基于MATLAB的圖形用戶界面設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書題目基于MATLAB的圖形用戶界面設(shè)計(jì)專業(yè)、班級(jí)電子信息工程11級(jí)1班學(xué)號(hào)57姓名朱東麗主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：主要內(nèi)容：利用MATLAB創(chuàng)建具有人機(jī)交互功能的圖形用戶界面（GUI），實(shí)現(xiàn)對(duì)某虛擬信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)箱的操作平臺(tái)界面的設(shè)計(jì)?；疽螅?、在歡迎界面，具有進(jìn)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(shè)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(duì)指定功能的設(shè)置、顯示和實(shí)現(xiàn)。3、自選設(shè)置三個(gè)功能模塊，用于實(shí)現(xiàn)一定的信號(hào)和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)或分析。主要參考資料：1、數(shù)字信號(hào)處理教程（第三版），程佩青著，清華大學(xué)出版社

2、，2007。2、數(shù)字信號(hào)處理教程MATLAB釋義與實(shí)現(xiàn)（第2版），陳懷琛著，電子工業(yè)出版社，2008。3、MATLAB及在電子信息課程中的應(yīng)用（第4版），陳懷琛等著，電子工業(yè)出版社，2013。完 成 期 限：2014.06.092014.06.13指導(dǎo)教師簽名：課程負(fù)責(zé)人簽名：2014年06月06日專心-專注-專業(yè)基于MATLAB的圖形用戶界面設(shè)計(jì)摘 要MATLAB的GUIDE是專門用于圖形用戶界面 (GUI)程序設(shè)計(jì)的快速開發(fā)環(huán)境。從介紹GUIDE入手 ,結(jié)合具體的軟件圖形界面實(shí)例 ,給出了利用GUIDE制作圖形用戶界面的基本方法。在該設(shè)計(jì)中 ,利用GUIDE設(shè)計(jì)的界面可以實(shí)現(xiàn)一些基本信號(hào)的

3、產(chǎn)生，卷積計(jì)算，傅里葉變換等功能，界面友好 ,具有開放性 ,方便用戶不斷地完善和擴(kuò)充其功能。利用MATLAB軟件提供的圖形用戶界面（Graphical User Interfaces ,GUI）設(shè)計(jì)具有人機(jī)交互、界面友好的用戶界面。本文采用MATLAB的圖形用戶界面設(shè)計(jì)功能, 實(shí)現(xiàn)對(duì)某虛擬信號(hào)處理試驗(yàn)箱的操作平臺(tái)界面的設(shè)計(jì)。在該界面系統(tǒng)中, 集成了信號(hào)處理中的多個(gè)實(shí)驗(yàn), 應(yīng)用效果良好。本系統(tǒng)是一種演示型軟件,用可視化的仿真工具,以圖形和動(dòng)態(tài)仿真的方式演示部分基本信號(hào)的傳輸波形和變換，使學(xué)習(xí)人員直觀、感性地了解和掌握信號(hào)與系統(tǒng)的基本知識(shí)。關(guān)鍵詞 MATLABGUIDE 用戶界面 卷積 目錄1.

4、緒論1.1 概述隨著計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用以及科技的發(fā)達(dá)，現(xiàn)代社會(huì)是信息的社會(huì)，對(duì)信息的研究變得非常重要，而對(duì)信號(hào)波形的模擬可以方便研究人員研究。以前的信號(hào)模擬是用硬件，對(duì)儀器和實(shí)驗(yàn)室的要求較高，不便于廣泛應(yīng)用，而且信號(hào)處理具有內(nèi)容繁多、概念抽象、設(shè)計(jì)復(fù)雜等特點(diǎn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)常常會(huì)感到枯燥，難以理解和掌握。硬件模擬信號(hào)波形對(duì)設(shè)備要求較高，有時(shí)候受儀器或操作不對(duì)等因素的影響將無法正確直觀的看到波形，參數(shù)改變時(shí)不能立即看到波形變化。而用軟件的形式對(duì)信號(hào)波形進(jìn)行仿真有著界面可視性強(qiáng)，操作簡單方便；便于數(shù)據(jù)修改，文件保存，實(shí)驗(yàn)效率高，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富，結(jié)果直觀易懂，便于分析；而且系統(tǒng)容易擴(kuò)展新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。所以仿

