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目录中文摘要 (i)英文摘要 ................................................................................................................................ I V 1 绪论 . (1)1.1 问题提出及研究意义 (1)1.2 设计的基本内容 (1)2 系统设计工具简介 (2)2.1 MATLAB概述 (2)2.2 图形用户界面(GUI)设计 (3)2.2.1 创建GUI的步骤 (3)2.2.2 GUI编程 (7)2.2.3 GUI的设计流程和设计原则 (8)2.2.4 控件的使用 (9)3 系统总体设计思路 (10)3.1 系统总体设计的步骤 (10)3.2 系统总体设计的结构 (10)4 系统图形用户界面设计 (13)4.1 图形用户界面外观设计 (13)4.1.1 控件对象 (13)4.1.2 控件属性的设置 (14)4.1.3 窗口属性的设置 (15)4.1.4 菜单的设计 (16)4.2 图形用户界面控件编程 (16)4.2.1 输入函数 (17)4.2.2 输出函数 (18)4.2.3 回调函数 (18)5 系统用户界面的实现 (18)5.1 引导模块 (19)5.1.1 回调函数的编写 (19)5.1.2 界面功能 (20)5.2系统说明模块 (20)5.3 主界面模块 (21)5.3.1 回调函数的编写 (21)5.3.2 界面功能 (21)5.4 基本信号的产生模块 (22)5.4.1 回调函数编写的基本原理 (22)5.4.2 界面功能 (24)5.4.3 界面使用演示 (25)5.5 序列基本计算模块 (25)5.5.1 回调函数编写的基本原理 (25)5.5.2 界面功能 (26)5.5.3 界面使用演示 (27)5.6 数据采集模块 (27)5.6.1 回调函数编写的基本原理 (27)5.6.2 界面功能 (28)5.6.3 界面使用演示 (29)5.7 卷积模块 (30)5.7.1 回调函数编写的基本原理 (30)5.7.2 界面功能 (30)5.7.3 界面使用演示 (30)5.8 傅里叶变换模块 (32)5.8.1 回调函数编写的基本原理 (32)5.8.2 界面功能 (32)5.8.3 界面使用演示 (33)5.9 Z变换模块 (35)5.9.1 回调函数编写的基本原理 (35)5.9.2 界面功能 (36)5.9.3 界面使用演示 (37)5.10 滤波器设计模块 (40)5.10.1 回调函数编写的基本原理 (41)5.10.2 界面功能 (43)5.10.3 界面使用演示 (43)致谢 (49)参考文献 (50)附录 (51)毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
基于Matlab的信号与系统综合实验系统研发作者：张小凤, 金永幸, 马珊, 田甜, 刘晨鸽,刘杭州来源：《现代电子技术》2011年第20期摘要：为了改进《信号与系统》课程的教学方法，克服硬件实验系统的局限性，利用Matlab图形用户界面(GUI)开发了信号与系统课程综合实验系统。
该系统围绕信号处理中的典型问题进行实验建模和仿真，整个系统由实验主界面和单个实验界面组成，每个实验界面可以由用户自行设置和修改实验参数，实现实验结果的动态显示。
通过仿真实验，能够促进学生的感性认识，帮助学生对课程所学理论知识和抽象概念的理解，有效提高信号与系统实验教学效果。
同时，该实验系统可以弥补实验设备相对不足的缺陷，成为目前基于硬件实验系统的有效补充。
关键词：信号与系统课程； Matlab； GUI；综合实验中图分类号：TN911.7-34 文献标识码：A文章编号：1004-373X(2011)20-0024-03Integrated Experiment System for Signal and System Based on MatlabZHANG Xiao-feng, JIN Yong-xing, MA Shan, TIAN Tian, LIU Chen-ge, LIU Hang-zhou（College of Physics and Information Technology, Shaanxi Normal University, Xi’an 710062, China)Abstract： In order to improve the teaching method of the Signals and Systems course, and overcome the limitation of hardware experiment, an