基于MATLAB的用戶圖形界面設計(共19頁)

1、 基于(jy)MATLAB的圖形用戶界面設計摘 要本文(bnwn)概述了利用Matlab軟件提供(tgng)的圖形用戶界面創(chuàng)建具有人機交互、界面友好的圖形用戶界面。本文采用Matlab的圖形用戶界面設計功能, 設計出了各個實驗界面。在該軟件中, 實現(xiàn)了對某虛擬信號處理實驗箱的操作平臺界面的設計。 Matlab語言是一種廣泛應用于工程計算及數(shù)值分析領域的新型高級語言，Matlab功能強大、簡單易學、編程效率高，深受廣大科技工作者的喜愛。特別是Matlab還具有信號分析工具箱，不需具備很強的編程能力，就可以很方便地進行信號分析、處理和設計。通過數(shù)字信號處理課程的理論知識的綜合運用。從實踐上初步實現(xiàn)

2、對數(shù)字信號的處理。關鍵字 信號處理 MATLAB 圖形用戶界面目 錄 TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc23994 1 緒論(xln) 1 緒論(xln)1.1 概述(i sh)隨著計算機的普及應用以及科技(kj)的發(fā)達，現(xiàn)代社會是信息的社會，對信息的研究變得非常重要，而對信號波形的模擬可以方便研究人員研究。以前的信號模擬是用硬件，對儀器和實驗室的要求較高，不便于廣泛應用，而且信號處理具有內(nèi)容繁多、概念抽象、設計復雜等特點，讓人難以理解和掌握。硬件模擬信號波形對設備要求較高，有時候受儀器或操作不對等因素的影響將無法正確直觀的看到波形，參數(shù)改變時不能立即看到波形變化。而

3、用軟件的形式對信號波形進行仿真有著界面可視性強，操作簡單方便；便于數(shù)據(jù)修改，文件保存，實驗效率高，實驗內(nèi)容豐富，結果直觀易懂，便于分析；而且系統(tǒng)容易擴展新的實驗項目。1.2 本文的主要工作本文主要是針對以Matlab為軟件平臺的信號系統(tǒng)實驗平臺的設計，用Matlab語言編程開發(fā)一個適合小型的信號系統(tǒng)實驗平臺,具體的工作主要有: 1）在歡迎界面，具有進入功能模塊，返回模塊和退出模塊。2）在功能模塊中，包括參數(shù)設置區(qū)、圖形顯示區(qū)和數(shù)據(jù)顯示區(qū)等組成單元，可以完成對指定功能的設置，顯示和實現(xiàn)。3）設置三個功能模塊，實現(xiàn)一定的信號和系統(tǒng)的設計或分析。1.3 研究意義Matlab作為編程語言和可視化工具

4、, 它的界面演示框如同通用示波器 , 顯示了信號分析與系統(tǒng)設計的動態(tài)仿真過程 , 給人以直觀的感受。它可以改變信號、模塊、仿真子系統(tǒng)等的參數(shù) , 并觀察信號與系統(tǒng)的相應變化. 在實驗過程中 , 我們對所學的書本知識會有感性的認識和直觀的驗證 , 加深對“信號與系統(tǒng)”原理的理解。本課題能避開硬件系統(tǒng)的不足，而且有很多的庫函數(shù)可以在實驗時直接調(diào)用，避免了用硬件做實驗的局限性?？梢愿奖愕淖鲂盘栂到y(tǒng)實驗，還能夠鍛煉一個人在面對一個具體的項目時，遇到問題，分析問題，解決問題的能力；獲得獨立策劃、實施課題，并按照既定計劃進行開發(fā)的經(jīng)驗，以及查找相關文獻的能力。而且對系統(tǒng)規(guī)劃有了初步的認識。為以后研發(fā)工作

