shí)間，p為時(shí)間間隔。向量f為連續(xù)信號(hào)f(t)在向量t所定義的時(shí)間點(diǎn)上的樣值。例如：連續(xù)信號(hào)f(t)=Sa(t)=sin(t)/t 可以用以下兩個(gè)向量表示： t = 10: : 10 f = sin (t). /t用上述向量對(duì)連續(xù)信號(hào)進(jìn)行表示后，就可以用plot命令來繪制該信號(hào)的時(shí)域波形。plot命令可以將點(diǎn)與點(diǎn)間用短直線連接，當(dāng)兩點(diǎn)之間距離很小時(shí)，就可以繪出看上去很光滑的曲線。MATLAB命令如下：plot(t,f)title(‘f(t)=Sa(t)’)xlabel(‘t’)axis ([10, 10, ])繪制的信號(hào)波形如圖41 所示，p的取值越小則近似波形更好。 (a) (b)圖41 Sa(t)近似波形如圖41所示，(a)。(b)。4．1．2 符號(hào)運(yùn)算表示法如果信號(hào)可以用一個(gè)符號(hào)表達(dá)式來表示，那么可以用ezplot命令來繪制波形。例如連續(xù)信號(hào)f(t)=sin(pi/4*t) ，符號(hào)表達(dá)式表示為：f=sym (‘sin (pi/4*t)’)f=Sin (pi/4*t)然后用ezplot命令繪制波形：ezplot (f, [16,16])該命令繪制的信號(hào)波形如圖42所示。圖42正弦信號(hào)波形4．2 離散時(shí)間信號(hào)及可視化一般來說，離散時(shí)間信號(hào)用f(k)表示，其中變量k為整數(shù)，代表離散的采樣時(shí)間點(diǎn)。f(k)可表示為：