【正文】 和數(shù)字世界悄然到來，數(shù)字信號處理已成為一門重要的學科和一個極其重要的科學領域。 數(shù)字信號處理 是把信號用符號或者是數(shù)字的形式表示成序列，通過通用（專用）信號處理設備或計算機，用數(shù)值計算的方法進行各種處理，它 的目的是對真實世界的連續(xù)模擬信號進行測量或 濾波 ，達到提取有用信息并加于利用的效果，例如檢測、變換、增強、參數(shù)提取、頻譜分析等。模擬 網(wǎng)絡 的精度由元器件決定，模擬元器件的精度很難達到 103 以上，而數(shù)字系統(tǒng)只要 14 位字長就可達到 104 的精度。 （ 2）靈活性高。 （ 3）可靠性強。如采用大規(guī)模集成電路，可靠性就更高。這是由于數(shù)字部件有高度規(guī)范性，便于大規(guī)模集成、大規(guī)模生產(chǎn)，對電路參數(shù)要求不嚴，故產(chǎn)品成品率高。 （ 5）時分復用。處理器運算速度越高，能處理的信道數(shù)目也就越多。例如對信號進行頻譜分析，模擬頻譜儀在頻率低端只能分析到 1OHz 以上頻率．且難于做到高分辨率（足夠窄的帶寬），但在數(shù)字的譜分析中，已能做到 103Hz 的譜分析。 （ 7）二維與多維處理。 數(shù)字信號處理系統(tǒng)也有其局限性，例如，數(shù)字系統(tǒng)的速度還不算高 ， 硬件的速度也只在幾十兆赫以下，故不能處理很高頻率的信號。 MATLAB 簡介與特點 MATLAB 的簡介 MATLAB 是 矩陣實驗室 （ Matrix Laboratory） 的簡稱， MATLAB 是美國 MathWorks公司出品的 商業(yè)數(shù)學軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術計算語言和交互式環(huán)境，主要包括 MATLAB 和 Simulink 兩大部分 ， 和 Mathematica、Maple 并稱為三大數(shù)學軟件。MATLAB 可以進行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應用于工程計算、控制設計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設計與分析等領域。 GUI 設 計既可以以基本的 MATLAB 程序設計為主，也可以用鼠標利用 GUID 工具進行設計，也可以綜合以上兩種方法進行設計。這些工具方便用戶使用 MATLAB 的函數(shù)和文件，其中許多工具采用的是圖形用戶界面。隨著 MATLAB 的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級， MATLAB 的用戶界面也越來越精致，更加接近 Windows 的標準界面，人機交互性更強，操作更簡單。簡單的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過編譯就可以直接運行，而且能夠及時地報告出現(xiàn)的錯誤及進行出錯原因分析。用戶可以在命令窗口中將輸入語句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫好一個較大的復雜的應用程序（ M 文件）后再一起運行。使之更利于非計算機專業(yè)的科技人員使用。 （ 3）強大的科學計算機數(shù)據(jù)處理 能力 MATLAB 是一個包含大量計算算法的集合。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計算中的最新研究成果，而前經(jīng)過了各種優(yōu)化和容錯處理。在計算要求相同的情況下，使用 MATLAB 的編程工作量會大大減少。函數(shù)所能解決的問題其大致包括矩陣運算和線性方程組的求解、微分方程及偏微分方程的 組的求解、符號運算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析、工程中的優(yōu)化問題、 稀疏矩陣 運算、復數(shù)的各種運算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學運算、多維數(shù)組操作以及建模動態(tài)仿真等。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動畫和表達式作圖。新版本的 MATLAB 對整個圖形處理功能作了很大的改進和完善，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，而且對于一些其他軟件所沒有的功能（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 還著重在圖形用戶界面（ GUI）的制作上作了很大的改善，對這方面有特殊要求的用戶也可以得到滿足。