毕业设计（论文）基于MATLAB的信号与系统实验仿真系统的设计连续信号分析模块.doc

基于MATLAB的信号与系统实验仿真系统设计-连续信号分析模块摘要本文利用MATLAB可视化编程语言开发了一套“信号与系统”实验仿真系统，对实验系统的开发背景、开发平台软件作了简要介绍。该系统界面友好，操作简单，参数设置方便，输出结果准确直观，为“信号与系统”实验提供了一种新的实现手段。软件虚拟实验必将成为该课程实验教学的发展方向。信号与系统是电子信息类专业的专业基础课程，由于信号与系统是一门很抽象，理论和实践结合较紧密的学科，因此实验教学在课程教学中占有十分重要的地位，本文基于MATLAB设计并实现了一套信号与系统试验系统。引言 信号与系统课程是一门实用性较强、涉及面较广的专业基础课，是高等学校电子信息、计算机技术、自动控制等专业的一门重要的必修基础课，在许多学校都被列为重点课程，具有十分重要的地位和作用。该课程是将学生从电路分析的知识领域引入信号处理与传输领域的关键性课程，对后续专业课起着承上启下的作用。该课程的基本方法和理论大量应用于计算机信息处理的各个领域，特别是在通信、数字语音处理、数字图像处理、数字信号分析领域的应用更为广泛。因此，让学生掌握对信号与系统进行分析的基本方法和理论，无论是今后专业课的教学，还是学生毕业后从事专业工作的能力，都具有重要的意义。在目前的教学工作中，信号与系统的教学主要是考虑课堂上重点讲授基本理论知识要点，但是信号与系统是一门以数学推导为核心的理论性很强的学科，其概念比较抽象，数学计算又比较繁琐并且较少开设实验。长期以来信号与系统一直采用“教师黑板学生”的单一教学模式，学生仅依靠做课后习题来巩固和理解教学内容，对课程中大量的应用性较强的内容不能实际动手设计、调试、分析，使学生的课后实践受到相当大的限制，严重影响和制约了教学效果。为了帮助学生理解与掌握课程中的基本概念、基本原理、基本分析方法以及培养学生综合应用所学知识解决实际问题的能力，特引入功能强大的Matlab仿真语言， 在此基础上设计了基于Matlab软件平台仿真环境的课程实验系统。该系统对于帮助学生完成数值计算、信号与系统分析的可视化建模及仿真调试起到了积极的推动作用。“信号与系统”课程的特点是概念抽象，数学运算量大、公式和理论推导相对较多，因此“信号与系统”一直处于教难、学更难的境况中，这就更加需要通过实验来帮助学生理解这些抽象概念。由于信号与系统实验所需的设备价格较高，实验难度较大，许多学校都因不具备实验条件而放弃了实验课程的开设，极大地影响了教学效果。近年来，随着计算机硬件性能的不断提升和计算机软件技术的飞速发展，利用计算机进行实验系统仿真成为一种趋势。用软件来对实验系统进行仿真有以下几个优点：(1)实验成本低，且实验器材的选择余地大；(2)易于实现较为复杂的实验过程；(3)实验所需时间较少，实验效率高；(4)便于记录和分析实验过程和实验结果。【关键词关键词：数字信号处理；教学实验系统；MATLAB；GUIAbstractWith the continuous development of information technology,digital signal processing has become a very important subject and technology field。It has widely applicated in the communication, audio and image, remote sensing, biological engineering. The core content of digital signal processing, mainly is the signal transmission and processing, identification and so on. When the signal system is a carrier of information, information processing. Therefore, in order to better research signal and system of basic theory and method, help students better understand and master of digital signal processing theory knowledge, in the experimental process by MATLAB, the platform for computer-aided design.MATLAB algorithm is used to develop, data visualization, data analysis