5、打下堅實的基礎，積累寶貴的經(jīng)驗。2 系統(tǒng)分析與方案(fng n)選取2.1 引言(ynyn)Matlab語言稱為第四代編程語言，程序簡潔、可讀性很強而且(r qi)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.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。使他們直觀，感性地了解和掌握通信系統(tǒng)的概念、傳輸性能等。2.2 系統(tǒng)主要目標及功能本課題開發(fā)目標是利用Matlab軟件開發(fā)一套集可視化圖形與動態(tài)仿真為一體的軟件。表現(xiàn)出信號與系統(tǒng)課程中部

6、分信號的產(chǎn)生、圖形，卷積等，實現(xiàn)一定的信號和系統(tǒng)的設計和分析，可以直觀、感性地了解和掌握信號系統(tǒng)的概念、基本特征等，深化對通信概念的理解。本系統(tǒng)主要功能包括基本序列計算、基本信號產(chǎn)生、卷積設計等。簡單基礎地涵蓋了信號與系統(tǒng)部分主要章節(jié), 用可視化的仿真模擬圖形演示部分基本信號的傳輸波形和調(diào)制變換，部分交互式界面可直接輸入合適的值使大家更直觀、感性地了解和掌握信號系統(tǒng)的概念、傳輸性能、基本特征等,讓課程的學習和實踐相結合。界面上的文字說明幫助大家了解本圖形的特性或功能。2.3 模擬信號實驗的軟件工具選擇我們在學習信號與系統(tǒng)和數(shù)字信號處理課程時，做實驗的時候用的是Matlab軟件來實現(xiàn)信號波形的模

7、擬以及處理，可以比較直觀準確的看到波形，對Matlab軟件也有了初步的認識，也可以用它編寫一些比較簡單的程序來。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。2.4 設計方案選擇在本系統(tǒng)的設計中, 界面布局(bj)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。界面設計完成后, 只是一些靜態(tài)的畫面而已, 沒有什么內(nèi)涵, 還不能用于實驗操作, 要想達到實驗目的, 必須借助于函數(shù)調(diào)用。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

8、界面的回調(diào)函數(shù)。3 系統(tǒng)軟件(x tn run jin)平臺的設計3.1 引言(ynyn)信號系統(tǒng)實驗繁多、復雜，許多實驗還需要輸入?yún)?shù)，若將系統(tǒng)設計成一個界面，使得系統(tǒng)繁重、擁擠，不能夠實現(xiàn)友好、美化的界面的設計要求。因此，在設計界面的時候，采用一個主界面和若干子界面，每個子界面是一個模塊，實現(xiàn)一個實驗或功能，并通過主界面調(diào)用子界面的設計方法。3.2 系統(tǒng)整體框圖本實驗系統(tǒng)整體結構設計由兩部分組成: 界面模塊設計和菜單模塊設計。其中, 界面模塊總共包括四個模塊: 開始引導模塊、序列基本計算模塊、基本信號的產(chǎn)生模塊、卷積模塊。在菜單設計時, 在實驗子界面中除使用系統(tǒng)約定的菜單條外, 還增加了幾

9、個控制背景和退出實驗的菜單。系統(tǒng)的整體結構如圖3-1 所示。開始引導界面 開始界面 基本序列計算 基本信號產(chǎn)生 卷 積圖3-1 系統(tǒng)整體(zhngt)架構3.3 系統(tǒng)設計(shj)步驟設計(shj)的具體步驟如下:1）運用 Matlab的圖形用戶界面(GUI)設計方法, 設計整個實驗系統(tǒng)的開始引導界面、實驗主界面及其實現(xiàn)信號處理課程中具體實驗的各個子界面。2）分別編寫各個子界面的各個控件對象的回調(diào)函數(shù), 來實現(xiàn)控件相應控制功能, 達到直接通過界面上各個控件就可以控制數(shù)據(jù)的輸入輸出, 并可以方便地對實驗結果的數(shù)據(jù)及其圖形進行讀取和分析的目的。3）編寫主界面的回調(diào)函數(shù), 將各個實驗子界面整合在信號