一般來說，它們都是由特定領域的專家開發(fā)的，用戶可以直接使用工具箱學習、應用和評估不同的方法而不需要自己編寫代碼。 （ 6）實用的程序接口和發(fā)布平臺 新版本的 MATLAB 可以利用 MATLAB 編譯器和 C/C++數(shù)學庫和圖形庫，將自己的MATLAB程序自動轉(zhuǎn)換為獨立于 MATLAB 運行的 C 和 C++代碼。另外， MATLAB 網(wǎng)頁服務程序還容許在 Web 應用中使用自己的 MATLAB 數(shù)學和圖形程序。工具箱是 MATLAB 函數(shù)的子程序庫，每一個工具箱都是為某一類學科專業(yè)和應用而定制的，主要包括信號處理、控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊邏輯、小波分析和系統(tǒng)仿真等方面的應用。 第二章 系統(tǒng)分析 引言 現(xiàn)代社會，通信與傳感 、 仿真計算技術緊密結(jié)合，信息成為社會的高級“神經(jīng)中樞”，隨著我國科學技術的發(fā)展和國內(nèi)外合作的加強，對通信水平的要求也日益增加，如果通信水平跟不上，社會成員之間的合作程度就受到限制，生產(chǎn)力的發(fā)展也必然受到限制，可見通信在現(xiàn)代生活中扮演的角色越來越重要，本 課題以此為出發(fā)點，采用 Matlab 語言為工作環(huán)境， Matlab 語言稱為第四代編程語言，程序簡潔、可讀性很強而且調(diào)試十分容易 ,自1984 年由美國 MathWorks 公司推向市場以來，歷經(jīng)十幾年的發(fā)展，現(xiàn)已成為國際公認的優(yōu)秀科技應用軟件，是數(shù)字信號處理方面得天獨厚優(yōu)勢圖形開發(fā)工具 .本軟件設計目標是以配合教學 為出發(fā)點，主要 是面對通信工程專業(yè)的初學者， 用簡單，可視化的仿真模擬圖形給大家演示部分基本波的傳輸特性，以及在信道中的傳輸特性。 為了規(guī)范和條理的進行本系統(tǒng)的設計以及使 后續(xù)的開發(fā)維護工作變得有趣而輕松， 故編寫本系統(tǒng)需求分析說明書；旨在開發(fā)過程中進行參考，使系統(tǒng)在需求的規(guī)范之內(nèi)，避免 重復勞動，加快開發(fā)進度以及提高開發(fā)效率；同時也是為以后系統(tǒng)維護服務提供指南；由于時間倉促，錯誤之處在所難免，請見諒?！?信號與系統(tǒng)》課程，是高等理工科類院校通信與電子信息工程等專業(yè)中 一門十分重要的基礎理論課，也是電子信息工程專業(yè)許多后續(xù)課程的重要理論基礎。 基于此種 需求，本系統(tǒng)設計為教學演示型軟件，運用 Matlab 軟件開發(fā)，便于學生直觀觀察 信號系統(tǒng) 中涉及的波形及特性的原理圖 , 為后續(xù)課程的學習，以及獨立分析和設計新的 系統(tǒng)，打下基礎。通過開發(fā)人員的文獻調(diào)查，對于 Matlab 做用戶圖象界面和信號模擬所 涉及到的技術問題進行細致的分析，很大一部分可以使用電子信息工程的 專業(yè)知識 進行構 建，其他的部分則可以通過自學，調(diào)用已經(jīng)開發(fā)好的一些功能模塊來 完成課題涉及到的技術要求。 操作可行性 Matlab 程序流程 簡單 明了，開發(fā)率高，并且能夠結(jié)合其他多種開發(fā)工具，共同實現(xiàn)信號模擬功能。從可操作性的角度來講，完全可行。 系統(tǒng)主要功能 本系統(tǒng)主要功能包括 基本序列計算、基本信號產(chǎn) 生、卷積、 傅立葉 變換、 濾波器設計。界面上的文字說明幫助大家了解本圖形的特性或功能 。 小結(jié) 一個系統(tǒng)在開發(fā)之前就需要進行需求分析和可行性分析， 本章重點 闡述本設計的需求分析、可行性分析 和目的 ， 對這個系統(tǒng)的需求有了一個比較有力的證明 。本系統(tǒng)的關鍵是實現(xiàn)參數(shù)的傳遞和生成可執(zhí)行文件，這對剛接觸 Matlab 的我們來是說比較困難，老師為我們提出了一些參考方案來完成設計， 本章將在 根據(jù)我們實力 的基礎上，給出本課題最適合選用的一種方案。如果用 VB 做界面的話在后面 實現(xiàn)信號波形的時候需要建立 VB 和 Matlab的鏈接，那樣會增加工作量和工作難度，而且我們對他們的鏈接也是知之甚少，實際鏈接的時候會很麻煩，所以在權衡了各方面的因素我們選擇用 Matlab 做界面。在信號波形模擬的領域中，我們只接觸過 Matlab 軟件，所以在編寫模擬 信號波形這個模塊中我們選擇 Matlab 軟件 。 設計方案選擇 在本系統(tǒng)的設計中 , 界面布局設計采用自頂向下的設計方法 , 即先設計引導界面和主界面 , 再設計各個實驗子界面。