5、真很有必要而且急為迫切。1.2 MATLAB軟件20世紀(jì)70年代，美國新墨西哥大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任CleveMoler為了減輕學(xué)生編程的負(fù)擔(dān)，用編寫了最早的MATLAB。1984年由Little、Moler、Steve Bangert合作成立了的MathWorks公司正式把MATLAB推向市場(chǎng)。到20世紀(jì)90年代，MATLAB已成為國際控制界的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算軟件。MATLAB（矩陣實(shí)驗(yàn)室）是MATrixLABoratory的縮寫，是一款由美國TheMathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件。MATLAB是一種用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語言和交互式環(huán)境。除了矩陣運(yùn)算、繪

6、制函數(shù)/數(shù)據(jù)圖像等常用功能外，MATLAB還可以用來創(chuàng)建用戶界面及與調(diào)用其它語言（包括C，C+和FORTRAN）編寫的程序。盡管MATLAB主要用于數(shù)值運(yùn)算，但利用為數(shù)眾多的附加工具箱（Toolbox）它也適合不同領(lǐng)域的應(yīng)用，例如控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析、圖像處理、信號(hào)處理與通訊、金融建模和分析等。另外還有一個(gè)配套軟件包Simulink，提供了一個(gè)可視化開發(fā)環(huán)境，常用于系統(tǒng)模擬、動(dòng)態(tài)/嵌入式系統(tǒng)開發(fā)等方面。MATLAB由一系列工具組成。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。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瀏覽幫

7、助、工作空間、文件的瀏覽器。隨著MATLAB的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級(jí)，MATLAB的用戶界面也越來越精致，更加接近Windows的標(biāo)準(zhǔn)界面，人機(jī)交互性更強(qiáng)，操作更簡單。而且新版本的MATLAB提供了完整的聯(lián)機(jī)查詢、幫助系統(tǒng)，極大的方便了用戶的使用。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(yùn)行，而且能夠及時(shí)地報(bào)告出現(xiàn)的錯(cuò)誤及進(jìn)行出錯(cuò)原因分析。MATLAB和、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)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(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處

8、理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完成相同的事情簡捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn)，使MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對(duì)C，C+，的支持。可以直接調(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)行下載就可以用。2.圖形用戶界面2.1圖形用戶界面定義用戶界面是用戶與計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息交流的方式。計(jì)算

9、機(jī)用戶界面在屏幕顯示圖形和文本，若有揚(yáng)聲器還可產(chǎn)生聲音。用戶通過輸入設(shè)備（如：鍵盤、鼠標(biāo)、跟蹤球、繪制板或麥克風(fēng)）， 與計(jì)算機(jī)通訊。用戶界面設(shè)定了如何觀看和如何感知計(jì)算機(jī)、操作系統(tǒng)或應(yīng)用程序。通常，多是根據(jù)悅目的結(jié)構(gòu)和用戶界面功能的有效性來選擇計(jì)算機(jī)或程序。圖形用戶界面（GUI）是指由窗口、菜單、圖標(biāo)、光標(biāo)、 圖形用戶界面按鍵、對(duì)話框和文本等各種圖形對(duì)象的用戶界面。它讓圖形對(duì)象用戶定制用戶與MATLAB的交互方式，而命令窗口不是唯一與MATLAB的交互方式。用戶通過鼠標(biāo)或鍵盤選擇、激活這些圖形對(duì)象，使計(jì)算機(jī)產(chǎn)生某種動(dòng)作或變化。 基本圖形對(duì)象分為控件對(duì)象用戶界面菜單對(duì)象控件對(duì)象和用戶界面菜單對(duì)象