integrated experiments system of Signals and Systems course based on MATLAB graphic users' interface is designed. The experiment simulation and modeling are performed by thinking about the typical problems in the Signal and System course. The system is composed of the main menu and the subset experimental menus. Users can set and change the parameters of the experimental menu. The experimental results can be displayed immediately at the screen. The system can help the students obtain the perceptual knowledge and understand the theory and concepts, and improve the teaching effects very much. Moreover, the system remedied the insufficient of the experimental equipments. It will become a supplement for the hardware experimental system.Keywords： Signal and System course; Matlab; GUI; integrated experimental system基金项目：中央高校基本科研业务费专项基金资助（GK200902056）；陕西师范大学大学生创新性实验计划项目（CX10021）0 引言《信号与系统》是电子信息类本科生必修的一门专业基础课［1-2］。
基于MATLAB的信号与系统实验教程第一部分 MATLAB基础第1章 MATLAB环境1.1 MATLAB界面图1.1 MATLAB主界面图1.2 Workspace图1.3 MATLAB.m文件编辑窗口界面1.2 文件类型图1.4 设置路径图1.5 例1-1运行结果1.3 系统和程序控制指令1.4 练习第2章 数据类型与数学运算2.1 数值、变量和表达式2.1.1 数值的记述2.1.2 变量命名规则2.1.3 运算符和表达式2.2 数组、矩阵及其运算2.2.1 复数和复数矩阵2.2.2 数组和矩阵的运算2.2.3 特殊矩阵（Specialized matrices）2.3 关系和逻辑运算2.4 练习第3章 数值计算与符号计算3.1 线性代数与矩阵分析3.1.1 线性代数3.1.2 特征值分解3.1.3 奇异值分解3.1.4 矩阵函数3.2 线性方程组求解3.2.1 确定性线性方程组求解3.2.2 线性最小二乘问题的方程求解3.3 数据分析函数图3.1 例3-4运行结果3.4 符号计算图3.2 数值型与符号型数据转换关系3.5 练习第4章 绘图4.1 基本绘图指令4.1.1 plot的基本调用格式图4.1 例4-1运行结果4.1.2 stem: 离散数据绘制（火柴杆图）图4.2 例4-2运行结果4.1.3 polar: 极坐标图图4.3 例4-3运行结果4.2 各种图形标记、控制指令图4.4 例4-4运行结果4.2.1 图的创建与控制4.2.2 轴的产生与控制4.2.3 分格线(grid)、坐标框(box)、图保持(hold)4.2.4 图形标志4.3 其他常用绘图指令4.3.1 其他类型图的绘制图4.5 例4-5运行结果图4.6 例4-6运行结果简易绘图指令图4.7 例4-7运行结果4.4 练习第5章 SIMULINK5.1 SIMULINK的基本使用方法图5.1 Simulink Library Browser窗口图5.2 Pulse Generator模块的参数设置5.2 SIMULINK模型概念及基本模块介绍图5.4 SIMULINK模型的一般结构5.2.1 常用的sources——信号源模块5.2.2 常用的sinks——信号显示与输出模块图5.5 示波器纵坐标设置对话框图5.6 示波器属性对话框5.2.3 math operations——数学运算单元模块5.2.4 continuous——连续系统模块5.2.5 discrete——离散系统模块5.3 SIMULINK模型的仿真5.3.1 仿真参数设置图5.7 仿真设置对话框5.3.2 建立子系统图5.8 例5-2的SIMULINK模型图5.9 例5-2的子系统模型图5.10 例5-2仿真输出波形5.4 练习第6章 M函数和工具箱6.1 M函数6.2 工具箱图6.1 演示程序中的工具箱(Toolbox)使用帮助6.3 练习第7章 MATLAB实用技术遴选7.1 图形用户界面设计7.1.1 设计原则与设计步骤7.1.2 界面与控件介绍图7.1 标准菜单样式7.1.3 GUI实例分析。
