【正文】 統(tǒng)的編程語(yǔ)言（如 C、C++ 等）更快地解決技術(shù)計(jì)算問(wèn)題。附加的工具箱擴(kuò)展了 MATLAB 環(huán)境，以解決這些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)特定類(lèi)型的問(wèn)題。它在數(shù)學(xué)類(lèi)科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。它包含控制語(yǔ)句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c(diǎn)。它由一系列工具組成。包括MATLAB桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于用戶(hù)瀏覽幫助、工作空間、文件的瀏覽器。而且新版本的MATLAB提供了完整的聯(lián)機(jī)查詢(xún)、幫助系統(tǒng)，極大的方便了用戶(hù)的使用。MATLAB不僅具有強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力，還具備了出色的圖形處理功能。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動(dòng)畫(huà)和表達(dá)式作圖。新版本的MATLAB對(duì)整個(gè)圖形處理功能作了很大的改進(jìn)和完善，使它不僅在一般數(shù)據(jù)可視化軟件都具有的功能（例如二維曲線和三維曲面的繪制和處理等）方面更加完善，而且對(duì)于一些其他軟件所沒(méi)有的功能（例如圖形的光照處理、色度處理以及四維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)等），MATLAB同樣表現(xiàn)了出色的處理能力。另外新版本的MATLAB還著重在圖形用戶(hù)界面（GUI）的制作上作了很大的改善，對(duì)這方面有特殊要求的用戶(hù)也可以得到滿(mǎn)足。給出了使用MATLAB語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)和利用信號(hào)處理工具箱的GUI工具進(jìn)行界面設(shè)計(jì)的詳細(xì)步驟。[5] MATLAB的GUI工具GUI設(shè)計(jì)面板是GUI設(shè)計(jì)工具應(yīng)用的平臺(tái)，面板上部提供了菜單和常用工具按鈕，左邊提供了多種GUI控件，如命令按鈕、單選按鈕、可編輯文本框、靜態(tài)文本框、彈出式菜單等。一個(gè)圖形界面的完成，除了設(shè)計(jì)其外觀外，：⑴控件的FontName屬性：用來(lái)設(shè)置控件對(duì)象顯示內(nèi)容的字體名稱(chēng)。⑶控件的Enable屬性：用來(lái)設(shè)置控件對(duì)象的活動(dòng)狀態(tài)。內(nèi)容是一字符串，對(duì)不同的控件其ing的值會(huì)有所不同。⑸控件的Tag屬性：它是對(duì)控件對(duì)象屬性?xún)?nèi)容的一種標(biāo)記設(shè)置，類(lèi)似于一個(gè)標(biāo)識(shí)符。MATLAB中的屬性控制非常多，要設(shè)置哪些對(duì)象的屬性，哪些可以不設(shè)置，都需針對(duì)具體問(wèn)題具體分析解決。按要設(shè)計(jì)好的ⅡR數(shù)字濾波器主面板見(jiàn)圖1，共包括4個(gè)區(qū)域：⑴圖形區(qū)：用于顯示各模塊的仿真曲線；⑵參數(shù)設(shè)置區(qū)：由4個(gè)靜態(tài)文本框(text)和4個(gè)編輯框(edit)以及類(lèi)型選擇按紐組成，實(shí)時(shí)的進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定和butterworth模擬濾波器原型的選定；⑶對(duì)象模型區(qū)：由下拉菜單選定數(shù)字濾波器類(lèi)型，當(dāng)用戶(hù)的輸人參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，可通過(guò)單擊響應(yīng)的“確定”按鈕，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)結(jié)果的實(shí)時(shí)刷新與顯示；⑷數(shù)據(jù)顯示區(qū)：對(duì)應(yīng)于圖形顯示結(jié)果，實(shí)時(shí)顯示濾波器階次Ⅳ和分子分母多項(xiàng)式系數(shù)。 使用控件新建一個(gè)布局(窗口)，可以在新窗口中添加如下控件：1．靜態(tài)文本（Static Text） 2．編輯框（Edit Text）控件3．列表框（Listbox）控件 12．坐標(biāo)軸（Axes）控件13．