10、處理系統(tǒng)實驗主界面中, 即通過主界面就可以進入任何一個實驗子界面進行實驗。4）編寫開始引導界面的回調(diào)函數(shù), 實現(xiàn)從引導界面直接進入主界面。3.4 模塊具體設計系統(tǒng)歡迎模塊。系統(tǒng)歡迎界面如圖3-2所示。 圖3-2 系統(tǒng)歡迎界面2）基本序列表示模塊 序列基本(jbn)表示模塊界面如圖3-3所示：圖3-3 序列基本(jbn)表示模塊由圖3-3可以看出在這個模塊里包括了單位脈沖序列，單位階躍序列，指數(shù)序列一共三個序列，可以看出這個系統(tǒng)(xtng)的主要模塊，簡潔明了，對每個模塊都有詳細的說明，在做實驗之前可以參考說明以便能順利的進行實驗，在主界面上選擇任何一個實驗都可以切換到它的子界面。3）基本信號產(chǎn)

11、生模塊基本信號產(chǎn)生模塊的窗體創(chuàng)建啟動matlabR2012B,在命令窗口輸入guide,打開GUI制作窗口，在窗體上有界面制作工具。在pushbutton下單擊右鍵callback,打開callback function,調(diào)用MATLAB內(nèi)部提供的函數(shù)：sin函數(shù), exp函數(shù), pulstran函數(shù) ,chip函數(shù)在GUI制作窗口，axes是用來顯示圖形，當單擊pushbutton,運行結果，會在axes中顯示出來。簡單函數(shù)基本性質的模塊，通過人機交互方式進行設計，在信號1和信號2中輸入幅值，頻率，初相，移位不同的值，對其信號相加，信號相乘，信號移位使信號在axes窗口中，顯示出來。仿真的波

12、形有正弦波，指數(shù)函數(shù)，抽樣函數(shù)，矩形脈沖函數(shù)。Popupmenu 函數(shù)中用 switch val1case 1 來調(diào)用不同的波形，）設置句柄get(handles.popupmenu). 用strdouble(get(handles.edit,string)來輸入測試數(shù)據(jù),達到直觀仿真模擬圖. 基本信號的產(chǎn)生(chnshng)模塊如圖3-4所示：圖3-4 基本(jbn)信號產(chǎn)生模塊4）卷積模塊(m kui)：卷積模塊如圖3-5所示：圖3-5 卷積模塊3.5 基本序列(xli)表示a.單位(dnwi)階躍序列單位階躍序列(xli)的公式： （式3-1）類似于連續(xù)時間系統(tǒng)中的單位階躍信號 EQ ，

13、但應注意在點發(fā)生跳變，往往不予定義（或定義為），而在=0點明確規(guī)定為。單位階躍序列的關鍵程序：function pushbutton2_Callback(hObject, eventdata, handles)t=str2num(get(handles.edit2,String); k=t-3:t+7; fk=(k-t)=0; stem(k,fk)title(單位階躍序列)b.單位脈沖序列： 單位脈沖序列的公式： （式3-2） 單位脈沖序列關鍵程序：function pushbutton2_Callback(hObject, eventdata, handles)t=str2num(get(h

14、andles.edit1,String); k=t-3:t+7; fk=(k-t)=0; stem(k,fk)title(單位沖激序列)c.指數(shù)序列指數(shù)(zhsh)序列公式： （式3-3）當1時序列(xli)是發(fā)散的, 0序列都取正值, 0，信號將隨著時間而增長，若a0,信號則隨時間衰減。常數(shù)K表示指數(shù)信號在t=0點的初始值。指數(shù)信號的關鍵程序：function pushbutton1_Callback(hObject, eventdata, handles)clcA=str2num(get(handles.edit6,String);a=str2num(get(handles.edit4,S

