【正文】 以繪制精確的曲線。對信號進(jìn)行時域分析，首先就需要將信號隨時間變化的規(guī)律用二維曲線表示出來。信號按照自變量的取值是否連續(xù)可分為連續(xù)時間信號和離散時間信號。第四章 離散信號時域運算與變換的MATLAB實現(xiàn)4．1 信號的表示及可視化信號是消息的載體，是消息的一種表現(xiàn)形式。（在guide指令作用下，待打開的文件名不區(qū)分字母大小寫）運行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)計啟動界面選擇Blank GUI(Default),確定后出現(xiàn)圖33所示的GUI設(shè)計工具界面：圖33 圖形用戶界面設(shè)計工具空白GUI設(shè)計工作臺，包括以下4個功能區(qū)：l 菜單條；l 編輯工具條；l 控件模板區(qū)；l 設(shè)計工作區(qū)：圖形用戶界面設(shè)計在該區(qū)域進(jìn)行。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)計工具M(jìn)ATLAB提供了設(shè)計、修改圖形用戶界面的專用工作臺（Layout Editor）。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’指令對回調(diào)字符串進(jìn)行解讀和執(zhí)行。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：在基本空間中會產(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。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。edit text可編輯文本框凹形方框；可使用合法的MATLAB語句、程序輸入運行。popupmenu彈出框帶操縱鍵的長方形文本框；多項“互斥”功能選擇用。多項“互容”功能選用擇用。兩狀態(tài)切換選擇用。多項“互斥”功能選擇用。表31 各控件外形、特征及應(yīng)用場合屬性值控件名控件特征及應(yīng)用場合pushbutton單功能按鍵上帶文字標(biāo)識的矩形；“按”“放”操作時會引起凹凸變化；單功能選擇用。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。l 使能（Enable）與可見性（Visible）屬性用戶菜單項可以通過使能屬性（Enable）或可見屬性(Visible)取’off’值，而暫時失能。當(dāng)用戶選用該菜單時，回調(diào)的作用是：將屬性值字符串送到eval去執(zhí)行，以實現(xiàn)該菜單功能。2. 回調(diào)屬性回調(diào)函數(shù)屬性的數(shù)值也是字符串。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。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）。該屬性有兩個取值[none︱{figure}]。每個菜單項在點擊時都會產(chǎn)生一個下拉菜單。3．3 GUI界面菜單3．3．1圖形窗的標(biāo)準(zhǔn)菜單PC平臺上，缺省情況下產(chǎn)生的MATLAB圖形窗總有一個頂層菜單條（Toplevel menu）。3．2．2 GUI的一般制作步驟界面制作包括界面設(shè)計和程序?qū)崿F(xiàn)。l 其它考慮因素除了以上對界面的靜態(tài)要求之外，還應(yīng)該注意界面的動態(tài)性能。l 習(xí)常性設(shè)計新界面時，應(yīng)盡量使用人們熟悉的標(biāo)志和符號。設(shè)計界面應(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。無用的功能，應(yīng)盡量刪去，以保持界面的整潔。3．2．1 GUI的設(shè)計原則一個好的圖形界面應(yīng)該遵守以下三個設(shè)計原則：簡單性（Simplicity）、一致性（Consistency）、習(xí)常性（Familiarity）。MATLAB為了表現(xiàn)其基本功能而設(shè)計 演示程序demo是使用圖形用戶界面的最好范例。如果所從事的數(shù)據(jù)分析、解方程、計算結(jié)果可視工作比較單一，那么一般不會考慮GUI的制作。圖形用戶界面（Graphical User Interfaces,GUI）則是由窗口、光標(biāo)、按鍵、菜單、文字說明等對象（Objects）構(gòu)成的一個用戶界面。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。l 數(shù)學(xué)1． 增加了新的數(shù)學(xué)計算和算法改進(jìn)。7． ,Linux和Solaris平臺。5． 改進(jìn)了與PC平臺的控制接口。3． 改進(jìn)了文件和目錄管理工具。l 開發(fā)環(huán)境1． 新的M文件接口。l 外部接口1． 改進(jìn)了自動化客戶接口，新的查看和修改屬性用戶接口增強(qiáng)了事件和例外句柄。7． 改進(jìn)音頻支持。