面板（Panel）控件[3]你可以使用屬性編輯器來(lái)設(shè)置屬性，如圖 CallBack 每個(gè)控件都有幾種回調(diào)函數(shù)，然后就可以跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的 Editor中編輯代碼，GUIDE會(huì)自動(dòng)生成相應(yīng)的函數(shù)體、函數(shù)名、名稱(chēng)一般是控件Tag+ Call類(lèi)型名參數(shù)有三個(gè) ( hObject, eventdata, handles)，其中 hObject 為發(fā)生事件的源控件，eventdata為事件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，handles為傳入的對(duì)象句柄CreateF 是在控件對(duì)象創(chuàng)建的時(shí)候發(fā)生(一般為初始化樣式，顏色，初始值等)DeleteF 實(shí)在空間對(duì)象被清除的時(shí)候發(fā)生ButtonDownF和KeyPressF分別為鼠標(biāo)點(diǎn)擊和按鍵事件Callback，CallBack為一般回調(diào)函數(shù)，因不同的控件而已異。完成控件的布局，即完成了整個(gè)圖形界面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，MATLAB把圖形界面保存于 *.fig 中，并自動(dòng)生成 *.m文件?，F(xiàn)在所要做的工作就是在 M文件框架下定義某些特殊要求的狀態(tài)并補(bǔ)充完整回調(diào)函數(shù)(Callback)．使單擊控件時(shí)激活回調(diào)程序完成一定的功能。2．newplot函數(shù)：做好開(kāi)始畫(huà)新圖形對(duì)象的準(zhǔn)備。4．line函數(shù)：畫(huà)線。6．surface函數(shù)：繪制三維曲面。8．uicontrol函數(shù)：生成用戶(hù)控制圖形對(duì)象。第3章 IIR濾波器的設(shè)計(jì)過(guò)程IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法有兩類(lèi)，一類(lèi)是借助于模擬濾波器的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出模擬濾波器，利用沖激響應(yīng)不變法或雙線性變換法轉(zhuǎn)換成數(shù)字濾波器，再用硬件或軟件實(shí)現(xiàn)；另一類(lèi)是直接在頻域或時(shí)域中進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)需要計(jì)算機(jī)作輔助工具。IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)實(shí)際上是求解濾波器系統(tǒng)函數(shù)H(z)的分子分母多項(xiàng)式系數(shù) bz和az,它是數(shù)學(xué)上的一種逼近問(wèn)題。ⅡR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)的步驟如下：(1)將給定的數(shù)字濾波器的性能指標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的頻率指標(biāo)作為模擬濾波器原型設(shè)計(jì)指標(biāo)；(2)估計(jì)模擬濾波器的最小階次和邊界頻率；(3)設(shè)計(jì) butterworth模擬低通濾波器原型；(4)由模擬原型經(jīng)頻率變換得到實(shí)際的模擬(低通、高通、帶通、帶阻)濾波器；(5)將模擬濾波器轉(zhuǎn)換為 IIR數(shù)字濾波器，可利用脈沖響應(yīng)不變法 或雙線性變換法。本章先下面將從兩個(gè)例子分別介紹IIR濾波器的設(shè)計(jì)方法。 兩種常用的設(shè)計(jì)IIR低通濾波器方法數(shù)字濾波器實(shí)際上是一個(gè)采用有限精度算法實(shí)現(xiàn)的線性非時(shí)變離散系統(tǒng)，濾波器的功能實(shí)現(xiàn)實(shí)際上是通過(guò)大量的加法運(yùn)算和乘法運(yùn)算完成的。 舉例說(shuō)明此方法：要設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字濾波器去仿真一個(gè)模擬濾波器有脈沖響應(yīng)不變法和雙線性變換法。脈沖響應(yīng)不變法的設(shè)計(jì)過(guò)程如下：1 已知一模擬濾波器系統(tǒng)函數(shù)： （） ⑵ 為方便求出其時(shí)域單位脈沖響應(yīng)，將上式化為部分分式之和的形式： （）⑶ 由拉氏反變換得模擬濾波器在時(shí)域的單位脈沖響應(yīng)： （）⑷由時(shí)域的數(shù)字仿真的條件（即脈沖響應(yīng)不變準(zhǔn)則）可得相應(yīng)的數(shù)字濾波器的脈沖響應(yīng)： （）5. 