【導(dǎo)讀】及實(shí)現(xiàn)方法，并進(jìn)行圖形用戶界面設(shè)計(jì)，以顯示本文所介紹濾波器的特性。器，最后進(jìn)行濾波器的頻帶轉(zhuǎn)換。在有限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)中，討論。了FIR線性相位濾波器的特點(diǎn)和用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR濾波器兩個(gè)問題。整個(gè)設(shè)計(jì)過程都是按照理論分析、編程設(shè)計(jì)、具體實(shí)現(xiàn)的步驟進(jìn)行的。整個(gè)系統(tǒng)分為兩個(gè)界面，其內(nèi)容主要包含四部分：。System(系統(tǒng))、Analysis(分析)、Tool(工具)、Help(幫助)。

　　

【正文】 w_bman= (blackman(N))39。 %布拉克曼窗 w_tri= (triang(N))39。 %三角窗 h1=hd.*w_bman。 %截取得到實(shí)際的單位脈沖響應(yīng) h2=hd.* w_tri。 [db1,mag1,pha1,w1]=freqz_m6 (h1,[1])。 %計(jì)算實(shí)際濾波器的幅度響應(yīng) [db2,mag2,pha2,w2]=freqz_m7 (h2,[1])。 delta_w=2*pi/1000。 Ap=(min(db(Wpl/delta_w+1:1:Wph/delta_w+1))) %實(shí)際通帶紋波 As=round(max(db(Wsh/delta_w+1:1:500))) %實(shí)際阻帶紋波 subplot(332) stem(n,w_bman) title(39。布拉克曼窗 w(n)39。) subplot(333) stem(n,w_tri) title(39。三角窗 w(n)39。) subplot(334) stem(n,hd) %火柴棍圖 title(39。理想單位脈沖響應(yīng) hd(n)39。) subplot(335) stem(n,h1) title(39。布拉克曼窗截到的實(shí)際單位脈沖響應(yīng) h1(n)39。) 柯進(jìn)進(jìn)：基 于 MATLAB 的數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) 22 subplot(336) stem(n,h2) title(39。三角窗截到的實(shí)際單位脈沖響應(yīng) h2(n)39。) subplot(338) plot(w1/pi,db1) title(39。布拉克曼窗數(shù)字帶通濾波器幅度響應(yīng) (dB)39。) subplot(339) plot(w2/pi,db2) title(39。三角窗數(shù)字帶通濾波器幅度響應(yīng) (dB)39。) function hd=ideal_hp(Wc,N) alpha= (N1) /2。 n=0:1:N1。 m=nalpha+eps。 hd=(sin (pi*m) sin(Wc*m) ) ./(pi*m)。 圖 35 FIR 數(shù)字帶通濾波器脈沖響應(yīng)與幅度響應(yīng) 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 漢寧窗設(shè)計(jì)數(shù)字帶阻濾波器 設(shè)計(jì)一 FIR 數(shù)字帶阻濾波器， Wpl= ,Wph= ,Wsl= ,Wsh=，Apl=1dB, Aph=1dB, Asl=40dB, Ash=40dB。 Wpl=*pi。 Wph=*pi。 Wsl=*pi。 Wsh=*pi。 tr_width=min((WslWpl),(WphWsh))。 %過渡帶寬度 N=ceil (*pi/tr_width) %濾波器長度 n=0:1:N1。 Wcl= (Wsl+Wpl) /2。 %理想帶阻濾波器的下截至頻率 Wch= (Wsh+Wph) /2。 %理想帶阻濾波器的上截至頻率 hd=ideal_bs(Wcl,Wch,N)。 %理想帶阻濾波器的單位沖激響應(yīng) w_hann= (hanning(N))39。 %漢寧窗 h=hd.*w_hann。 %截取得到實(shí)際的單位脈沖響應(yīng) [db,mag,pha,w]=freqz_m7 (h,[1])。 %計(jì)算實(shí)際濾波器的幅度響應(yīng) delta_w=2*pi/1000。 Ap=(min(db(1:1:Wpl/delta_w+1))) %實(shí)際通帶紋波 As=round(max(db(Wsl/delta_w+1:1:Wsh/delta_w+1))) %實(shí)際阻帶紋波 subplot(221) stem(n,hd) %火柴棍圖 title(39。理想單位脈沖響應(yīng) hd(n)39。) subplot(222) stem(n,w_bman) title(39。漢寧窗 w(n)39。) subplot(223) stem(n,h) title(39。實(shí)際單位脈沖響應(yīng) h(n)39。) subplot(224) plot(w/pi,db) title(39。FIR 漢寧窗數(shù)字帶阻濾波器幅度響應(yīng) (dB)39。) axis([0,1,100,10]) function hd=ideal_bs(Wcl,Wc2,N) alpha= (N1) /2。 n=0:1:N1。 m=nalpha+eps。 柯進(jìn)進(jìn)：基 于 MATLAB 的數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) 24 hd=(sin (Wcl*m) + sin(pi*m)sin(Wch*m) ) ./(pi*m)。 圖 36 FIR 數(shù)字帶阻濾波器脈沖響應(yīng)與幅度響應(yīng) 小結(jié) 這一章主要是用 MATLAB 語言進(jìn)行 FIR 濾波器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。本章 FIR 濾波器的設(shè)計(jì)包括三部分：線 性相位 FIR 數(shù)字濾波器的條件和特點(diǎn)，常用窗函數(shù)及其MATLAB 實(shí)現(xiàn)， 基于窗函數(shù)的 FIR 數(shù)字 濾波器 設(shè)計(jì)及其 MATLAB 實(shí)現(xiàn)。 FIR 數(shù)字濾波器的特點(diǎn)是穩(wěn)定和線性相位特性；在常用窗函數(shù)及 MATLAB 實(shí)現(xiàn)中，討論了五種窗函數(shù)及其各自特性和相互比較，并結(jié)合 MATLAB 進(jìn)行實(shí)現(xiàn)；在基于窗函數(shù)的 FIR 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)中，根據(jù)設(shè)計(jì)的不同技術(shù)要求，選擇了不同的窗函數(shù)，并利用 MATLAB 提供的相關(guān)函數(shù)來設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) FIR 數(shù)字濾波器。 整個(gè)設(shè)計(jì)過程都是在理論分析的基礎(chǔ)上，用 MATLAB 語言來進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)了 FIR 數(shù)字低通、高 通、帶通、帶阻四種濾波器的設(shè)計(jì)。 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 第 4 章 圖形用戶界面設(shè)計(jì) — 濾波器分析系統(tǒng) 圖形用戶界面 (Graphical User Interfaces， GUI)是提供人機(jī)交互的工具和方法。 GUI 是包含圖形對象 (如窗口、圖標(biāo)、菜單和文本 )的用戶界面。以某種方式選擇或激活這些對象，通常引起動作或發(fā)生變化。最常見的激活方式是用鼠標(biāo)或其他單擊設(shè)備去控制屏幕上的鼠標(biāo)指針的運(yùn)動，單擊鼠標(biāo)，標(biāo)志著對象的選擇或其他動作?，F(xiàn)在，絕大部分的應(yīng)用程序 (如 Microsoft Word)都是在圖形用戶界面 (GUI)下運(yùn)行的，并且 ，絕大部分的程序設(shè)計(jì)工具 (如 Visual Basic, Visual C++)都可以進(jìn)行圖形用戶界面 (GUI)的設(shè)計(jì)與開發(fā)工作。 