基于Matlab的信号与系统实验平台设计
作者：全星慧周围韩建吕秀丽
来源：《现代电子技术》2014年第22期
摘要：信号与系统课程实验内容繁杂，为了克服传统硬件实验系统的局限性，利用Matlab软件提供的图形用户界面（GUI）设计了信号与系统仿真实验平台。
该实验平台由一个主界面和若干子界面构成，包括信号卷积、傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换、系统的频率响应等实验项目。
每个实验界面都可以由用户设定和修改仿真参数，实时显示仿真结果。
该平台将抽象的理论教学转化为生动的仿真实验，从而提高学生学习兴趣，加深对教学内容的理解。
关键词：信号与系统； Matlab；图形用户界面；实验平台
中图分类号： TN964⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2014）22⁃0088⁃03 Design of MATLAB⁃based experiment platform for signal and system
QUAN Xing⁃hui， ZHOU Wei， HAN Jian， [LU] Xiu⁃li
（Electronic Science College， Northeast Petroleum University， Daqing 163318， China）
Abstract：“Signal and System” course experiment content is multifarious. In order to overcome the limitations of the traditional hardware experimental system， a simulation experiment platform of “Signal and System” course was designed based on graphical user interface （GUI） in Matlab. The experiment platform consists of a main interface and several sub interfaces， including signal convolution， Fourier transform， Laplace transform， z⁃transform， frequency response of the system， etc. The simulation parameters of each experiment interface can be set and modify by users， and the simulation results can be displayed in real time. The platform translates the abstract theory teaching into vivid simulation experiment. Therefore， students' learning interest was evoked， and their understanding for the teaching content was deepened.
Keywords：“Signal and System”； Matlab； graphical user interface； experiment platform
0 引言
信号与系统课程是电子信息类专业重要的专业基础课[1⁃2]。
但由于课程内容理论性强，概念抽象，公式繁多，长期以来使得教、学处于两难境地。
因此需要通过动手实验来加深理解各种数学运算在信号处理中的实际应用。
然而，传统的硬件实验系统存在着实验设备短缺、实验项目选择受限、实验设备老化等弊端，为此，利用Matlab强大的数值计算、符号计算、绘图显示及图形用户界面等功能，设计了信号与系统仿真实验GUI平台，增加计算机辅助实验
教学手段是对信号与系统课程教学方法的有力补充，同时，GUI实验平台简单的程序和可视化结果有助于学生对抽象概念及理论知识的理解。
1 Matlab及GUI简介
Matlab是MATrix LABoratory（矩阵实验室）的简称。
