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基于圖形交互式的信號(hào)處理cai軟件設(shè)計(jì)及開(kāi)發(fā)畢業(yè)論文-文庫(kù)吧資料

2025-06-25 12:58本頁(yè)面
  

【正文】 序列基本計(jì)算模塊 回調(diào)函數(shù)編寫(xiě)的基本原理 在數(shù)字信號(hào)處理中,對(duì)信號(hào)所做的基本運(yùn)算有相加、相乘、信號(hào)能量、信號(hào)功率、信號(hào)的抽樣和、信號(hào)的抽樣積等,在此模塊中主要使用MATLAB中的基本表達(dá)式來(lái)實(shí)現(xiàn),下面分別介紹:圖54 復(fù)指數(shù)函數(shù)信號(hào)的產(chǎn)生演示(2) 基本離散信號(hào)的產(chǎn)生界面演示下面以信號(hào)區(qū)間為[1:10],頻率為5的正弦序列的產(chǎn)生為例來(lái)進(jìn)行演示。 界面使用演示(1) 基本連續(xù)信號(hào)的產(chǎn)生界面演示下面以信號(hào)區(qū)間為[0:6],頻率為10,來(lái)進(jìn)行演示。(2)基本離散信號(hào)的產(chǎn)生界面:可以產(chǎn)生單位脈沖序列、單位階躍序列、矩形序列、實(shí)指數(shù)序列、正弦序列、余弦序列、復(fù)指數(shù)序列、周期序列幾種離散信號(hào)。(1)基本連續(xù)信號(hào)的產(chǎn)生界面:可以產(chǎn)生單位沖激函數(shù)、單位階躍函數(shù)、復(fù)指數(shù)函數(shù)幾種連續(xù)信號(hào)。% n8為序列的區(qū)間。MATLAB實(shí)現(xiàn):xx=x′*ones(1,N)。% n7為序列的區(qū)間% n6為序列的區(qū)間% n5為序列的區(qū)間% n4為序列的區(qū)間MATLAB實(shí)現(xiàn):x3=[(n3=ns)amp。% ne為序列的終點(diǎn)MATLAB實(shí)現(xiàn):x2=[(n2=ns)amp。%n1為序列的區(qū)間,ns為序列的起點(diǎn)(2) 基本離散信號(hào)的產(chǎn)生MATLAB實(shí)現(xiàn):x3=exp((u+j*w)*t)。%n1為t1對(duì)應(yīng)的樣本序號(hào)單位階躍函數(shù)在t=處躍升可寫(xiě)為u。 MATLAB實(shí)現(xiàn):x1=zeros(1,st)?;具B續(xù)信號(hào)的實(shí)現(xiàn)原理和MATLAB表達(dá)式如下: 基本信號(hào)的產(chǎn)生模塊 回調(diào)函數(shù)編寫(xiě)的基本原理(1) 基本連續(xù)信號(hào)的產(chǎn)生嚴(yán)格的說(shuō)來(lái)只有用符號(hào)推理的方法才能分析連續(xù)系統(tǒng),用數(shù)值方法是不能表示連續(xù)信號(hào)的,因?yàn)樗o出的是各個(gè)樣本點(diǎn)的數(shù)據(jù),只有當(dāng)樣本點(diǎn)取得很密時(shí)才可看成連續(xù)信號(hào)。圖53 信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主界面 界面功能主界面是用于進(jìn)入信號(hào)處理各個(gè)實(shí)驗(yàn)子界面的,它使用菜單及其一些按鈕控件來(lái)實(shí)現(xiàn),將各個(gè)實(shí)驗(yàn)子界面有機(jī)地聯(lián)系到一起,使界面美觀,易于操作。圖52 信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)說(shuō)明界面 主界面模塊 回調(diào)函數(shù)的編寫(xiě) 直接在菜單的callback屬性選項(xiàng)中輸入各個(gè)實(shí)驗(yàn)子界面及說(shuō)明界面的回調(diào)函數(shù)名來(lái)實(shí)現(xiàn)將各個(gè)按鈕和菜單與相應(yīng)的界面聯(lián)系起來(lái)。系統(tǒng)說(shuō)明界面是用于簡(jiǎn)單介紹實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及各個(gè)實(shí)驗(yàn)子界面的內(nèi)容及使用方法。用戶(hù)只要單擊界面中的“開(kāi)始”按鈕就可進(jìn)入實(shí)驗(yàn)主界面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。引導(dǎo)模塊界面如圖51所示。 