10、控件對(duì)象用戶界面菜單對(duì)象，簡稱控件菜單和菜單控件。2.2 圖形用戶界面應(yīng)用運(yùn)用MATLAB軟件開發(fā)，設(shè)計(jì)圖形用戶界面系統(tǒng)平臺(tái)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，此系統(tǒng)平臺(tái)便于學(xué)生直觀觀察信號(hào)系統(tǒng)中涉及的波形及特性的原理圖,使學(xué)生更加深刻的理解“信號(hào)與系統(tǒng)”各信號(hào)的產(chǎn)生過程及原理。MATLAB作為編程語言和可視化工具 , 用MATLAB開發(fā)的實(shí)驗(yàn)為學(xué)生提供了“信號(hào)分析”、“信號(hào)抽樣”、“系統(tǒng)仿真”、“系統(tǒng)特性”及“傅立葉變換”等功能模塊 。 它的界面演示框如同通用示波器 , 顯示了信號(hào)分析與系統(tǒng)設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)仿真過程 , 給人以直觀的感受1。此系統(tǒng)使同學(xué)對(duì)所學(xué)的書本知識(shí)會(huì)有感性的認(rèn)識(shí)和直觀的驗(yàn)證 , 加深對(duì)

11、“信號(hào)與系統(tǒng)”原理的理解。3.GUI的設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的界面模塊總共包括5個(gè)模塊，其中包括兩個(gè)整體模塊：引導(dǎo)模塊、主模塊；三個(gè)功能模塊：基本序列計(jì)算模塊、卷積模塊、傅里葉變換模塊。3.2設(shè)計(jì)步驟 設(shè)計(jì)的具體步驟如下: (1）運(yùn)用MATLAB的圖形用戶界面(GUI)設(shè)計(jì)方法, 設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的開始引導(dǎo)界面、功能主界面及其實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理課程中具體功能的各個(gè)子界面。(2）分別編寫各個(gè)子界面的各個(gè)控件對(duì)象的回調(diào)函數(shù), 來實(shí)現(xiàn)控件相應(yīng)控制功能, 達(dá)到直接通過界面上各個(gè)控件就可以控制數(shù)據(jù)的輸入輸出, 并可以方便地對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)及其圖形進(jìn)行讀取和分析的目的。(3）編寫主界面的回調(diào)函

12、數(shù), 將各個(gè)實(shí)驗(yàn)子界面整合在信號(hào)處理系統(tǒng)主界面中, 即通過主界面就可以進(jìn)入任何一個(gè)子界面進(jìn)行操作。 (4）編寫開始引導(dǎo)界面的回調(diào)函數(shù), 實(shí)現(xiàn)從引導(dǎo)界面直接進(jìn)入主界面。3.3功能模塊(1）系統(tǒng)歡迎模塊。系統(tǒng)歡迎界面如圖3-1所示。圖3-1系統(tǒng)歡迎界面(2）系統(tǒng)主界面系統(tǒng)主界面包含了各個(gè)子界面，由此進(jìn)入各個(gè)子功能模塊，系統(tǒng)主界面如圖3-2所示。圖3-2系統(tǒng)主界面(3）基本序列產(chǎn)生模塊 A .基本序列產(chǎn)生模塊界面如圖3-3所示。圖3-3基本序列產(chǎn)生模塊界面由圖3-3可以看出在這個(gè)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(gè)序列，并且還給出了序列卷積這個(gè)運(yùn)算。下面來主要介紹這單位階躍序列和