MATLAB 中 GUI 設(shè)計(jì)技術(shù)特點(diǎn) 作為強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算軟件， MATLAB 也提供了圖形用戶界面的設(shè)計(jì)與開發(fā)功能。 MATLAB 中的基本圖形用戶界面對象分為 3 類：用戶界面控件對象 (uicontrol)、下拉式菜單對象 (uimenu)和內(nèi)容式菜單對象 (uicontexmenu)。其中， uicontrol對象能建立按鈕、列表框、編輯框等圖形用戶界面對象， uimenu 能建立下拉式菜單 和子菜單等圖形用戶界面對象， uicontexmenu 能建立內(nèi)容式菜單用戶界面對象(類似于 Visual C++等程序設(shè)計(jì)軟件中的彈出式菜單 )。利用上述對象，進(jìn)行周密的組織、設(shè)計(jì)，就可以設(shè)計(jì)出一個(gè)界面良好、操作簡單、功能強(qiáng)大的圖形用戶界面。 GUIDE 簡介 MATLAB 圖形用戶界面開發(fā)環(huán)境 (Graphical User Interface development environment, GUIDE)提供了一系列創(chuàng)建用戶圖形界面 (GUI)的工具。這些工具極大的簡化了 GUI 設(shè)計(jì)和生成的過程?？梢杂?GUIDE 完成下面的任務(wù)： ● 輸出 GUI 使用 GUIDE輸出編輯器，通過單擊和拖拉組件很容易的創(chuàng)建 GUI ● GUI 編程 GUIDE 自動生成一個(gè)控制 GUI 如何操作的 M 文件。該 M 文件初始化 GUI 界面并包含一個(gè) GUI 回調(diào)事件的框架。使用 M 文件編輯器，可以向回調(diào)事件中添加代碼，運(yùn)行相關(guān)函數(shù)。 GUIDE 實(shí)際上是一套 MATLAB 工具集，它主要由 7 部分組成：版面設(shè)計(jì)器、屬性編輯器、菜單編輯器、調(diào)整工具、對象瀏覽器、 TAB 順序編輯器和 M 文件編輯器等。 GUI 設(shè)計(jì)規(guī)范及設(shè)計(jì)步驟 設(shè)計(jì) GUI 時(shí)，應(yīng)力求簡潔、直接、清晰 地反映界面的功能和特性。 GUI 應(yīng)滿柯進(jìn)進(jìn)：基 于 MATLAB 的數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) 26 足“寧可讓程序多干，不可讓用戶多干”的原則。 GUI 的關(guān)鍵是使人與計(jì)算機(jī)之間能夠準(zhǔn)確的交流信息，一方面，人向計(jì)算機(jī)輸入時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量采取自然的方式，另一方面，計(jì)算機(jī)向人傳遞的信息必須準(zhǔn)確，不致引起誤解或混亂。 GUI 設(shè)計(jì)時(shí)，針對每一個(gè)功能，一般按照 IPO 的模塊化思想，使輸入、處理和輸出涇渭分明，充分體現(xiàn) GUI 界面的通信功能。這樣設(shè)計(jì)出來的程序不但不易出錯(cuò)，而且易于維護(hù)和改正。在 GUI 設(shè)計(jì)中還應(yīng)該保持 GUI 的一致性，一致性既包括使用標(biāo)準(zhǔn)的控件，也指使用相同的信息表現(xiàn)方法。 一般 的設(shè)計(jì)過程是按照圖 41 所示步驟來實(shí)現(xiàn)的。 GUI 設(shè)計(jì)不能是“即所需即添加”，否則設(shè)計(jì)出來的界面效果將大打折扣。 圖 41 設(shè)計(jì)步驟 濾波器分析系統(tǒng)及其 MATLAB 實(shí)現(xiàn) 對開發(fā)者來說，由于 MATLAB 強(qiáng)大的工程運(yùn)算、仿真能力，使得越來越多的用戶從原先的開發(fā)環(huán)境中轉(zhuǎn)到 MATLAB 上來，他們不需花大量的時(shí)間進(jìn)行編程，因?yàn)?MATLAB 提供一個(gè)簡便的開發(fā)環(huán)境，可使研究者很快上手，提高研究者的效率。對于使用者來說，往往不 愿意去理解一大堆繁雜的代碼，甚至對代碼一無所知。而 GUI 實(shí)現(xiàn)了開發(fā)者與使用者間進(jìn)行交流的橋梁。