5． 簡化了AND和OR邏輯運算。3． 支持有符號和無符號的64位整數(shù)。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度，可以達(dá)到63個字節(jié)。多種新工具簡化了基本工作，創(chuàng)造了高品質(zhì)且具實用性的圖表分析等。3．1．4 MATLAB 2002年，MathWorks公司發(fā)布了MATLAB 。6． 高效方便的矩陣和數(shù)組運算MATLAB語言規(guī)定了矩陣的算術(shù)運算符、關(guān)系運算符、邏輯運算符、條件運算符及賦值運算符，而且這些運算符大部分可以直接用到數(shù)組間的運算。MATLAB的適用操作平臺有：Windows系列、UNIX、Linux、.5． 語句簡單，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。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。它能在同一畫面上靈活操作，能快速排除書寫錯誤、語法錯誤，從而加快用戶編寫、修改、調(diào)試的速度。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。它的豐富的函數(shù)使開發(fā)者不需重復(fù)編程，只要簡單調(diào)用。7. Simulink Blockset專門為特定領(lǐng)域設(shè)計的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。5. Stateflow與Simulink框圖模型相結(jié)合，描述復(fù)雜事件驅(qū)動系統(tǒng)的邏輯行為，驅(qū)動系統(tǒng)在不同的模式之間進(jìn)行切換。4. Simulink是結(jié)合了框圖界面和交互仿真能力的非線性動態(tài)系統(tǒng)仿真工具。3. MATLAB Compiler將MATLAB語言編寫的M文件自動轉(zhuǎn)換成為C或C++文件，支持用戶進(jìn)行獨立應(yīng)用開發(fā)。2. MATLAB Toolbox一系列專用的MATLAB函數(shù)庫，解決特定領(lǐng)域的問題。3．1．2 MATLAB的主要產(chǎn)品構(gòu)成1. MATLAB所有MathWorks公司產(chǎn)品的數(shù)值分析和圖形基礎(chǔ)環(huán)境。MATLAB產(chǎn)品組被廣泛地應(yīng)用于包括信號與圖象處理、控制系統(tǒng)設(shè)計、通信、系統(tǒng)仿真等諸多領(lǐng)域。l 友好的用戶界面及接近數(shù)學(xué)表達(dá)式的自然語言，使學(xué)習(xí)者易于學(xué)習(xí)與掌握?？偟膩碚f，MATLAB的主要特點可以總結(jié)為以下幾點：l 高效的數(shù)值計算和符號計算功能，能使用戶從繁瑣的數(shù)學(xué)運算分析中解脫出來。MATLAB“面向?qū)ο蟆钡奶攸c更加突出，數(shù)據(jù)類型更加豐富，操作界面更加友善。（3）構(gòu)作了Notebook。出現(xiàn)了以下幾個重要變化：（1）推出了SIMULINK，一個交互式操作的動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真、分析集成環(huán)境。MathWorks公司在此基礎(chǔ)上開拓了符號計算、文字處理、可視化建摸和實時控制能力，增強(qiáng)了MATLAB的市場競爭力，使MATLAB成為了市場上主流的數(shù)值計算軟件。MATLAB以商品形式出現(xiàn)后的短短幾年，就以其良好的開放性和可靠性，使得原來控制領(lǐng)域里的封閉式軟件紛紛淘汰。經(jīng)過幾年的校際流傳，在Little推動下，由Little、Moler、Steve Bangert合作，于1984年成立了MathWorks公司，并把MATLAB正式推向市場。如圖212所示：圖212 離散時間信號的運算第三章 MATLAB開發(fā)平臺及GUI開發(fā)環(huán)境3．1 MATLAB開發(fā)平臺3．1．1 MATLAB簡介MATLAB名字由MATrix和LABoratory兩個詞的前三個字母組合而成。如圖211所示：圖211 連續(xù)時間信號的運算2．5 離散時間信號的時域運算2．5．1 相加信號f1(k)與f2(k)之和是指同一瞬時兩信號之值對應(yīng)相加所構(gòu)成的“和信號”，即f3=f1(k)+f2(k),如圖212,給定已知信號f1(k)＝ε(k)和f2(k)=sin(3*k),可得 f3=f1(k)+f2(k)。f2(t),如圖211，給定已知信號f1(t)＝ε(t)和f2(t)=sin(3*t),可得f4=f1(t) ， ， 如圖210所示：圖210 離散時間信號的尺度變換2．4 連續(xù)時間信號的時域運算2．4．1 相加信號f1(t)與f2(t)之和(瞬時和)是指同一瞬時兩信號之值對應(yīng)相加所構(gòu)成的“和信號”，即f3=f1(t)+f2(t),如圖27,給定已知信號f1(t)＝ε(t)和f2(t)=sin(3*t),可得 f3=f1(t)+f2(t)。