13、指數(shù)序列及其設(shè)計(jì)方法。a 單位階躍序列 單位階躍序列的公式 （3-1）類似于連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)中的單位階躍信號(hào)，但應(yīng)注意在點(diǎn)發(fā)生跳變，往往不予定義（或定義為），而在=0點(diǎn)明確規(guī)定為。在該子界面的單位階躍序列那欄里輸入位移量3,然后點(diǎn)擊“單位階躍序列”按鈕，即出現(xiàn)如圖3-4所示的波形。圖3-4 位移量為3的單位階躍序列單位階躍序列關(guān)鍵程序：function pushbutton3_Callback(hObject, eventdata, handles)t=str2num(get(handles.edit2,'String'); k=t-3:t+7; fk=(k-t)>=0; s

14、tem(k,fk)title('單位階躍序列')b 指數(shù)序列指數(shù)序列是公式是 （3-2）當(dāng)>1時(shí)序列是發(fā)散的,<1時(shí)序列收斂，>0序列都取正值, <0序列在正負(fù)擺動(dòng)。此外還有的序列。在該子界面的指數(shù)序列那欄里輸入底數(shù)2,然后點(diǎn)擊“指數(shù)序列”按鈕，出現(xiàn)如圖3-5波形圖3-5 底數(shù)為2,指數(shù)為10時(shí)的指數(shù)序列指數(shù)序列模塊關(guān)鍵程序：function pushbutton4_Callback(hObject, eventdata, handles)t=str2num(get(handles.edit3,'String'); k=0:10; fk=

15、t.k; stem(k,fk)title('指數(shù)序列')(4）卷積模塊A卷積定義對(duì)于任意兩個(gè)信號(hào)和，兩者做卷積運(yùn)算定義為 （3-3）做一變量代換不難證明 （3-4）式中是兩函數(shù)作卷積運(yùn)算的簡寫符號(hào)，也可以寫成。這里的積分取和，這是由于對(duì)和的作用時(shí)間范圍沒有加以限制。實(shí)際由于系統(tǒng)的因果性或激勵(lì)信號(hào)存在時(shí)間的局限性，其積分限會(huì)有變化，這一點(diǎn)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(guān)鍵的。B卷積模塊的子界面如圖3-6所示：圖3-6 卷積子界面C卷積部分程序：function pushbutton2_Callback(hObject, eventdata,

16、handles)clcu=str2num(get(handles.edit2,'String');h=str2num(get(handles.edit3,'String');dt=str2num(get(handles.edit4,'String');y=conv(u,h);plot(dt*(1:length(y)-1),y),gridtitle('f1(t)*f2(t)')在卷積子界面內(nèi)輸入兩個(gè)信號(hào)，出現(xiàn)如圖3-7所示波形：圖3-7f1(t)*f2(t)的卷積(5）傅立葉變換模塊A傅立葉變換的原理如果以周期矩形信號(hào)為例，當(dāng)周期T

17、1 無限增大時(shí)，則周期信號(hào)就轉(zhuǎn)化為非周期性的單脈沖信號(hào)。所以可以把非周期信號(hào)看成是周期T1趨于無限大的周期信號(hào)。當(dāng)周期信號(hào)的周期T1增大時(shí)，譜線的間隔變小，若周期T1無限大，則譜線的間隔趨于無限小，這樣，離散頻譜就變成連續(xù)頻譜了。同時(shí)，由于周期趨于無限大，譜線的長度趨于零。這就是說，頻譜將化為烏有，失去應(yīng)有的意義。但是，從物理概念上考慮，既然成為一個(gè)信號(hào)，必然含有一定的能量，無論信號(hào)怎樣分解，其所含能量是不變的。所以不管周期增大到什么程度，頻譜的分布依然存在?；蛘邚臄?shù)學(xué)角度看，在極限情況下，無限多的無窮小量之和，仍可等于一有限值，此有限值的大小取決于信號(hào)的能量。設(shè)有一周期信號(hào)及其復(fù)數(shù)頻譜，將展

