【正文】 %產(chǎn)生階躍信號axes(),stairs(t,x2),axis([0,5,0,]),title(39。))。),ylabel(39。 % 給出t1處的脈沖信號axes(),stairs(t,x1),axis([0,5,0,]) ,title(39。st=length(t)。if v==1% (1)單位脈沖信號% 在t1(t(1)≤t1≤t(end))處有一持續(xù)時間為dt,面積為1的脈沖信號,其余時間均為零。 %脈沖持續(xù)的時間t=[tt(1):dt:tt(end)]。))。此外，學(xué)生還可以對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行打印和保存。圖520 完全I(xiàn)IR濾波器的設(shè)計(jì)演示結(jié)束語信號處理類課程是高等院校電氣信息學(xué)科學(xué)生的必修課程，它不僅是電類專業(yè)和信息類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程,而且也是工科學(xué)生受益較多的一門課程。圖518 FIR濾波器線性的判斷演示l IIR濾波器的設(shè)計(jì)演示(1) 典型IIR濾波器的設(shè)計(jì)采用沖激響應(yīng)不變法設(shè)計(jì)高通Chebyshev I型數(shù)字濾波器，通帶上限臨界頻3Hz，阻帶臨界濾波頻率5Hz，抽樣頻率1000Hz，通帶截止頻率wp=，阻帶截止頻率ws=，中心頻率wc=，通帶內(nèi)最大衰減Rp=，阻帶內(nèi)最小衰減Rs=80 dB。單位脈沖響應(yīng)h(n)的長度為30，阻帶最小衰減為60dB，頻率響應(yīng)點(diǎn)數(shù)為500，繪出h(n)及其頻率響應(yīng)特性曲線。 (2)完全I(xiàn)IR濾波器的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)界面：可以直接輸入所要求設(shè)計(jì)的數(shù)字濾波器的指標(biāo)，然后再滑動窗口中選擇相應(yīng)的窗設(shè)計(jì)法，就可以得到設(shè)計(jì)結(jié)果。如果系統(tǒng)是線性的則會在輸出框中輸出此濾波器的類型、振幅及相位、群時延，同時還在圖形框中輸出其頻率響應(yīng)。l FIR濾波器界面功能(1)窗函數(shù)的頻率響應(yīng)實(shí)驗(yàn)界面：只需在輸入框中輸入窗口的長度，及所需的阻帶最小衰減，在下拉菜單中選擇相應(yīng)的項(xiàng)，就可以輸出相應(yīng)的頻率響應(yīng)及其圖形。(2)完全I(xiàn)IR濾波器的設(shè)計(jì)MATLAB信號處理工具箱提供了幾個直接設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器的函數(shù)，它們把典型濾波器的幾個步驟集成了一個函數(shù)，直接調(diào)用就可以設(shè)計(jì)濾波器了，這就叫做完全濾波器設(shè)計(jì)。③運(yùn)用最小階數(shù)N產(chǎn)生模擬濾波器原型。濾波器轉(zhuǎn)換成數(shù)字濾波器，這些過程已成為一整套成熟的設(shè)計(jì)程序。線性相位FIR濾波器的相位延遲和群延遲在整個頻率段上市相等而不變的，對于n階的線性相位FIR濾波器而言，其群延遲為n/2,并且濾波后的信號被簡單地延遲了n/2時間步長（同時信號的傅氏變換的幅度也被濾波器的幅度響應(yīng)按一定的比例增大或減?。１驹O(shè)計(jì)中介紹了常用的種窗函數(shù)，即矩形窗(Ractangular)、 漢寧窗(Hanning)、海明窗(Hamming)、布萊克曼窗 (Blackman)、凱澤—貝塞爾窗(Kaiserbassel)、巴特里特窗(Batlett)。