and numerical calculation of the advanced technology and the interactive language environment. As a powerful scientific computing platforms, it almost to satisfy all computing requirements. As for simulation and program design and visualization of generality demand has increased, emphatically improve the MATLAB graphical user interface, greatly satisfy the needs of the users.GUIDE of matlab is a quick development enviroment.A graphics user interface for a teaching experiment software of digital signal process has been designed and implemented.Integrating DSP experiments,a new computer aided instruction mode is derived throught this system which combing matlab and multimedia.Being active and this interface is friendly and open,this system is beneficial for the students to comprehend DSP theory and improves the teaching effect and efficiency.Key words: digital signal process; teaching experiment; Matlab; graphics user interface目录第一章 引言1.1概述1.2基于matlab的信号与系统试验平台1.3研究意义1.4本文的主要工作第二章 系统分析2.1引言2.2需求分析2.3可行性分析2.4系统主要目标及功能2.5 小结第三章 方案选取3.1引言3.2界面工作的选取3.3模拟信号实验的软件工具选择3.4方案选择第四章 开发运营环境4.1系统开发环境和运营环境4.1 开发语言和开发工具介绍第五章 系统软件平台的设计5.1 引言5.2系统整体框架5.3系统设计步骤5.4系统模块5.5生成可执行文件5.6小结第六章 系统测试6.1引言6.2测试背景6.3测试结果6.4小结第七章 结论致谢参考文献附录第1章 绪论1.1 课题研究的背景及意义“数字信号处理”在电子信息专业中是一门很重要的课程，它涉及的知识广泛，包括微积分、概率论、信号与系统等。学生在学习这方面的内容的时候，通常感觉比较抽象，对其中的基本理论和分析方法难以具体地理解和掌握。为此，很多学校安排了实验课程，借助一些优良的软件平台（如MATLAB等）来解决这一实际问题，帮助学生更好地理解和掌握数字信号处理中的基本理论和分析方法，激发他们的学习兴趣，从而达到良好的教学效果。1.2 教学实验系统简介 数字信号处理实验环节在教学过程中是非常重要的，实验有助于学生理解和掌握所学的理论。MATLAB是用于算法开发、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。作为强大的科学计算平台，它几乎满足所有的计算要求。随着对仿真和程序设计通用性及可视化需求的日益增加，MATLAB着重改善了图形用户界面的制作，极大地满足了用户的需求。 MATLAB的GUID是专门用于图形用户界面的快速开发环境，本文利用该工具设计教学实验系统,该系统将MATLAB软件和多媒体硬件结合，将数字信号处理的实验内容融入进去，形成一种新的计算机教学实验方式。该系统的形象直观，总体界面友好，具有开放性，便于学生对所学理论知识的理解，大大提高教学的效果和效率。现在大多数高校都借助于MATLAB进行辅助教学，MATLAB语言是一种非常适合信号分析与处理的语言，它的使用对学生理解数字信号处理中的许多基本理论起到极其重要的作用。MATLAB具有强大的图形用户界面生产能力，用户可以根据自己的需要设计图形界面。本实验系统以MATLAB为开发平台，保证了该系统具有一定的通用性，它采用图形交互的界面，不仅可以用于实验教学，也可以用于辅助理论教学，操作起来非常方便，形象直观。它开发了基本信号的产生，常用序列的计算，傅里叶变换，滤波器的设计等MATLAB辅助分析与设计实验。