15、tring);t=0:.001:10;ft=A*exp(a*t);plot(t,ft),gridtitle(A*exp(a*t)c.抽樣信號: 抽樣信號公式： （n為整數(shù)） （式3-7）式中X(nT)為t=nT時X(t)的值。均勻抽樣還可以是用連續(xù)時間函數(shù)X(t)對一沖激序列進行的 HYPERLINK /wiki/脈沖幅度調(diào)制 脈沖幅度調(diào)制。設沖激序列P(t)為一串單位沖激，而相鄰沖激的時間間隔為T，則 （式3-8） 于是 （式3-9） 抽樣信號 XS(t)是用X(t)與單位沖激序列P(t)相乘的結果。抽樣(chu yn)信號的關鍵程序：function pushbutton7_Callbac

16、k(hObject, eventdata, handles)clct=-3*pi:pi/100:3*pi;ft=sinc(t/pi);axis(str2num(get(handles.edit9,String)-10,str2num(get(handles.edit9,String)+10,-0.5,1.2)plot(t,ft),gridtitle(sinc(t/pi)d.矩陣(j zhn)脈沖：矩陣脈沖的關鍵(gunjin)程序：function pushbutton8_Callback(hObject, eventdata, handles)clct=0:0.001:4;T=1;ft=re

17、ctpuls(t-2*str2num(get(handles.edit10,String),2*str2num(get(handles.edit12,String);plot(t,ft),gridtitle(rectpuls(t-2*T,2*T)3.7 卷積對于任意兩個信號和，兩者做卷積運算定義為 （式3-10）做一變量代換不難證明 （式3-11）式中是兩函數(shù)作卷積運算的簡寫符號，也可以寫成。這里的積分取和，這是由于對和的作用時間范圍沒有加以限制。實際由于系統(tǒng)的因果性或激勵信號存在時間的局限性，其積分限會有變化，這一點借助卷積的圖形解釋可以看得很清楚?？梢哉f卷積積分中積分限的確定是非常關鍵的。

18、卷積的關鍵(gunjin)程序： function pushbutton2_Callback(hObject, eventdata, handles)clct=str2num(get(handles.edit1,String);t11=0;t12=1;t21=0;t22=2;t1=t11:0.001:t12;ft1=2*rectpuls(t1-0.5,1);t2=t21:0.001:t22;ft2=t2;t3=t11+t21:0.001:t12+t22;ft3=conv(ft1,ft2);ft3=t*ft3*0.001;plot(t3,ft3)title(f1(t)*f2(t)4 信號(xnh

19、o)仿真演示4.1 基本序列表示仿真(fn zhn)演示例1：單位(dnwi)脈沖序列如圖4-1：圖4-1單位脈沖序列4.2 基本信號產(chǎn)生仿真演示例2：正弦信號如圖4-2：圖4-2正弦信號例3：抽樣(chu yn)信號如圖4-3：圖4-3抽樣(chu yn)信號4.3卷積模塊仿真(fn zhn)演示例3：卷積模塊如圖4-3：圖4-3卷積模塊本章主要表現(xiàn)了信號仿真演示過程，可以直觀形象的表現(xiàn)出本軟件所具備的具體功能。結束語這次課程設計歷時一個星期，可以說是苦多于甜，但是可以學的到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次設計，進一步加深了

20、對數(shù)字信號處理的了解，讓我對它有了更加濃厚的興趣。但是在編寫程序(chngx)時，也遇到了不少問題，特別是程序語法，總是有錯誤，在細心的檢查下，終于找出了錯誤和警告，排除困難后，程序編譯就通過了，心里終于舒了一口氣。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處(b z zh ch)，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。 總的來說，這次課程設計還是比較成功的，在設計中遇到了很多問題，最后在老師的辛勤的指導下，終于游逆而解，有點小小的成就感，終于覺得平時所學的知識有了實用的價值，達到(d do)了理論與實際相結合的目的，不僅學到了不少知識，而且鍛煉了自己的能力，使自己對以后的路有了更加清楚的認識，同時，對未來有了更多的信心。最后，對給過我?guī)椭乃型瑢W和各位指導老師再次表示忠心的感謝。致 謝本論文(lnwn)是在我們(w men)導師(dosh)郭淑婷的悉心指導下完成的。給我們留下了很深的印象。在整個作