FIR濾波器的設(shè)計(jì)方法有許多種，在MATLAB信號處理工具箱中提供的FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法有兩種：窗函數(shù)設(shè)計(jì)法和等波紋最佳一致逼近法。IIR濾波器保留了模擬濾波器較好的幅度特性，設(shè)計(jì)簡單有效。圖515 由系統(tǒng)函數(shù)及輸入信號的Z變換求輸出演示 濾波器設(shè)計(jì)模塊 數(shù)字濾波器是數(shù)字信號處理的一個重要的技術(shù)分支。具體操作：在“x(n)的系數(shù)”中輸入x(n)的系數(shù)[1,]，在“y(n)的系數(shù)”中輸入y(n)的系數(shù)［1,2,6］, 在“x(n)的初始條件”中輸入x(n)的初始條件[1,1],在“y(n)的初始條件”中輸入y(n)的初始條件[2,1],在“輸入的序列值”中輸入cos(2*pi*n/5)，然后單擊“yn”按鈕，就可以在輸出框及圖形框中輸出如圖514所示結(jié)果。具體操作：在“輸入序列x1的區(qū)間”中輸入?yún)^(qū)間［0:3］在“ 輸入序列x1的值”中輸入序列 [1,2,3,6]，同理在“輸入序列x2的區(qū)間”和“輸入序列x2的值”中輸入相應(yīng)的數(shù)據(jù)，然后單擊“ZT(x1*x2)”按鈕，就可得到Z變換結(jié)果，結(jié)果如圖512所示。 (2)序列的逆Z變換，可以用留數(shù)法和長除法兩種方法來實(shí)現(xiàn)，只需在輸入框中輸入Z變換表達(dá)式的分子及分母系數(shù)和序列的輸出區(qū)間，分別按下相應(yīng)的按鈕就可以在輸出框及圖形框中輸出相應(yīng)的結(jié)果。否則，將程序無法正常調(diào)用會提示出現(xiàn)錯誤，不能得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果和圖形。（其中b為X(z)的分子系數(shù)，a為X(z)的分母系數(shù)，Nq+NM1為X(z)分母比分子高的階數(shù)）。 (2)逆Z變換通常有留數(shù)法和長除法。但是Z變換是Z的有理分式，雖然其逆Z變換是無限序列，但求它的系數(shù)和指數(shù)都是數(shù)值計(jì)算的范疇，可以用MATLAB解決。 圖511 有限序列的離散傅里葉逆變換演示 Z變換模塊 回調(diào)函數(shù)編寫的基本原理(1)Z變換是時域離散信號和系統(tǒng)分析及設(shè)計(jì)的重要數(shù)學(xué)工具。 界面使用演示(1) 基本序列的離散傅里葉變換以復(fù)指數(shù)序列的變換為例，要產(chǎn)生序列長度為20。 界面功能此模塊包括基本序列的離散傅里葉變換和有限長序列的傅里葉變換兩個實(shí)驗(yàn)界面。此外，MATLAB提供了快速計(jì)算傅里葉變換的函數(shù)fft，它使DFT 的運(yùn)算速度量提高了若干數(shù)量級。其實(shí)質(zhì)是對有限長序列頻譜的離散化，即通過DFT使時域有限長序列與頻域有限長序列相對應(yīng)，從而可在頻率域用計(jì)算機(jī)進(jìn)行信號處理?！皶r間”或“頻率”取連續(xù)值還是離散值，就形成各種不同形式的傅里葉變換對。此時，再按“x1[n]*y[n]”按鈕，則 可以在z[n]序列輸出框及圖形框中輸出相應(yīng)的卷積結(jié)果和圖形。如圖58所示。執(zhí)行此操作后可以在輸出框中輸出相應(yīng)的卷積結(jié)果，在圖形窗中輸出原信號和卷積后信號的圖形；或者單擊“卷積”按鈕，則可在相應(yīng)的輸出框和圖形框中立刻得到最終結(jié)果。令|x(n): |和|h(n):|是兩個有限長序列，那么得到y(tǒng)(n)的起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)分別是和。