通过这个实验系统，可以将数字信号处理课程中许多抽象的理论知识形象地表示出来，使得原先实验中较难观察到的现象以及繁琐的设计计算等，都能较简单的解决。该实验系统为学生提供了一个形象而全面的演示，激发学生的学习兴趣，加深学生对数字信号处理课程中理论知识的理解。1.3 设计的目标任务在许多高校的相关专业，数字信号处理都被列为专业必修课。但是，它涉及的知识广泛，包括微积分、概率论、信号与系统等。学生在学习这方面的内容的时候，通常感觉比较抽象，对其中的基本理论和分析方法难以具体地理解和掌握。目前，我校的数字信号处理课程总共48个学时，其中有6个实验学时，要想在这么短的时间内让学生较好地掌握数字信号处理的理论知识，这是比较困难的，所以可以利用MATLAB友好的人际交互界面，制作出形象、开放的教学实验系统，以此达到帮助学生更好的掌握数字信号处理理论知识的目的。第2章 数字信号处理与开发环境的简介2.1 数字信号处理的简介随着信息技术的高速发展，信息时代和数字世界悄然到来，数字信号处理已成为一门重要的学科和一个极其重要的科学领域。它被广泛地应用于电子信息工程、通信工程、语音、图像、自动控制、雷达、遥感和生物工程等众多领域。数字信号处理是把信号用符号或者是数字的形式表示成序列，通过通用（专用）信号处理设备或计算机，用数值计算的方法进行各种处理，它的目的是对真实世界的连续模拟信号进行测量或滤波，达到提取有用信息并加于利用的效果，例如检测、变换、增强、参数提取、频谱分析等。数字信号处理系统具有以下一些明显的优点：（1）精度高。模拟网络的精度由元器件决定，模拟元器件的精度很难达到10-3以上，而数字系统只要14位字长就可达到10-4的精度。在高精度系统中，有时只能采用数字系统。（2）灵活性高。数字系统的性能主要由乘法器的系数决定，而系数是存放在系数存储器中的，只需改变存储的系数，就可得到不同的系统，比改变模拟系统方便得多。（3）可靠性强。因为数字系统只有两个信号电平“0”、“l”，因而受周围环境温度以及噪声的影响较小，而模拟系统，各元器件都有一定的温度系数，且电平是连续变化的，易受温度、噪声、电磁感应等的影响。如采用大规模集成电路，可靠性就更高。（4）容易大规模集成。这是由于数字部件有高度规范性，便于大规模集成、大规模生产，对电路参数要求不严，故产品成品率高。尤其是对于低频信号，例如地震波分析，需要过滤几赫兹到几十赫兹信号，用模拟网络处理时，电感器、电容器的数值、体积和重量都非常大，性能亦不能达到要求、而数字信号处理系统在这个频率处却非常优越。（5）时分复用。也就是利用数字信号处理器同时处理几个通道的信号。处理器运算速度越高，能处理的信道数目也就越多。（6）可获得高性能指标。例如对信号进行频谱分析，模拟频谱仪在频率低端只能分析到1OHz以上频率且难于做到高分辨率（足够窄的带宽），但在数字的谱分析中，已能做到10-3Hz的谱分析。又如有限长冲激响应数字滤波器，则可实现准确的线性相位特性，这在模拟系统中是很难达到的。（7）二维与多维处理。利用庞大的存储单元，可以存储一帧或数帧图象信号，实现二维甚至多维信号的处理，包括二维或多维滤波、二维及多维谱分析等。数字信号处理系统也有其局限性，例如，数字系统的速度还不算高，硬件的速度也只在几十兆赫以下，故不能处理很高频率的信号。另外，系统比较复杂，因而价格昂贵等也是其缺点。2.2 MATLAB简介与特点2.2.1 MATLAB的简介MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，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，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。GUIDE（Graphical User Interface Development Enviroment）是MATLAB中一个专门用于GUI程序设计的向导设计器，通过GUIDE可以很方便地设计出各种符合要求的图形用户界面，用户可以根据提示完成新界面的制作，却不必了解新界面内部是如何工作的。GUI设计既可以以基本的MATLAB程序设计为主，也可以用鼠标利用GUID工具进行设计，也可以综合以上两种方法进行设计。2.2.2 MATLAB的特点（1）友好的工作平台和编程环境 MATLAB由一系列工具组成。这些工具方便用户使用MATLAB的函数和文件，其中许多工具采用的是图形用户界面。包括MATLAB桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。随着MATLAB的商业化以及软件本身的不断升级，MATLAB的用户界面也越来越精致，更加接近Windows的标准界面，人机交互性更强，操作更简单。