如需將信號橫坐標(biāo)的尺寸展寬或壓縮，可用變量αk(α為非零常數(shù))替代原信號f(k)的自變量k，得到的信號f(αk).若α1,則信號f(αk)是將原信號f(k)以原點(k=0)為基準(zhǔn)，沿橫軸壓縮到原來的，若0α1,則信號f(αk)是將原信號f(k)以原點(k=0)為基準(zhǔn)，沿橫軸展寬至倍，若α0,則信號f(αk)是將原信號f(k)的波形反轉(zhuǎn)并壓縮或展寬至 。如圖28所示：圖28 離散時間信號的倒相2．3．3 平移于連續(xù)信號f(k)，若有常數(shù)t00，延時信號f（k－k0）是將原信號沿正k軸平移k0，而f（k＋k0）是將原信號沿負(fù)k軸平移k0。圖26(b),(c),(d)分別畫出了f1,f2,f3的波形。 , 圖25 連續(xù)信號的時間平移2．2．4 尺度變換信號f(t)的波形如圖26(a)所示。圖23 連續(xù)信號的反折2．2．2 倒相將信號f(t)中，的值域做反轉(zhuǎn)，而自變量保持不變，其幾何含義是將信號f(t)以橫坐標(biāo)為軸反轉(zhuǎn)（或稱倒向），如圖24所示。時間和幅值均為連續(xù)的信號稱為模擬信號，時間和幅值均為離散的信號，稱為數(shù)字信號。這樣的離散信號也常稱為序列。若令相繼時刻與之間的間隔為＝－，則離散信號只在均勻離散時刻t＝…，－2T,－T，0,T，2T，… 時有定義，它可表示為。1, 177。這里“離散”是指信號的定義域——(或其它量)是離散的，它只取某些規(guī)定的值。這里“連續(xù)”是指函數(shù)的定義域——時間（或其它量）是連續(xù)的，至于信號的值域可以是連續(xù)的，也可以不是。根據(jù)信號定義域的特點可分為連續(xù)時間信號和離散時間信號。通常輸入信號稱為激勵，輸出信號稱為響應(yīng)。信號的概念與系統(tǒng)的概念是緊密相連的。一般認(rèn)為，系統(tǒng)是指由若干相互關(guān)聯(lián)、相互作用的事物按一定的規(guī)律組合而成的具有特定功能的整體。l MATLAB功能豐富的應(yīng)用工具箱，為學(xué)生和老師提供了大量方便實用的處理工具，在處理好課程內(nèi)的知識的同時，還可以對課程相關(guān)知識做更加深入的研究。l 利用MATLAB完備的圖形處理功能，實現(xiàn)計算結(jié)果和編程的可視化，可以讓信號能夠很直觀地表現(xiàn)出來，極大的提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。所以將MATLAB引入到“信號與系統(tǒng)”課程中的意義的非常巨大的。1．2 設(shè)計目標(biāo)1．2．1 本論文設(shè)計的目標(biāo)和內(nèi)容1． 熟練掌握離散信號的變換與運算的基本方法與原理，掌握離散信號的變換與運算的原理、過程和應(yīng)用，以及離散信號的變換與運算的二維曲線圖；2． 熟練掌握MATLAB的操作與應(yīng)用；3． 熟練掌握MATLAB程序設(shè)計與實現(xiàn)方法；4． 熟練掌握MATLAB的二維曲線圖的可視化表現(xiàn)方法，圖形對象的屬性、事件與方法及其編程與控制；5． 熟練掌握MATLAB的圖形用戶界面集成開發(fā)環(huán)境——GUIDE，以及用戶界面的設(shè)計與實現(xiàn)方法；6． 以MATLAB為開發(fā)平臺，GUIDE為開發(fā)環(huán)境，開發(fā)完成交互式離散信號的變換與運算的二維曲線動態(tài)演示系統(tǒng)；1．2．2 系統(tǒng)的基本功能1． 系統(tǒng)由離散信號的變換及離散信號的運算兩個子模塊組成；2． 系統(tǒng)為用戶提供交互式的信號選擇功能，為用戶提供可視化的離散信號的變換與運算的觀察與分析界面；3． 通過典型信號將離散信號的變換與運算用生動直觀的二維曲線面圖進(jìn)行可視化表現(xiàn)；4．為“信號與系統(tǒng)”課程的教學(xué)提供計算機(jī)輔助教學(xué)環(huán)境。因此，我們在這次畢業(yè)設(shè)計中用MATLAB來對該課程的部分內(nèi)容進(jìn)行形象、直觀的可視化計算機(jī)模擬與仿真實現(xiàn)。由于“信號與系統(tǒng)”課程長期以來一直以粉筆加黑板式教學(xué)為主。MATLAB在離散信號時域變換與運算中的應(yīng)用與實現(xiàn)MATLAB在離散信號時域變換與運算中的應(yīng)用與實現(xiàn)畢業(yè)論文目錄第一章 總論...................................................................1 設(shè)計背景................................................................1 設(shè)計目標(biāo)................................................................1 本論文設(shè)計的目標(biāo)和內(nèi)容..............................................1 系統(tǒng)的基本功能.......................................