(1) 離散卷積如果任意序列是無限長的，那么就不能直接用MATLAB來計(jì)算卷積。圖57 上采樣演示 卷積模塊 回調(diào)函數(shù)編寫的基本原理信號的卷積運(yùn)算包括連續(xù)卷積和離散卷積兩種。信號的上采樣是將采樣頻率增加到原來采樣頻率的若干倍，然后再次對原信號進(jìn)行采樣；信號的下采樣是將原采樣頻率降低到原來的若干倍后，對原信號進(jìn)行采樣，此實(shí)驗(yàn)中（原采樣信號的采用點(diǎn)數(shù)輸入設(shè)為大于等于200個點(diǎn)）。抽樣的最簡單的方法是在v(n)每相鄰兩個點(diǎn)之間值設(shè)為零，即用MATLAB實(shí)現(xiàn)下采樣的函數(shù)為decimate，格式如下：y＝decimate(sig,N1)),返后回的是以原采樣率的1/N1(N1應(yīng)為整數(shù))倍的采樣率重采樣的序列。插值最簡單的方法是在x(n)每相鄰兩個點(diǎn)之間補(bǔ)L1個零，然后再進(jìn)行低通濾波處理。圖56 序列的抽樣和演示 數(shù)據(jù)采集模塊 回調(diào)函數(shù)編寫的基本原理數(shù)字信號處理的對象，是在采樣時鐘的控制之下，通過轉(zhuǎn)換器在一定的采樣率之下對模擬信號進(jìn)行采樣后而得到的。用戶只需在“信號區(qū)間n1”中輸入信號x1的區(qū)間n1，在“信號區(qū)間n2”中輸入信號x2的區(qū)間n2，在輸入框中的下拉菜單中選擇“信號相加”或“信號相乘”選項(xiàng)；或是在比例系數(shù)編輯框輸入相應(yīng)的系數(shù)，在輸入框中的下拉菜單中選擇“改變信號的比例”選項(xiàng)；或是在“信號區(qū)”輸入信號區(qū)間n，在“信號x”中輸入信號x，在輸入框中的下拉菜單中選擇“抽樣和”、“抽樣積”、“信號能量”“信號功率”幾項(xiàng)中的任一項(xiàng)。抽樣積： y=MATLAB實(shí)現(xiàn)：y=prod(x(n1:n2))；信號折疊： y(n)= x(n)MATLAB實(shí)現(xiàn)：y=fliplr(x)。信號加： x(n)=x1(n)+x2(n)MATLAB實(shí)現(xiàn)：x=x1+x2；注意：x1和x2序列應(yīng)該具有相同的長度，位置對應(yīng)，才能相加。具體操作：在“信號的時間區(qū)間”輸入信號顯示的區(qū)間[0:6]，在“脈沖寬度dt”（作為信號產(chǎn)生的時間間隔），在“復(fù)指數(shù)函數(shù)頻率”輸入頻率10，在“復(fù)指數(shù)函數(shù)相位”，然后從下拉菜單中選擇復(fù)指數(shù)函數(shù)選項(xiàng)，就可以得到如圖54所示的結(jié)果。只需在信號的時間區(qū)間的編輯框中輸入信號顯示區(qū)間、脈沖寬度dt編輯框中輸入脈沖寬度（同時作為時間間隔），在信號的突變點(diǎn)編輯框中輸入信號的突變點(diǎn)（用于單位沖激函數(shù)和單位階躍函數(shù)信號的突變點(diǎn)），在頻率和相位框輸入相應(yīng)的參數(shù)，然后從下拉菜單中選擇相應(yīng)的信號選項(xiàng)，就可以在輸出框中輸出相應(yīng)數(shù)據(jù)，在圖形框中輸出相應(yīng)的圖形。x8=(xx(:))′。復(fù)指數(shù)序列MATLAB實(shí)現(xiàn)：x7=exp((sigma+plex_w*j)*n7)。正弦序列x(n)=sin(),MATLAB實(shí)現(xiàn)：x5=sin(sw*n5)。(n3=ne)]。(n2=ne)]。單位脈沖序列MATLAB實(shí)現(xiàn)：x1=[(n1ns)==0]。復(fù)指數(shù)函數(shù)若=0，它是指數(shù)函數(shù)，如u=0，則為虛指數(shù)函數(shù)，其實(shí)部為余弦函數(shù)，虛部位正弦函數(shù)。