再對(duì)兩邊進(jìn)行Z變換，即可得到數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)： （）用脈沖響應(yīng)不變法來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器，只需將給出的模擬濾波器的系統(tǒng)函數(shù)Ha(s)化為部分分式之和的形式，找出極點(diǎn)pi和系數(shù)Ai ，帶入數(shù)字濾波器傳函當(dāng)中即可。而采用雙線性變換法設(shè)計(jì)的 IIR數(shù)字濾波器由于該轉(zhuǎn)換法的頻率壓縮作用，使處的幅度降為零，而且曲線的形狀偏離原低通濾波器幅度特性曲線的形狀較大，這是因?yàn)樵撧D(zhuǎn)換法的非線性造成的。 利用MATLAB設(shè)計(jì)巴特沃斯IIR低通濾波器實(shí)例：設(shè)計(jì)一個(gè)butterworth低通(或高通等)ⅡR數(shù)字濾波器，通帶邊沿頻率為100 Hz，阻帶邊沿頻率為300 Hz，通帶波紋為1 dB，阻帶衰減大于15 dB，采樣頻率為1000 Hz，擬設(shè)計(jì)一款濾波器：(1)能在 GUI上提供方便的邊沿頻率給定途徑； (2)當(dāng)選擇“butterworth”濾波器時(shí)，能在圖軸上畫(huà)出設(shè)計(jì)的模擬原型濾波器的頻率響應(yīng)曲線以及它在 S平面的零極點(diǎn)分布，從而判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性； (3)在下拉菜單里選擇濾波器類(lèi)型時(shí)，能根據(jù)類(lèi)型 自動(dòng)出現(xiàn)相應(yīng)濾波器的截止頻率或帶阻濾波器阻帶上下起始頻率 Wsl、Ws2的數(shù)值輸入框(而在初始運(yùn)行 GUI時(shí)，對(duì)應(yīng)的靜態(tài)文本框和編輯輸入框都是不可見(jiàn)的)； (4)輸入數(shù)值后，按“確定”按鈕時(shí)能出現(xiàn)相應(yīng)的數(shù)字濾波器幅頻響應(yīng)曲線； (5)同時(shí)在整個(gè)圖形界面的下邊能顯示濾波器階數(shù)N，原型濾波器的分子分母多項(xiàng)式系數(shù) b，a及設(shè)計(jì)的數(shù)字濾波器的分子分母多項(xiàng)式系數(shù)bz，az。close all。fs=150。Rp=3。T=1/Fs。 W1s=2*tan(2*pi*fs*T/2)/pi。%確定最小階數(shù)和頻率參數(shù) [z,p,k]=buttap(N)。%將零極點(diǎn)增益轉(zhuǎn)換成分子分母參數(shù) [bp,ap]=butter(N,1,39。)。%將低通原型轉(zhuǎn)換為模擬低通 [bz,az]=bilinear(bs,as,Fs)。%給出傳輸函數(shù) [H,W]=freqz(bz,az,512,Fs)。 figure(2) n=0:100。 %含不同頻率余弦信號(hào) % subplot(2,1,1)。 %含不同頻率余弦信號(hào) subplot(2,1,1)。plot(n*T,y) %通過(guò)數(shù)字濾波器濾波后輸出信號(hào)波形 title(39。) xlabel(39。)。s39。 s1=fft(s,100)。 f1=(0:length(s1)1)39。 subplot(2,1,2)。輸入信號(hào)頻譜39。w39。 ylabel(39。)。 figure(3) y=filter(bz,az,s)。plot(T,y) %通過(guò)數(shù)字濾波器濾波后輸出信號(hào)波形 title(39。) xlabel(39。)。s39。 y1=fft(y,100)。 f2=(0:length(y1)1)39。 subplot(2,1,2)。輸出信號(hào)頻譜39。w39。 ylabel(39。)。 用GUI設(shè)計(jì)用戶(hù)界面 MATLAB提供了編寫(xiě)圖形用戶(hù)界面的功能。簡(jiǎn)稱(chēng)為GUI(Graphics User Interface)。本文就如何利用該軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)加以論述。GUI設(shè)計(jì)時(shí)默認(rèn)的“butterworth”命令按鈕對(duì)應(yīng)的“tag”是 “pushbuttonl”，“確定”命令按鈕對(duì)應(yīng)的“tag”是“pushbutton2”；“濾波器類(lèi)型選擇”下拉菜單對(duì)應(yīng)的“tag”是“popupmenul”。程序如下：function varargout = untitled1(varargin)gui_Singleton = 1。gui_Name39。gui_Singleton39。gui_OpeningF39。gui_OutputF39。gui_LayoutF39。gui_Callback39。if nargin amp。 ischar(varargin{1}) = str2func(varargin{1})。else gui_mainf(gui_State, varargin{:})。