使用者只需關(guān)注 GUI 界面(即前臺顯示 )，而把實(shí)現(xiàn)過程 (后臺程序運(yùn)行 )交給開發(fā)者，提高分析、判斷的效率。 正是由于 MATLAB 中的圖形用戶界面 (GUI)有強(qiáng)大的功能、顯著的優(yōu)點(diǎn)、方便快捷的設(shè)計(jì)方法、簡單明了的顯示方式，所以在討論了 IIR 數(shù)字濾波器和 FIR 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)及其 MATLAB 實(shí)現(xiàn)以后，制作了一個(gè)圖形用戶界面 —— 濾波器分析系統(tǒng)，這個(gè)圖形界面內(nèi)容包含了上述各章介紹的各種濾波器，還添加了 IIR 濾波器和 FIR 濾波器的 分析和比較，目的是更加清晰的介紹各種濾波器，并加以直觀形象的分析和選擇。不管是對初學(xué)者還是對研究分析者，希望此界面能起到一定的幫助和啟發(fā)作用。下面將具體的介紹此圖形用戶界面 —— 濾波器分析系統(tǒng)。 功能分析 需求分析 設(shè)計(jì)檢查 程序測試 編寫代碼 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 濾波器分析系統(tǒng)的初始界面 在用圖形用戶界面設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意很多方面的問題，最主要的就是按照設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行：由需求分析開始，進(jìn)而到功能分析，再進(jìn)行設(shè)計(jì)檢查，編寫代碼，最后進(jìn)行程序調(diào)試。在設(shè)計(jì)此圖形用戶界面時(shí)，把濾波器分析系統(tǒng)分成兩個(gè)界面進(jìn)行設(shè)計(jì)，第一個(gè)是濾波器分析系統(tǒng)的初始界面，包括了此次設(shè)計(jì)的標(biāo)題，歡迎圖形 ，及進(jìn)入下一個(gè)界面的按鈕 (WELCOM)及退出按鈕 (CLOSE)；第二個(gè)界面是濾波器分析系統(tǒng)的主界面。 我們看到的初始界面是一個(gè)完整的整體，但在計(jì)算機(jī)后臺，設(shè)計(jì)初始界面由四部分組成： (1)可編輯文本框 (Editable text)，用于顯示輸入文本，即此次設(shè)計(jì)的標(biāo)題及內(nèi)容信息，對其進(jìn)行屬性的編輯調(diào)整可以隨意簡便的進(jìn)行信息的寫入。圖 42為其屬性編輯控制器。 圖 42 屬性編輯控制器 (2)坐標(biāo)軸對象 (Axes)，用于顯示圖形，它根據(jù)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)程序顯示圖形，柯進(jìn)進(jìn)：基 于 MATLAB 的數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) 28 例如現(xiàn)在顯示的圖形為一個(gè)三維圖像，是通過 編寫程序進(jìn)而在執(zhí)行時(shí)調(diào)用編寫的M文件而實(shí)現(xiàn)的。其命令為： [X,Y]=meshgrid(3:.125:3)。 Z=peaks(X,Y)。 surf(X,Y,Z)。 axis([3 3 3 3 10 5]) (3)命令按鈕 (Push Buttons)，即初始界面中的按鍵 WELCOM及按鍵 CLOSE，單擊命令按鈕時(shí)，會產(chǎn)生相應(yīng)的動作，比如當(dāng)按下 WELCOM鍵時(shí)會執(zhí)行命令并跳轉(zhuǎn)到濾波器分析系統(tǒng)的主界面，即執(zhí)行命令 ： function WELCOM_Callback(hObject, eventdata, handles) addpath (39。D:\MATLAB71\work\bysj\liang\ \Filter Design39。) run (39。D:\MATLAB71\work\bysj\liang\ \Filter Design\39。) 又如當(dāng)按下 CLOSE 鍵時(shí)，會彈出一個(gè)問題顯示對話框，詢問使用者是否關(guān)閉界面，點(diǎn)擊 Yes 將關(guān)閉，點(diǎn)擊 No將返回界面控制。如圖 43 所示： 圖