%st為信號的持續(xù)時間所謂密，是相對信號變化的快慢而言，以下均假定相對于采樣點(diǎn)密度而言，信號變化足夠慢。主模塊的界面外觀如圖53所示。 單擊“系統(tǒng)說明”按鈕就可以了解系統(tǒng)的相關(guān)信息。改變MATLAB當(dāng)前工作路徑，這樣就可直接在MATLAB環(huán)境中輸入相應(yīng)的命令，就可進(jìn)入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。 回調(diào)函數(shù)回調(diào)函數(shù)是用戶界面的核心，在用戶界面中用于完成界面的功能，在本設(shè)計(jì)中涉及到的回調(diào)函數(shù)的編寫實(shí)現(xiàn)功能的有命令按鈕、下拉菜單和界面菜單。矩形序列39。2**539。) 設(shè)置H句柄對象的PropertyName屬性名的PropertyValue屬性值。set(H , 39。set(H , 39。 輸出函數(shù)set函數(shù)的應(yīng)用set函數(shù)是用于設(shè)置或修改圖形對象的屬性。string39。[a1，a2，a3,…]=eval(expression) 執(zhí)行指定的表達(dá)式并將結(jié)果返回到指定的輸出變量中。)，即獲取可編輯文本框輸入的表達(dá)式‘2**5’。PropertyName39。 輸入函數(shù)get函數(shù)的應(yīng)用 get函數(shù)是用于獲得圖形對象的屬性。在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主界面中創(chuàng)建的菜單項(xiàng)如圖42所示。 菜單的設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，在實(shí)驗(yàn)子界面中除使用系統(tǒng)約定的菜單條外，還增加了幾個控制背景和退出實(shí)驗(yàn)的菜單；引導(dǎo)界面中不使用菜單；主界面中將所有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目做成菜單的形式，只要通過選擇相應(yīng)的菜單選項(xiàng)，就可以進(jìn)入實(shí)驗(yàn)。通過設(shè)置此屬性，使各個窗口打開時的大小基本一致。在引導(dǎo)界面中設(shè)為“歡迎使用信號處理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”，在主界面中設(shè)為“實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主界面”，其它實(shí)驗(yàn)子界面設(shè)為具體的實(shí)驗(yàn)名稱，通過設(shè)置此屬性，使整個系統(tǒng)各部分更加分明，更方便用戶使用。當(dāng)設(shè)置為‘none’時，無菜單條，此時可采用Menu Editor加入自己的菜單；當(dāng)設(shè)置為‘figure’時，則有系統(tǒng)約定的菜單條，如圖41所示。 Units 設(shè)置控件的大小，控件與圖形窗口的距離等單位； FrontSize 設(shè)置控件的字體大小；本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，放置好的所有界面基本布局，是輸入位于窗口的右上方，輸出位于窗口的右下方，圖形的輸出位于窗口的左邊。需要哪個控件就在相應(yīng)的控件單擊鼠標(biāo)左鍵，然后再設(shè)計(jì)窗口中需要放置的位置單擊鼠標(biāo)左鍵，即可完成放置。(2) 圖形用戶控件編程:用戶將根據(jù)在外觀設(shè)計(jì)階段所確定的圖形界面的功能，針對各個不同的圖形對象，來編寫能夠?qū)崿F(xiàn)該功能的回調(diào)函數(shù)及進(jìn)行相應(yīng)的屬性設(shè)置，確保這個圖形界面能夠完成所希望的功能. 