而且新版本的MATLAB提供了完整的联机查询、帮助系统，极大的方便了用户的使用。简单的编程环境提供了比较完备的调试系统，程序不必经过编译就可以直接运行，而且能够及时地报告出现的错误及进行出错原因分析。 （2）简单易用的程序语言 Matlab一个高级的矩阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序（M文件）后再一起运行。新版本的MATLAB语言是基于最为流行的C语言基础上的，因此语法特征与C语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。使之更利于非计算机专业的科技人员使用。而且这种语言可移植性好、可拓展性极强，这也是MATLAB能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。 （3）强大的科学计算机数据处理能力 MATLAB是一个包含大量计算算法的集合。其拥有600多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算功能。函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果，而前经过了各种优化和容错处理。在通常情况下，可以用它来代替底层编程语言，如C和C+ 。在计算要求相同的情况下，使用MATLAB的编程工作量会大大减少。MATLAB的这些函数集包括从最简单最基本的函数到诸如矩阵，特征向量、快速傅立叶变换的复杂函数。函数所能解决的问题其大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。 （4）出色的图形处理功能 MATLAB自产生之日起就具有方便的数据可视化功能，以将向量和矩阵用图形表现出来，并且可以对图形进行标注和打印。高层次的作图包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。可用于科学计算和工程绘图。新版本的MATLAB对整个图形处理功能作了很大的改进和完善，使它不仅在一般数据可视化软件都具有的功能（例如二维曲线和三维曲面的绘制和处理等）方面更加完善，而且对于一些其他软件所没有的功能（例如图形的光照处理、色度处理以及四维数据的表现等），MATLAB同样表现了出色的处理能力。同时对一些特殊的可视化要求，例如图形对话等，MATLAB也有相应的功能函数，保证了用户不同层次的要求。另外新版本的MATLAB还着重在图形用户界面（GUI）的制作上作了很大的改善，对这方面有特殊要求的用户也可以得到满足。 （5）应用广泛的模块集合工具箱 MATLAB对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集和工具箱。一般来说，它们都是由特定领域的专家开发的，用户可以直接使用工具箱学习、应用和评估不同的方法而不需要自己编写代码。目前，MATLAB已经把工具箱延伸到了科学研究和工程应用的诸多领域，诸如数据采集、数据库接口、概率统计、样条拟合、优化算法、偏微分方程求解、神经网络、小波分析、信号处理、图像处理、系统辨识、控制系统设计、LMI控制、鲁棒控制、模型预测、模糊逻辑、金融分析、地图工具、非线性控制设计、实时快速原型及半物理仿真、嵌入式系统开发、定点仿真、DSP与通讯、电力系统仿真等，都在工具箱（Toolbox）家族中有了自己的一席之地。 （6）实用的程序接口和发布平台 新版本的MATLAB可以利用MATLAB编译器和C/C+数学库和图形库，将自己的MATLAB程序自动转换为独立于MATLAB运行的C和C+代码。允许用户编写可以和MATLAB进行交互的C或C+语言程序。另外，MATLAB网页服务程序还容许在Web应用中使用自己的MATLAB数学和图形程序。MATLAB的一个重要特色就是具有一套程序扩展系统和一组称之为工具箱的特殊应用子程序。工具箱是MATLAB函数的子程序库，每一个工具箱都是为某一类学科专业和应用而定制的，主要包括信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、小波分析和系统仿真等方面的应用。 （7）应用软件开发（包括用户界面） 在开发环境中，使用户更方便地控制多个文件和图形窗口；在编程方面支持了函数嵌套，有条件中断等；在图形化方面，有了更强大的图形标注和处理功能，包括对性对起连接注释等；在输入输出方面，可以直接向Excel和HDF5进行连接。 