在設計中 , 各個回調(diào)函數(shù)的編寫順序則是采用自底向上的設計方法 , 即先編制各個實驗子界面的回調(diào)函數(shù) , 再編寫主界面和引導界面的回調(diào)函數(shù)。本文利用 MATLAB 的 GUIDE 工具箱設計并實現(xiàn)了數(shù)字信號處理教學實驗系統(tǒng)的圖形用戶界面 GUI、實驗主界面和實驗子界面 。通過該實驗系統(tǒng)，將 MATLAB 軟 件與多媒體硬件相結(jié)合，形成一種新的計算機輔助教學方式，有助于提高學生學習的效率，幫助學生理解課堂數(shù)學理論。本系統(tǒng)按功能要求主要劃分以下幾個模塊： GUI 模塊、實驗主界面模塊、實驗結(jié)果和實驗內(nèi)容模塊。在對實驗教學系統(tǒng)的各界面開發(fā)過程中，需要對 MATLAB 的圖形用戶界面的功能有充分的理解，包括靜態(tài)文本的輸入、數(shù)據(jù)的讀入、按扭的響應、坐標軸的鏈接等。 圖 系統(tǒng)流程圖 首先進入 GUI 主界面，讓用戶可以自由選擇想了解的內(nèi)容和實驗。 系統(tǒng)設計步驟 在該系統(tǒng)的設計中，界面布局設計是自頂向下的，即先設計 GUI 界面，再設計各個實驗子界面，界面上 包括按鈕、坐標軸、文本框等控件。在設計中，各個回調(diào)函數(shù)的編寫順序則是自底向上的，即先編寫各個子界面中的回調(diào)函數(shù)下的程序，再編寫 GUI 界面的回調(diào)函數(shù)下的程序。 （ 2）分別編寫各個子界面的各個控 件對象的回調(diào)函數(shù)下的一系列程序，以實現(xiàn)控件相應的控制功能，達到直接通過界面上各個控件就可以控制數(shù)據(jù)的輸入，并可以方便、直觀地對實驗內(nèi)容及實驗結(jié)果進行對照分析。 創(chuàng)建 GUI 創(chuàng)建 Matlab GUI界面通常有兩種方式：第一種， 在 .m文件中動態(tài)添加，即自己編寫程序，設置參數(shù)；第二種，使用 GUIDE幫助創(chuàng)建 GUI； 在 Command 里面輸入 GUIDE 或者從菜單里面，或者從快 捷按鈕均可進入 GUIDE。 使用控件 新建一個布局 (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 4．滾動條（ Slider）控件 5．按鈕（ Push Button）控件 6．開關按鈕（ Toggle Button）控件 7．單選按鈕（ Radio Button）控件 8．按鈕組（ Button Group）控件 9．檢查框（ Check Box）控件 10．列表框（ Listbox）控件 11．彈出式菜單（ Popup Menu）控件 12．坐標軸（ Axes）控件 13．面板（ Panel）控件 每一個控件都有自己的屬性常規(guī)屬性。 （ 2） CData：在控件上顯示的真彩色圖像，使用矩陣表示。 （ 4） String 屬性：控件上的文本，以及列表框和彈出菜單的選項。 （ 1） Enable 屬性： 表示此控件的使能狀態(tài)，設置為 on”，表示可選，為“ off”時則表示不可。 （ 3） Tag：控件表示（用戶定義）。當鼠標指針位于此控件上時，顯示提示信息。 （ 6） Position：控件對象的尺寸和 位置。 （ 8）有關字體的屬性，如 FontAngle， FontName 等。有兩種選項：即 Cancel：取消中斷事件， queue：排隊（默認設置）。 （ 3） CallBack 屬性：是連接程序界面整個程序系統(tǒng)的實質(zhì)性功能的紐帶。 （ 4） CreateF：在對象產(chǎn)生過程中執(zhí)行的回調(diào)函數(shù)。 （ 6） Interruptible 屬性：指定當前的回調(diào)函數(shù)在執(zhí)行時是否允許中斷，去執(zhí)行其他的函數(shù)。 （ 2） Max：最大值。 （ 4） Value：控件的當前值。例如按鈕被按下時發(fā)生，下拉框改變 值時發(fā)生， sliderbar 拖動時發(fā)生等等 。 2． newplot 函數(shù)：做好開始畫新圖形對象的準備。 4． line 函數(shù)：畫 線。 6． surface 函數(shù)：繪制三維曲面。 8． uicontrol 函數(shù)：生成用戶控制圖形對象。 幾個實用的小函數(shù)： uigetfile 選擇文件對話框 uiputfile 保存文件對話框 uisetcolor 設置顏色對話框 Root Figure Axes Image Uncontrlol Uimenu LIght Line Patch Rectangle Surface Tex