引導(dǎo)模塊 回調(diào)函數(shù)的編寫(xiě)在開(kāi)始按鈕和系統(tǒng)說(shuō)明按鈕的callback屬性選項(xiàng)中,直接調(diào)用主界面的回調(diào)函數(shù)名main和函數(shù)push,將開(kāi)始引導(dǎo)界面和主界面、系統(tǒng)說(shuō)明界面聯(lián)系起來(lái)。具體的編寫(xiě)在介紹各界面功能時(shí)再詳細(xì)介紹。);即在axes1句柄對(duì)象上繪制脈沖圖形,標(biāo)題為‘矩形序列’,橫坐標(biāo)的標(biāo)號(hào)為n,縱坐標(biāo)的標(biāo)號(hào)為x[n]。);xlabel(‘n’);ylabel(39。(1) 語(yǔ)法:axes(H) 指定在H句柄對(duì)象上繪圖(2) 舉例:axes(axes1);stem(n,x);title(39。),即可在可編輯文本框中輸出表達(dá)式2**5。, 39。(2) 舉例:,則執(zhí)行set(,39。PropertyValue39。PropertyName39。PropertyName39。(1) 語(yǔ)法:該函數(shù)有如下幾種表達(dá)形式可把signal_x1的值賦給x1。, mat2str(yk,2)),可在可編輯文本框中輸出相應(yīng)的字符串由mat2str(yk,2)轉(zhuǎn)化來(lái)的字符串(mat2str(yk,2)是將矩陣yk轉(zhuǎn)化為字符串)。(2) 舉例:,則執(zhí)行set(, 39。eval(expression) 將執(zhí)行指定的表達(dá)式,用戶(hù)可以使用方括號(hào)連接子串和變量來(lái)構(gòu)造新的表達(dá)式:expression=[string1,int2str(var),string2,…]eval函數(shù)的應(yīng)用eval函數(shù)是用于執(zhí)行一個(gè)包含表達(dá)式的字符串。string39。) 獲取H的句柄對(duì)象的屬性值,由PropertyName所指定屬性的當(dāng)前值。get(H, 39。(1) 語(yǔ)法:該函數(shù)有如下幾種表達(dá)形式編程時(shí)將各個(gè)控件之間以及控件自身的選項(xiàng)聯(lián)系起來(lái),主要用到get、set、eval、axes函數(shù),下面分別對(duì)其進(jìn)行介紹。圖42 主界面的菜單在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)子界面中創(chuàng)建的菜單項(xiàng)都是相同的,如圖43所示的“基本連續(xù)信號(hào)的產(chǎn)生”界面的菜單項(xiàng)圖43 子界面的菜單 圖形用戶(hù)界面控件編程圖形用戶(hù)界面的實(shí)現(xiàn)任務(wù)之一就是控制這些控件如何響應(yīng)用戶(hù)的行為。(2) 自制的菜單,在子界面中包括Clear、Option、Exit三個(gè)菜單,其中Clear下有Cleal Figure和Clear Input和Clear Output三個(gè)子菜單,用于清除輸入、輸出框中的數(shù)據(jù)和輸出圖形;Option下有Grid on 和Grid off兩個(gè)選項(xiàng),分別用于給圖形加上柵格和去除柵格;Exit用于退出實(shí)驗(yàn)子界面。本設(shè)計(jì)過(guò)程中直接使用了Menu Editor來(lái)設(shè)計(jì)菜單,具體設(shè)計(jì)方法在介紹菜單編輯器時(shí)已經(jīng)詳細(xì)介紹過(guò),在本設(shè)計(jì)中菜單的功能如下。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所有界面均設(shè)置為‘normalised’。Units屬性該屬性是用于設(shè)置圖形窗口的坐標(biāo)單位。在引導(dǎo)界面、主界面和說(shuō)明界面中,此項(xiàng)均設(shè)置為‘off’。離散信號(hào)的卷積和典型IIR濾波器的“width”設(shè)為‘’,“height”設(shè)為‘’,其它界面的“width”設(shè)為‘’,“height”設(shè)為‘’。Name屬性該屬于是用于設(shè)置圖形窗口標(biāo)題欄上的顯示名稱(chēng)。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中,引導(dǎo)界面、主界面和說(shuō)明界面中,此項(xiàng)均設(shè)置為‘none’,其它實(shí)驗(yàn)子界面此項(xiàng)設(shè)為‘figure’。MenuBar屬性 該屬性是用于設(shè)置圖形窗口菜單條形式。Color屬性該屬性是用于設(shè)置界面窗口的背景顏色,采用RGB(紅,綠、藍(lán))配色原理。本設(shè)計(jì)只對(duì)窗口的以下幾個(gè)屬性進(jìn)行改變,其它屬性值均采用默認(rèn)值。 