第二章 系统分析2.1引言现代社会，通信与传感、仿真计算技术紧密结合，信息成为社会的高级“神经中枢”，随着我国科学技术的发展和国内外合作的加强，对通信水平的要求也日益增加，如果通信水平跟不上，社会成员之间的合作程度就受到限制，生产力的发展也必然受到限制，可见通信在现代生活中扮演的角色越来越重要，本课题以此为出发点，采用Matlab语言为工作环境，Matlab语言称为第四代编程语言，程序简洁、可读性很强而且调试十分容易,自1984年由美国MathWorks公司推向市场以来，历经十几年的发展，现已成为国际公认的优秀科技应用软件，是数字信号处理方面得天独厚优势图形开发工具.本软件设计目标是以配合教学为出发点，主要是面对通信工程专业的初学者，用简单，可视化的仿真模拟图形给大家演示部分基本波的传输特性，以及在信道中的传输特性。使他们直观，感性地了解和掌握通信系统的概念、传输性能等3。为了规范和条理的进行本系统的设计以及使后续的开发维护工作变得有趣而轻松，故编写本系统需求分析说明书；旨在开发过程中进行参考，使系统在需求的规范之内，避免重复劳动，加快开发进度以及提高开发效率；同时也是为以后系统维护服务提供指南；由于时间仓促，错误之处在所难免，请见谅。2.2 需求分析通信在现今生活中已是普遍存在，在经济发展，政治军事活动，个人生活中的应运以是相当普遍，是社会发展不可缺少的工具，自1844年莫而斯在华盛顿和巴尔的摩之间发送世界第一份电报以来，通信已经经历了150多年，发展到目前数字通信趋于替代模拟通信的趋势。信号与系统课程，是高等理工科类院校通信与电子信息工程等专业中一门十分重要的基础理论课，也是电子信息工程专业许多后续课程的重要理论基础。以前的信号模拟是通过硬件，对仪器和实验室的要求较高，不便于广泛应用，而且信号处理具有内容繁多、概念抽象、设计复杂等特点, 学生在学习时常常会感到枯燥, 难以理解和掌握。基于此种需求，本系统设计为教学演示型软件，运用Matlab软件开发，便于学生直观观察信号系统中涉及的波形及特性的原理图, 为后续课程的学习，以及独立分析和设计新的系统，打下基础。2.3可行性分析2.3.1技术可行性本课题所涉及的研究目标，在国内外已经有相当成熟的理论基础和技术基础。通过开发人员的文献调查，对于Matlab做用户图象界面和信号模拟所涉及到的技术问题进行细致的分析，很大一部分可以使用电子信息工程的专业知识进行构建，其他的部分则可以通过自学，调用已经开发好的一些功能模块来完成课题涉及到的技术要求。2.3.2 经济可行性本课题通过对既有开发平台的使用，能够设计出比较完善的信号系统实验平台，没有任何经济上的负担，本课题可以自主开发信号系统实验平台，为实验提供了灵活性,摆脱了硬件可以看到实验结果,而且又可脱离Matlab来进行仿真.为教学和研究提供了方便,在经济上节约了实验开支,锻炼了学生的自我研发意识和自己动手的能力。2.3.3 操作可行性Matlab程序流程简单明了，开发率高，并且能够结合其他多种开发工具，共同实现信号模拟功能。它易学易用，不需大量编程，能创作出一些高水平的模拟平台作品，对于非专业的开发人员和专业开发人员都是一个好的选择。从可操作性的角度来讲，完全可行。2.4 系统主要目标及功能2.4.1 系统目标本课题开发目标是利用Matlab软件开发一套集可视化图形与动态仿真为一体的教学演示型软件，主要是面对初学者，用可视化的仿真模拟图形配合老师的讲课内容给大家演示信号与系统课程中部分信号的传输波形、卷积、傅立叶变换以及滤波器设计等，帮助他们直观、感性地了解和掌握信号系统的概念、基本特征等，深化对通信概念的理解。 2.4.2 系统主要功能本系统主要功能包括基本序列计算、基本信号产生、卷积、傅立叶变换、滤波器设计。简单基础地涵盖了信号与系统部分主要章节, 用可视化的仿真模拟图形为大家演示部分基本信号的传输波形和调制变换，部分交互式界面可直接输入合适的值使大家更直观、感性地了解和掌握信号系统的概念、传输性能、基本特征等,为课程的学习打下基础。界面上的文字说明帮助大家了解本图形的特性或功能。整套系统采取图文并茂、循序渐进、从感性到理性的方式，首先让初学者在掌握基本信号模拟和运算。2.5 小结一个系统在开发之前就需要进行需求分析和可行性分析，本章重点阐述本设计的需求分析、可行性分析和目的，对这个系统的需求有了一个比较有力的证明。第三章 方案选取3.1引言本设计研究的信号系统实验平台是一个可执行的系统，可以脱离它的开发软件Matlab而独立运行。本系统的关键是实现参数的传递和生成可执行文件，这对刚接触Matlab的我们来是说比较困难，老师为我们提出了一些参考方案来完成设计，本章将在根据我们实力的基础上，给出本课题最适合选用的一种方案。3.2界面工具的选取由于我们的课题是基于Matlab的信号系统平台，所以在选择做界面的工具的时候也选择Matlab。如果用VB做界面的话在后面实现信号波形的时候需要建立VB和Matlab的链接，那样会增加工作量和工作难度，而且我们对他们的链接也是知之甚少，实际链接的时候会很麻烦，所以在权衡了各方面的因素我们选择用Matlab做界面。