《Matlab 应用专项实践》课程设计基于GUI的单环幅频相频特性.doc

课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 信息工程学院 题 目: 基于GUI的单环幅频相频特性 一、 设计目的了解MATLAB软件的基本知识，基本的程序设计，软件在高等数学和工程数学中的应用，学会使用软件进行数值计算和控制工程中的应用。二、设计内容和要求1理解掌握单环的幅频相频特性，利用Matlab的GUI工具绘制出它的幅频相频图像。2. 学习Matlab语言的概况和Matlab语言的基本知识。3学习Matlab语言的程序设计。三、初始条件计算机；Matlab软件。四、时间安排1、2015年01月19日，任务安排，课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。2、2015年01月20日，查阅相关资料，学习Matlab语言的基本知识，学习MATLAB语言的应用环境、调试命令，绘图功能函数等。3、2015年01月21日至2015年01月22日，Matlab课程设计制作和设计说明书撰写。4、2015年01月23日，上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。指导教师签名： 2015年 01 月 19日系主任（或负责教师）签名： 2015年 01 月 19日 目录摘要31设计任务及其要求41.1设计的目的41.2设计的要求42设计原理及方案42.1单环谐振器42.2图形用户界面（GUI)63程序的设计73.1幅频相频程序73.2GUI显示程序84结果分析95课程设计心得与体会12参考文献13 摘要MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。MATLAB是matrix&laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）。是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C+，JAVA的支持。本文主要介绍利用Matlab的图形用户界面（GUI）分析单环的幅频相频的方法。主要阐述了如何用Matlab 软件进行编程来达到绘出单环幅频相频图像的目的。本文重点叙述了具体程序的编写，Matlab 的使用，GUI的使用，得到的相关图形等几个部分。关键字：Matlab；单环；幅频相频；GUI1设计任务及其要求1.1设计的目的理解掌握单环的幅频相频特性，熟悉和学会使用Matlab编写程序，处理实际问题。学习并掌握其中的图形交互界面工具GUI。1.2设计的要求（1） 让我们了解其幅频特性指幅度与频率的关系，相频特性指相位与频率的关系。要求利用 GUI图形界面工具绘制单环的幅频相频特性图像。（2） 单环传输函数： 其中各符号的参为： 其中l为圆的周长，与半径有关。环半径取50-100微米，为波长，（实数）是耦合系数，取0.20.6，为一周的衰减系数，越小，衰减越大，一般它的取值为0.7-0.99。2设计原理及方案2.1单环谐振器（1）为了满足需要的增加功能，光纤的大力传输，谐振调节器在高效率，低损耗传输中有着很大的优势，在共振频率附近，能量传输效率达到最高。我们要研究的单环谐振器就是以上一类比较简单的谐振器。它的主要参数有，幅频相频特性、耦合系数、传递系数等。 图11 单环谐振器原理图（2） 在上图中我们知道k是耦合系数，是输入的能量，是输出的能量，t是传输系数，其中参数满足如下关系： 图1-1-1 频率响应（3） 上式中的称为单环的传递函数，代表着能量的传递效率，它的模值越大，代表着传递效率越高。其中包含了幅频相频的特性。下图为耦合系数和传递系数不同时的相位特性曲线。图1-2所示传输中的相位特性，其中耦合和传递参数取值如下。 图1-3所示传输中的相位特性参数（4） 谐振环的传输系数： （5） 当电压运用到一个谐振环，相移，偏转相位，单环的周长，环形波导的有效折射率，自由空间光波的波长，的系数，半波电压的关系如下： 图1-2 相位特性 图1-3 相位特性2.2图形用户界面（GUI)图形用户界面，又称图形用户接口(Graphical User Interface，GUI)是指采用图形方式显示的计算机操作环境用户接口。与早期计算机使用的命令行界面相比，图形界面对于用户来说更为简便易用。GUI的广泛应用是当今计算机发展的重大成就之一，它极大地方便了非专业用户的使用人们从此不再需要死记硬背大量的命令，取而代之的是可用用通过窗口、菜单、按键等方式来方便地进行操作。而嵌入式GUI具有下面几个方面的基本要求：轻型、占用资源少、高性能、高可靠性、便于移植、可配置等特点。 