圖形用戶界面外觀設(shè)計(jì)在MATLAB命令窗口中輸入guide，或在Matlab主菜單中點(diǎn)擊File菜單中的New選項(xiàng)，選擇其中的GUI命令，就可以顯示圖形用戶界面的設(shè)計(jì)模板。有些實(shí)驗(yàn)界面模塊下面又有下一級實(shí)驗(yàn)界面模塊，如基本信號的產(chǎn)生模塊下有基本離散信號的產(chǎn)生界面和基本連續(xù)信號的產(chǎn)生界面；卷積模塊下有離散信號的卷積界面和連續(xù)信號的卷積界面；傅里葉變換模塊下有基本序列的傅里葉變換界面和有限序列的傅里葉變換界面；Z變換模塊下有有限長序列的Z變換模塊和Z變換的應(yīng)用模塊，其中有限長序列的Z變換模塊下有序列的Z變換界面和序列的逆Z變換界面，Z變換的應(yīng)用模塊下有解差分方程界面和系統(tǒng)函數(shù)及輸入求輸出界面；濾波器設(shè)計(jì)模塊下面還有FIR濾波器設(shè)計(jì)模塊和IIR濾波器設(shè)計(jì)模塊，其中FIR濾波器模塊又包含F(xiàn)IR濾波器線性的判斷實(shí)驗(yàn)界面、窗函數(shù)的頻率響應(yīng)實(shí)驗(yàn)界面和FIR濾波器的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)界面，IIR濾波器模塊又包含完全I(xiàn)IR濾波器的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)界面和典型IIR濾波器實(shí)驗(yàn)界面。Tag屬性：控件的標(biāo)記，用于識別控件。Callback屬性：回調(diào)函數(shù)，和菜單的一樣。 控件的使用除了菜單外，控件也是很重要的界面組成部分，常用的控件包括命令按鈕、單選按鈕、開關(guān)按鈕、復(fù)選框、文本框、靜態(tài)文本、滾動條、框架、列表框、彈出式菜單和坐標(biāo)軸。一致性意味著設(shè)計(jì)系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)應(yīng)遵從統(tǒng)一的、簡單的規(guī)則，保證不出現(xiàn)例外的情況。但是，自從人們開始設(shè)計(jì)圖形界面以來，界面設(shè)計(jì)的評判標(biāo)準(zhǔn)并沒有太大的變化。后面會遇到一些無法解決的問題，因此需要對前面做局部調(diào)整?？梢栽谌魏位卣{(diào)函數(shù)中獲取handles結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)，因?yàn)閔Object和handles是GUIDE生成的所有回調(diào)函數(shù)的輸入變量。圖26 GUI界面（.m文件） GUI編程在輸出編輯器中GUI的屬性設(shè)置以后，下一步工作就是編程。GUIDE會在第一次保存或運(yùn)行GUI時生成這個文件。一個是FIG文件，它包含對GUI和GUI控件的完整描述；另一個是M文件，它包含控制GUI的代碼，包括其控件的回調(diào)。 運(yùn)行GUI從“Tools”菜單選擇“Run”選項(xiàng)或單擊按鈕，運(yùn)行GUI。圖24 菜單編輯器在菜單編輯器中：圖標(biāo)是新建菜單，是新建子菜單；和用來將菜單向左移和右移；和是將菜單項(xiàng)上移和下移；是刪除菜單項(xiàng)。雙擊此控件可以設(shè)置其基本屬性。它是所有GUIDE工具的控制面板。使用M文件編輯器，可以向回調(diào)中添加代碼，運(yùn)行相關(guān)函數(shù)。這些工具極大地簡化了GUI設(shè)計(jì)和生成的過程。 圖形用戶界面(GUI