3.3模拟信号实验的软件工具选择 我们在学习信号与系统和数字信号处理课程时，做实验的时候用的是Matlab软件来实现信号波形的模拟以及处理，可以比较直观准确的看到波形，对Matlab软件也有了初步的认识，也可以用它编写一些比较简单的程序来。在信号波形模拟的领域中，我们只接触过Matlab软件，所以在编写模拟信号波形这个模块中我们选择Matlab软件。Matlab是Math和Works公司推出的一个为工程计算和数据分析而专门设计的高级交互式软件包，利用它能容易地解决在系统仿真领域教学与研究中遇到的问题。3.4 设计方案选择在本系统的设计中, 界面布局设计采用自顶向下的设计方法, 即先设计引导界面和主界面, 再设计各个实验子界面。界面设计完成后, 只是一些静态的画面而已, 没有什么内涵, 还不能用于实验操作, 要想达到实验目的, 必须借助于函数调用。在设计中, 各个回调函数的编写顺序则是采用自底向上的设计方法, 即先编制各个实验子界面的回调函数, 再编写主界面和引导界面的回调函数。第四章 开发运行环境4.1 系统的基本模块 基于MATLAB强大的功能，许多高校数字信号处理课程的实验都是以MATLAB作为仿真工具。本文利用MATLAB的GUIDE工具箱设计并实现了数字信号处理教学实验系统的图形用户界面GUI、实验主界面和实验子界面。这些界面以按钮、静态文本、编辑框和坐标轴等友好界面形式构成，即便是不理解MATLAB程序，也可以很方便地使用，系统内容丰富，结果直观易懂，便于分析。通过该实验系统，将MATLAB软件与多媒体硬件相结合，形成一种新的计算机辅助教学方式，有助于提高学生学习的效率，帮助学生理解课堂数学理论。该实验系统提供的主要功能有：友好的用户界面和数据图形结果输出。本系统按功能要求主要划分以下几个模块：GUI模块、实验主界面模块、实验结果和实验内容模块。GUI模块是一个主界面，实验主界面模块根据数字信号处理课程的重点和难点选择了几个典型的实验。在对实验教学系统的各界面开发过程中，需要对MATLAB的图形用户界面的功能有充分的理解，包括静态文本的输入、数据的读入、按扭的响应、坐标轴的链接等。整个系统的功能结构如图1所示。 GUI界面退出实验主界面退出实验子界面实验结果实验内容退 出返 回退出 图3.1 系统流程图首先进入GUI主界面，让用户可以自由选择想了解的内容和实验。在每个实验的窗口上又分别安放了实验内容和实验结果，通过实验主界面了解想要了解的知识，也可以通过输入参数得到不同的实验结果，即把几个实验放在一个界面上，这样便于比较和分析。4.2系统设计步骤在该系统的设计中，界面布局设计是自顶向下的，即先设计GUI界面，再设计各个实验子界面，界面上包括按钮、坐标轴、文本框等控件。界面设计完成后，只是一些静态的画面，而没有实际操作意义，还不能用于实验操作，想要达到实验演示和分析的功能，还必须借助于callback函数调用一系列的程序。在设计中，各个回调函数的编写顺序则是自底向上的，即先编写各个子界面中的回调函数下的程序，再编写GUI界面的回调函数下的程序。其设计的具体操作步骤如下：（1）使用MATLAB图形用户界面开发环境GUIDE提供的一系列创建用户图形界面工具，设计整个系统的GUI界面、实验主界面和各个子界面。（2）分别编写各个子界面的各个控件对象的回调函数下的一系列程序，以实现控件相应的控制功能，达到直接通过界面上各个控件就可以控制数据的输入，并可以方便、直观地对实验内容及实验结果进行对照分析。（3）编写GUI界面的回调函数下的程序，将各个子界面整合在GUI界面中，即通过GUI界面就可以进入任何一个子界面并进行操作。4.2.1创建GUI创建Matlab GUI界面通常有两种方式：第一种，在 .m文件中动态添加，即自己编写程序，设置参数；第二种，使用GUIDE帮助创建GUI；在Command 里面输入 GUIDE 或者从菜单里面，或者从快捷按钮均可进入 GUIDE。新建并且保存后，会生成相应的fig文件和m文件，在Layout编辑视图中，可以使用如下工具：Layout Editor：布局编辑器；Alignment Tool：对齐工具；Property Inspector：对象属性观察器；Object Browser：对象浏览器；Menu Editor：菜单编辑器。4.2.2 使用控件新建一个布局(窗口)，可以在新窗口中添加如下控件1静态文本（Static Text）        2编辑框（Edit Text）控件3列表框（Listbox）控件            4滚动条（Slider）控件5按钮（Push Button）控件        6开关按钮（Toggle Button）控件7单选按钮（Radio Button）控件      8按钮组（Button Group）控件9检查框（Check Box）控件        10列表框（Listbox）控件11弹出式菜单（Popup Menu）控件    12坐标轴（Axes）控件13面板（Panel）控件每一个控件都有自己的属性常规属性。