Callback 定義控件對(duì)象的控制動(dòng)作,設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)它為%automatic,來(lái)使系統(tǒng)自動(dòng)產(chǎn)生回調(diào)函數(shù),以便函數(shù)的編寫(xiě); Tag 標(biāo)記控件的名字,在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí),可以利用該名字來(lái)指定控件; FroegroundColor 設(shè)置控件的字體顏色; FrontName 設(shè)置控件的字體; 控件屬性的設(shè)置本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的主要修改以下幾種控件的屬性:坐標(biāo)軸用于實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖形的輸出顯示??蚣転榱俗層脩?hù)界面看起來(lái)層次分明,容易被用戶(hù)理解,把作用相關(guān)的一組控件用框架框起來(lái)。命令按鈕當(dāng)界面執(zhí)行的功能比較單一時(shí),直接采用命令按鈕,只有單擊該按鈕,就可以執(zhí)行相應(yīng)的操作并得出相應(yīng)的結(jié)果。彈出式菜單用于用戶(hù)從中選擇互相不同的實(shí)驗(yàn)選項(xiàng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),當(dāng)用戶(hù)選中其中的一個(gè)表項(xiàng)并單擊時(shí),該表項(xiàng)就會(huì)出現(xiàn)在信息顯示框中,就可以執(zhí)行相應(yīng)的操作并得出相應(yīng)的結(jié)果。列表框用于用戶(hù)從中選擇相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)選項(xiàng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),當(dāng)選項(xiàng)比較多時(shí),本設(shè)計(jì)采用了列表框,只要單擊其中一個(gè)選項(xiàng),就可以執(zhí)行相應(yīng)的操作并得出相應(yīng)的結(jié)果??删庉嬑谋究蛴糜谶M(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入及輸出,可進(jìn)行單行或多行輸入及輸出,并且可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改。靜態(tài)文本框用來(lái)靜態(tài)顯示文本字符串,在本設(shè)計(jì)中用于顯示其它控件的說(shuō)明信息,用來(lái)幫助說(shuō)明其它控件的用途等,還有用作顯示數(shù)據(jù)輸出。下面分別介紹各個(gè)控件在本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的具體用途。 控件對(duì)象本設(shè)計(jì)中用到的控件對(duì)象有以下幾個(gè):靜態(tài)文本框(Static text)、可編輯文本框(Editable text)、框架(Frame)、列表框(List box)、彈出式菜單(Popup menu)、命令按鈕(Push button)幾種??偣灿兴膫€(gè)模板,本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中使用默認(rèn)模板(Blank GUI)。對(duì)于基于MATLAB圖形用戶(hù)界面的設(shè)計(jì),它的設(shè)計(jì)過(guò)程非常類(lèi)似于VB的編程過(guò)程,本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工程可以分為以下兩個(gè)部分:(1) 圖形用戶(hù)界面外觀設(shè)計(jì):主要是通過(guò)對(duì)話框、按鈕、文本框等許多工具的使用,設(shè)計(jì)出一個(gè)圖形用戶(hù)界面,同時(shí)也應(yīng)清楚這個(gè)圖形界面的功能是什么,即在圖形界面上的操作會(huì)引起什么樣的響應(yīng)。系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖,如圖31所示。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)總共包括十個(gè)模塊:引導(dǎo)模塊、主模塊、簡(jiǎn)介模塊、基本信號(hào)的產(chǎn)生模塊、序列基本計(jì)算模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、卷積模塊、傅里葉變換模塊、Z變換模塊、濾波器設(shè)計(jì)模塊。