18、成 （3-5）兩邊乘以T1，得到 （3-6）對(duì)于非周期信號(hào)，重復(fù)周期，重復(fù)頻率，譜線間隔，而離散頻率變成連續(xù)頻率。在這種極限情況下，但量可望不趨于零，而趨近于有限值，且變成一個(gè)連續(xù)函數(shù)，通常記作，這樣式（3-6）在非周期信號(hào)的情況下將變成 （3-7）同樣，傅立葉級(jí)數(shù) （3-8）在極限的情況下，傅立葉級(jí)數(shù)變成積分形式，它等于 （3-9）通常式（3-7）稱為傅立葉正變換，式（3-9）稱為傅立葉逆變換。B傅立葉變換的公式傅立葉正變換 （3-10）傅立葉逆變換 （3-11）C.傅立葉變換模塊的子界面如圖3-8所示：圖3-8 傅立葉變換子界面若想求方波傅立葉變換，則只需要在第一欄里輸入方波的幅度及諧波次

19、數(shù)，比如輸入2,11，即出現(xiàn)以下波形：圖3-9 方波傅立葉變換指數(shù)為-2的離散傅里葉變換如下圖：圖3-10指數(shù)為-2時(shí)的離散傅里葉變換D.傅立葉變換部分程序：a方波傅立葉分析：function pushbutton2_Callback(hObject, eventdata, handles)clcA=str2num(get(handles.edit1,'String');n=str2num(get(handles.edit3,'String');t=0:0.01:2*pi;y=sin(t);plot(t,y),gridfor k=3:2:ny=y+A*sin(k

20、*t)/k;plot(t,y),gridendtitle('方波傅里葉分析')b離散傅立葉變換：function pushbutton3_Callback(hObject, eventdata, handles)clcA=str2num(get(handles.edit2,'String');ft=sym('exp(A*abs(t)');Fw=simplify(fourier(ft);Ff=subs(Fw,'2*pi*f','w');Ff_conj=conj(Ff);GF=sqrt(Ff*Ff_conj);ezpl

21、ot(GF,-0.5 0.5);grid;end；title(離散傅里葉變換);結(jié)束語MATLAB實(shí)驗(yàn)平臺(tái)發(fā)展到現(xiàn)在，雖然時(shí)間不長，然現(xiàn)如今已經(jīng)發(fā)展成為信息產(chǎn)業(yè)中一個(gè)大的研究熱點(diǎn)。更是由于次實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的復(fù)雜性和所具有的挑戰(zhàn)性，才使得有更多的MATLAB愛好者投身其中，為基于MATLAB的信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。通過這次MATLAB課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了好多知識(shí)。剛拿到課程設(shè)計(jì)題目的時(shí)候，當(dāng)時(shí)就懵了，感覺都沒聽過圖片用戶頁面設(shè)計(jì)，對(duì)于本來就不熟悉MATLAB軟件的我，心里頓時(shí)覺得好沒底。但是，隨后我通過查資料，看教程和教學(xué)視頻，從零學(xué)起MATLAB圖形用戶設(shè)計(jì)，剛開始學(xué)會(huì)了簡單的頁面設(shè)計(jì)，覺得好有成就，產(chǎn)生了興趣，慢慢看到了希望。最后，一步一步的設(shè)計(jì)出來這幾個(gè)功能模塊，看著自己設(shè)計(jì)的頁面，滿心歡喜。當(dāng)然這次課程設(shè)計(jì)，團(tuán)隊(duì)的力量不可忽視，隊(duì)友們的討論，讓我們這次設(shè)計(jì)進(jìn)行的極其的順利，也非常感謝老師的指導(dǎo)和鼓勵(lì)。致謝歷時(shí)一個(gè)星期的時(shí)間終于將這篇論文寫完，在論文的寫作過程中遇到了無數(shù)的困難和障礙，都在同學(xué)和老師的幫助下度過了。尤其要強(qiáng)烈感謝我的論文指導(dǎo)老師郭淑婷老師，她對(duì)我進(jìn)行了無私的指導(dǎo)和幫助，不厭其煩的幫助進(jìn)行論文的修改和改進(jìn)。另外