1.控件风格和外观（1）BackgroundColor：设置控件背景颜色，使用R G B或颜色定义。（2）CData：在控件上显示的真彩色图像，使用矩阵表示。（3）ForegroundColor：文本颜色。（4）String属性：控件上的文本，以及列表框和弹出菜单的选项。（5）Visible：控件是否可见。2.对象的常规信息（1）Enable属性： 表示此控件的使能状态，设置为on”，表示可选，为“off”时则表示不可。（2）Style：控件对象类型。（3）Tag：控件表示（用户定义）。（4）TooltipString属性：提示信息显示。当鼠标指针位于此控件上时，显示提示信息。（5）UserData：用户指定数据。（6）Position：控件对象的尺寸和位置。（7）Units：设置控件的位置及大小的单位。（8）有关字体的属性，如 FontAngle， FontName等。 3.控件回调函数的执行（1）BusyAction：处理回调函数的中断。有两种选项：即Cancel：取消中断事件，queue：排队（默认设置）。（2）ButtonDownFcn属性：按钮按下时的处理函数。（3）CallBack属性：是连接程序界面整个程序系统的实质性功能的纽带。该属性值应该为一个可以直接求值的字符串，在该对象被选中和改变时，系统将自动地对字符串进行求值。（4）CreateFcn：在对象产生过程中执行的回调函数。（5）DeleteFcn：删除对象过程中执行的回调函数。（6）Interruptible属性：指定当前的回调函数在执行时是否允许中断，去执行其他的函数。 4.控件当前状态信息（1）ListboxTop：在列表框中显示的最顶层的字符串的索引。（2）Max：最大值。（3）Min：最小值。（4）Value：控件的当前值。可以使用属性编辑器来设置属性4.2.3 写回调函数 CallBack 每个控件都有几种回调函数，右键选中的控件一般会有如下菜单：然后就可以跳转到相应的 Editor中编辑代码，GUIDE会自动生成相应的函数体，函数名，名称一般是控件 Tag+ Call类型名参数有三个( hObject, eventdata, handles)，其中hObject为发生事件的源控件，eventdata为事件数据结构，handles为传入的对象句柄，CreateFcn 是在控件对象创建的时候发生(一般为初始化样式，颜色，初始值等)，DeleteFcn 实在空间对象被清除的时候发生，ButtonDownFcn和KeyPressFcn分别为鼠标点击和按键事件Callback，CallBack为一般回调函数，因不同的控件而已异。例如按钮被按下时发生，下拉框改变值时发生，sliderbar 拖动时发生等等。4.2.4 句柄图形之间的层次关系RootFigureAxesImageUncontrlolUimenuLIghtLinePatchRectangleSurfaceText图3.2 句柄图形之间的层次关系图可以创建图形句柄的常见函数：1figure函数：创建一个新的图形对象。2newplot函数：做好开始画新图形对象的准备。3axes函数：创建坐标轴图形对象。4line函数：画线。5patch函数：填充多边形。6surface函数：绘制三维曲面。7image函数：显示图片对象。8uicontrol函数：生成用户控制图形对象。 9uimenu函数：生成图形窗口的菜单中层次菜单与下一级子菜单。几个实用的小函数：uigetfile 选择文件对话框uiputfile 保存文件对话框uisetcolor 设置颜色对话框fontsetcolor 设置字体对话框msgbox    消息框 warndlg    警告框4.2.5 获取与设置对象属性常用函数：gcf函数：获得当前图形窗口的句柄gca函数：获得当前坐标轴的句柄gco函数：获得当前对象的句柄gcbo函数：获得当前正在执行调用的对象的句柄gcbf函数：获取包括正在执行调用的对象的图形句柄delete函数：删除句柄所对应的图形对象findobj函数：查找具有某种属性的图形对象设置方法：（1）get函数返回某些对象属性的当前值。例如：pget(obj,'Position');    （2）函数set改变句柄图形对象属性，例如：set(obj,'Position',vect);第五章 系统软件平台的设计5.1引言信号系统实验繁多、复杂，许多实验还需要输入参数，若将系统设计成一个界面，使得系统繁重、拥挤，不能够实现友好、美化的界面的设计要求。因此，在设计界面的时候，采用一个主界面和若干子界面，每个子界面是一个模块，实