3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的步驟在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,界面布局設(shè)計(jì)采用自底向上的設(shè)計(jì)方法,即先設(shè)計(jì)各個(gè)實(shí)驗(yàn)子界面再設(shè)計(jì)主界面,最后設(shè)計(jì)引導(dǎo)界面。字體屬性:包括fontname,fontsize等。enable屬性:表示該控件有效,如果“on”則表示有效,如果“off”則表示無(wú)效。大部分控件都有以下屬性:sting屬性:用于顯示在控件上的字符串,起說(shuō)明或提示作用。各控件的具體功能如表28所示。以上三點(diǎn),就是要求在設(shè)計(jì)整個(gè)過(guò)程中貫穿以人為本的設(shè)計(jì)理念,設(shè)計(jì)者應(yīng)該經(jīng)常考慮以下兩個(gè)問(wèn)題:一是用戶(hù)在沒(méi)有熟悉界面之前,完成一個(gè)操作需要多長(zhǎng)時(shí)間?二是用戶(hù)在熟悉界面后,完成一個(gè)普通操作需要多長(zhǎng)的時(shí)間?總之,便于用戶(hù)操作是最重要的。熟悉性意味著系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)盡量保持與該類(lèi)流行界面相似,比如VC的對(duì)話框風(fēng)格,視圖的風(fēng)格、MATLAB的Figure風(fēng)格。用戶(hù)可以很快提取對(duì)自己有用的信息。簡(jiǎn)單地說(shuō),一個(gè)好的界面應(yīng)遵循的標(biāo)準(zhǔn)可以用九個(gè)字來(lái)概括:簡(jiǎn)潔性、一致性、熟悉性。 GUI設(shè)計(jì)的原則由于要求不同,設(shè)計(jì)出來(lái)的界面也是千差萬(wàn)別的。這種反復(fù)過(guò)程是正常開(kāi)發(fā)無(wú)法避免的。另外,開(kāi)發(fā)流程不是單向進(jìn)行的,有時(shí)有一個(gè)反復(fù)的過(guò)程。(4) 在初始化函數(shù)中添加代碼;(5) 在回調(diào)函數(shù)中添加代碼; 這些回調(diào)函數(shù)有的是針對(duì)窗口而言的,還有的是針對(duì)具體控件而言的,學(xué)會(huì)了回調(diào)函數(shù)的編寫(xiě)將有助于高效編寫(xiě)MATLAB圖形用戶(hù)界面程序 GUI的設(shè)計(jì)流程和設(shè)計(jì)原則 GUI的設(shè)計(jì)流程GUI開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的一般流程圖如圖27所示:開(kāi) 始任務(wù)定義草圖設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)檢測(cè)編寫(xiě)代碼代碼檢測(cè)結(jié)束圖27 開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)流程圖從圖中可以看出,整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程分為兩部分:設(shè)計(jì)階段和實(shí)現(xiàn)階段。它會(huì)傳遞一個(gè)輸入變量給GUIDE生成的所有回調(diào)函數(shù)。其主要內(nèi)容包括:(1) 創(chuàng)建GUI的M文件;(2) 打開(kāi)GUI的M文件;(3) 在回調(diào)間共享數(shù)據(jù);通過(guò)將數(shù)據(jù)保存到MATLAB handles結(jié)構(gòu)中,可以實(shí)現(xiàn)回調(diào)間的數(shù)據(jù)共享。單擊輸出編輯器工具條上的圖標(biāo)打開(kāi)M文件。這個(gè)GUI的M文件會(huì)初始化GUI,并在GUI顯示屏幕上顯示以前包含的代碼來(lái)完成任務(wù)。設(shè)計(jì)好GUI以后,可以用M文件編輯器編寫(xiě)GUI的M文件。這兩個(gè)文件與GUI顯示和編程任務(wù)相對(duì)應(yīng)。圖25 GUI界面(.fig文件) GUI的FIG文件和M文件GUIDE把GUI保存在兩個(gè)文件中,它們?cè)诘谝淮伪4婊蜻\(yùn)行時(shí)生成。在輸出編輯器外顯示功能GUI?;卣{(diào)函數(shù)是字符串,可以包含任何MATLAB的合法指令和M文件名,回調(diào)的作用是將字符串用“eval”執(zhí)行,以實(shí)現(xiàn)菜單的功能。 “Label”欄用來(lái)填寫(xiě)菜單項(xiàng)的名稱(chēng),如果在前面加“amp。