图14 GUI工作界面3程序的设计3.1幅频相频程序r=200;c=0.47e-6;b=r*c,0;a=r*c,1;w=0:40000;h=freqs(b,a,w);subplot(2,1,1); plot(w,abs(h); grid; ylabel('幅度')subplot(2,1,2); plot(w,angle(h)/pi*180); grid; ylabel('相位')3.2GUI显示程序该段程序通过设置“图像翻转”功能键对应的句柄uipanel7 中的“Visible”属性的开关来实现该功能键的显示隐藏。function tuxiangfanzhuan_Callback(hObject, eventdata, handles)% hObject handle to tuxiangfanzhuan (see GCBO)% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)set(handles.uipanel7,'Visible','on');if strcmp(get(gcbo, 'Checked'),'on')set(handles.uipanel7,'Visible','on');set(gcbo, 'Checked', 'off');set(handles.uipanel7,'Visible','off');elseset(gcbo, 'Checked', 'on');End利用matlab中“ uigetfile”、“imread” “imshow”实现图像文件的读取与显示：function openfile_Callback(hObject, eventdata, handles)% hObject handle to openfile (see GCBO)% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)if isequal(filename,0)|isequal(pathname,0)return;Elsefile=pathname,filename;global S S=file;x=imread(file);set(handles.axes1,'HandleVisibility','ON');axes(handles.axes1);imshow(x);set(handles.axes1,'HandleVisibility','OFF');axes(handles.axes2);imshow(x);handles.img=x;guidata(hObject,handles);end4结果分析由上面得到的幅频相频如下图所示，与理论得到的单环特性基本一致。通过本次设计可以感受到，单环谐振器的传输特性较好，传输效率很高。 图1-5 幅频相频特性GUI用户界面显示如下，在图像界面显示中，更好的的体现了单环幅频相频的特点。 图1-6 5课程设计心得与体会当我第一次拿到此次的课题时，感到有些无所适从。虽然，曾经学习过Matlab的课程，在课程的考核中也取得了较好的成绩，但由于对Matlab 的学习更多的只是停留在理论上的学习，在课时内的试验也只是简单的基础性试验，所以对Matlab实际运用不是很熟练。为此，在实践正式开始前，我利用课余时间，重新复习了Matlab 教材，专门借阅了利用Matlab 进行图像处理的相关教程，通过索引网络上的相关资料，为课设做了较为充分的准备。在参考了相关材料及源程序，我对自己要做的课设内容有了进一步的了解，并对Matlab的使用有了更深的体会。但是，总体来说，此次的课程设计，还是较为满意的。它不但鞭策着我去巩固Matlab 的基础理论知识，还提高了我对Matlab 的实际操作运用，使得理论与实践相结合，为进一步学习Matlab打下坚实的基础；同时，在实践的工程中，也让我体会到一种努力付出并得到回报的满足感觉。通过本次课程设计，我了解了如何使用 Matlab 软件，通过这次编写程序的过程，我对Matlab 软件有了更清晰的认识，了解到了它的精髓，学会了用更简练的方式来编写程序。在对自己所编写的程序进行调试的过程中，我可以清楚地辨识出程序的错误，并加以改正，使我的程序在逻辑上更严谨，也使程序更精简。通过Matlab 软件的图像绘制功能，理解掌握了单环的幅频相频特性，并能在Matlab 中对其编程实现功能的描述。从而使得我对电磁场电磁波的相关知识有了更深入的了解，同时对Matlab 软件的使用也更加熟练了，重新认识到了它的一些功能，在利用GUI图形界面处理工具中，感受到了Matlab软件的强大功能，通过这次课程设计，我增强了编写程序的能力，积累了实践经验，提高了动手能力。 参考文献1刘岚，黄秋元电磁场与电磁波基础北京：电子工业出版社，2010.72殷际杰微波技术与天线北京：电子工业出版社，2012.83路宏敏，王新稳电磁场与电磁波西安：西安电子科技大学出版社，2011.104温正Matlab8.0 从入门到精通北京：清华大学出版社，20013.105张志涌，杨祖樱Matlab 教程北京：北京航空航天大学出版社，2010.86数字电路实验与课程设计 哈尔滨工程大学出版社