function varargout = untitled1_OutputF(hObject, eventdata, handles)varargout{1} = 。BackgroundColor39。white39。else set(hObject,39。,get(0,39。))。BackgroundColor39。white39。else set(hObject,39。,get(0,39。))。String39。String39。BackgroundColor39。white39。else set(hObject,39。,get(0,39。))。BackgroundColor39。white39。else set(hObject,39。,get(0,39。))。function pushbutton2_Callback(hObject, eventdata, handles)usewhitebg = 1。BackgroundColor39。else set(hObject,39。,get(0,39。))。 輸入的信號(hào)以及頻譜這圖是顯示輸入信號(hào)的波形和頻譜。程序2運(yùn)行的結(jié)果如圖 仿真圖 這個(gè)界面在輸入濾波器的參數(shù)Wp、Ws、Rp、Rs以后，按下確定鍵，就可以出現(xiàn)濾波器的波形。其中：Wp為通帶邊界頻率, ws為阻帶邊界頻率, 單位為rad/s, Rp,Rs分別為通帶波紋和阻帶衰減,單位為dB。因此，阻帶衰減Rs越大對(duì)應(yīng)的濾波器濾波效果越好，通常Rs的取值要大于16dB。(1)能在GUI上提供方便的邊沿頻率給定途徑；(2)當(dāng)選擇“butterworth”濾波器時(shí)，能在圖軸上畫(huà)出設(shè)計(jì)的模擬原型濾波器的頻率響應(yīng)曲線以及它在S平面的零極點(diǎn)分布，從而判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性；(3)在下拉菜單里選擇濾波器類(lèi)型時(shí)，能根據(jù)類(lèi)型自動(dòng)出現(xiàn)相應(yīng)濾波器的截止頻率 或帶阻濾波器阻帶上下起始頻率Wsl、Ws2的數(shù)值輸入框(而在初始運(yùn)行GUI時(shí)，對(duì)應(yīng)的靜態(tài)文本框和編輯輸入框都是不可見(jiàn)的)；(4)輸入數(shù)值后，按“確定”按鈕時(shí)能出現(xiàn)相應(yīng)的數(shù)字濾波器幅頻響應(yīng)曲線；(5)同時(shí)在整個(gè)圖形界面的下邊能顯示濾波器階數(shù)N，原型濾波器的分子分母多項(xiàng)式系數(shù)b，a及設(shè)計(jì)的數(shù)字濾波器的分子分母多項(xiàng)式系數(shù)bz，az。利用matlab強(qiáng)大的計(jì)算功能進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，可以快速有效的設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器，大大的簡(jiǎn)化了計(jì)算量，直觀簡(jiǎn)便。在編寫(xiě)程序原代碼實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各個(gè)模塊功能這一點(diǎn)上，的確遇到了很大的麻煩，主要表現(xiàn)為對(duì)功能MTALAB語(yǔ)言的不熟悉。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅全面學(xué)習(xí)了Matlab ,IIR濾波器，而且技術(shù)素質(zhì)和實(shí)踐能力有了進(jìn)一步的提高，對(duì)提出問(wèn)題、思考問(wèn)題與解決問(wèn)題有了進(jìn)一步的深刻認(rèn)識(shí)。  參考文獻(xiàn)[1]邢培育,[J].數(shù)據(jù)采集與處理,2002。14(3):810[3]王默玉．基于MATLAB的圖形用戶(hù)界面的構(gòu)造方式與應(yīng)用[J]．現(xiàn)代電力，2O02，l9(1):1924[4]余成波，楊箐．?dāng)?shù)字信號(hào)處理及MATLAB實(shí)現(xiàn)[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2005．155158[5]李永全．MATLAB在數(shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]．現(xiàn)代電子技術(shù)，2004，174179[6]陳亞勇，等．MATLAB信號(hào)處理詳解[M]．北京：人民郵電出版社．2001．5558[7]丁玉美，等．?dāng)?shù)字信號(hào)處理[M]．西安：西安電子科技大學(xué)出版社．2OOO．6872[8]余成波，楊箐．?dāng)?shù)字信號(hào)處理及MATLAB實(shí)現(xiàn)[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2005． 198204[9]唐建鋒．MATLAB在數(shù)