該菜單編輯器如圖24所示。圖23 在輸出編輯器中拖放控件 菜單編輯器菜單系統(tǒng)的設(shè)置可以通過(guò)菜單編輯器來(lái)完成。例如把一個(gè)按鈕和一個(gè)坐標(biāo)軸拖拉到輸出區(qū)域,效果如圖23所示。圖22顯示了空白GUI模板的輸出編輯器。 輸出編輯器在GUIDE中打開(kāi)GUI以后,它顯示在輸出編輯器中。 啟動(dòng)GUIDE在命令窗口中鍵入guide或通過(guò)文件→新建→GUI,啟動(dòng)GUIDE顯示如圖21所示圖21 “GUIDE Quick Start”對(duì)話框打開(kāi)“GUIDE Quick Start”對(duì)話框,利用GUIDE模板創(chuàng)建新的GUI,或者打開(kāi)已經(jīng)存在的GUI。該文件初始化GUI并包含一個(gè)所有GUI回調(diào)(用戶(hù)單擊GUI控件時(shí)執(zhí)行的命令)的框架??梢杂肎UIDE完成下面的任務(wù)。 創(chuàng)建GUI的步驟MATLAB圖形用戶(hù)界面開(kāi)發(fā)環(huán)境(GUIDE)提供了一系列創(chuàng)建圖形用戶(hù)界面(GUI)的工具。MATLAB提供了一個(gè)專(zhuān)門(mén)的GUI設(shè)計(jì)工具——GUIDE。MATLAB應(yīng)用程序接口(API):這是一個(gè)庫(kù),它允許用戶(hù)編寫(xiě)可以和MATLAB進(jìn)行交互的C或Fortan語(yǔ)言程序。圖形處理:用MATLAB可以將向量和矩陣用圖形表現(xiàn)出來(lái),并且可以對(duì)圖形進(jìn)行標(biāo)注和打印。MATLAB語(yǔ)言:這是一個(gè)高級(jí)的矩陣/陣列語(yǔ)言,它包括控制語(yǔ)句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入輸出和面向?qū)ο蟮木幊烫攸c(diǎn)。包括MATLAB桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于瀏覽幫助、工作空間、文件的瀏覽器。開(kāi)發(fā)環(huán)境:由一系列工具組成。工具箱是MATLAB函數(shù)的子程序庫(kù),每一個(gè)工具箱都是為某一類(lèi)學(xué)科專(zhuān)業(yè)和應(yīng)用而定制的,主要包括信號(hào)處理、控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、小波分析和系統(tǒng)仿真等方面的應(yīng)用。采用MATLAB編制解決上述問(wèn)題的程序比用采用只支持標(biāo)量和非交互式的編程語(yǔ)言(C語(yǔ)言和Fortan語(yǔ)言)更加方便。MATLAB是一個(gè)交互式系統(tǒng)(寫(xiě)程序與執(zhí)行命令同步),其基本的數(shù)據(jù)元素是沒(méi)有維數(shù)限制的陣列。在MATLAB環(huán)境中描述問(wèn)題及編制求解問(wèn)題的程序時(shí),用戶(hù)可以按照符合人們科學(xué)思維的方式和數(shù)學(xué)表達(dá)習(xí)慣的語(yǔ)言形式來(lái)書(shū)寫(xiě)程序。(4) 系統(tǒng)易于擴(kuò)展新的實(shí)驗(yàn),以不斷豐富信號(hào)處理系統(tǒng)的內(nèi)容。 (2) 具有數(shù)據(jù)輸入輸出、圖形輸出、數(shù)據(jù)修改和文件保存、打印等功能。 設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容本設(shè)計(jì)為基于信號(hào)處理的實(shí)驗(yàn)軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā),是利用MATLAB的可視化圖形用戶(hù)界面(GUI)工具和信號(hào)處理知識(shí),設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的圖形用戶(hù)界面的總體結(jié)構(gòu),能夠用于完成相關(guān)的信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)。為了使那些未學(xué)過(guò)MATLAB的學(xué)生同樣能方便地進(jìn)行信號(hào)的分析與處理,也為了對(duì)信號(hào)的分析與處理更加方便快捷、更加高效實(shí)用,設(shè)計(jì)了基于MATLAB的信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。但是依靠MATLAB工具箱仍然不能直接地完
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