Matlab是由美国The MathWorks公司出品的商业数学软件，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[3]。
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，与Mathematica、Maple并称为3大数学软件。
Matlab具有强大的图形用户界面（Graphical User Interface ，GUI）[4]生成功能。
采用Matlab的 GUI 设计仿真实验界面，过程简单，操作方便。
GUI 设计有2种方式：一种是利用基本Matlab程序设计；另一种是利用GUIDE工具设计。
GUIDE是一个专用于GUI程序设计的快速开发环境，使用者可以在该设计环境内方便地得到各种GUI控件，并可随意改变它们的外形、大小、颜色等属性，从而设计出符合要求的图形用户界面。
利用Matlab 及GUI设计开发的信号与系统仿真实验平台[5⁃7]，将信号与系统课程中较难掌握和理解的理论和概念形象地展示，从而达到使学生对所学知识理解更加透彻的目的。
2 信号与系统实验平台设计
2.1 系统平台的整体框图
本实验系统整体结构框图如图1所示。
包括2大模块：连续时间信号与系统、离散时间信号与系统。
下设基本信号时域性质、卷积、傅里叶变换、连续时间系统的频率响应、拉普拉斯变换、离散时间信号卷积、离散时间系统的频率响应、离散傅里叶变换性质、基本离散信号Z 变换、Z变换基本性质等实验模块。
每一个实验模块又有下一级实验界面，如傅里叶变换模块下面还有周期矩形脉冲信号的频谱、时移特性、频移特性和抽样定理等实验内容。
图1 系统框图
2.2 系统平台的设计步骤
设计的具体步骤如下：
（1）运用 Matlab的图形用户界面（GUI）设计方法，设计整个实验系统的开始引导主界面以及实现信号与系统课程中具体实验的各个子界面；
（2）分别编写各子界面控件对象的回调函数，实现控件相应控制功能，达到直接通过界面上各个控件就可以控制数据的输入输出，并可以方便地对实验结果的数据及其图形进行显示和分析；
（3）编写主界面的回调函数，将各实验子界面整合在信号与系统仿真实验平台主界面中，即通过主界面就可以进入任何一个实验子界面进行实验。
2.3 系统平台的界面设计
信号与系统仿真实验平台主界面如图2所示。
该实验平台主要分为连续时间信号与系统和离散时间信号与系统两大模块。
图2 主界面
连续时间信号与系统和离散时间信号与系统两大模块界面分别如图3和图4所示。
图3 连续时间信号与系统界面
图4 离散时间信号与系统界面
2.4 实验示例
以傅里叶变换模块为例介绍相关实验内容。
本实验的目的是使学生理解信号的傅里叶变换频谱与时域信号的对应关系，掌握并灵活运用傅里叶变换的时移、频移、抽样定理等性质。
实验包括周期矩形脉冲的频谱、时移特性、频移特性和抽样定理等。
周期矩形脉冲的频谱分析界面如图5所示，图中周期矩形脉冲信号的幅度为2，脉冲的宽度为1.7，脉冲的周期为10，其频谱为离散的抽样信号。
在界面通过滑动条可以调节脉冲的高度、宽度及周期等参数。
傅里叶变换的时移特性如图6所示，由图可见，矩形脉冲时域平移，其傅里叶变换幅度谱不发生改变。
通过滑动条可以调节时移参数。
图5 周期矩形脉冲的频谱界面
图6 傅里叶变换的时移特性界面
傅里叶变换的频移特性如图7所示，信号的频谱向左和向右平移后的叠加，对应原信号时域乘以一个余弦信号，即信号的双边带调制。
通过滑动条可以调节频移参数。
图7 傅里叶变换的频移特性界面
傅里叶变换的抽样定理如图8所示，当抽样周期满足奈奎斯特抽样间隔，则采样信号的频谱刚好不发生混叠。
通过滑动条可以调节抽样周期。
图8 傅里叶变换的抽样定理界面
3 结语
运用Matlab设计了信号与系统仿真实验GUI平台。
该实验平台人机交互界面友好，操作方便，形象直观。
实验过程中，只需输入或调节仿真实验参数，就可在图形框中获得仿真结果，从而便于对实验结果的分析。
在理论教学中合理地运用仿真实验，既有助于教师对课程难点内容的讲解，同时也有助于提高学生学习兴趣和学习效率。
参考文献
[1] 郑君里，应启衍，杨为理.信号与系统[M].2版.北京：高等教育出版社，2001.
[2] 吴大正.信号与线性系统分析[M].4版.北京：高等教育出版社， 2005.
[3] 毛涛涛，王正林，王玲.精通Matlab GUI设计[M].北京：电子工业出版社，2008.
[4] 李显宏.Matlab 7.x界面设计与编程技巧[M].北京：电子工业出版社，2006.
[5] 王洁丽，贾素梅，薛芳.Matlab软件在信号与系统辅助教学中的应用[J].现代电子技术，2007，30（6）：123⁃125.
[6] 林霖，杨丰，张志德.基于Matlab的“信号与系统”课程演示软件的应用[J].电气电子教学学报，2009，31（5）：98⁃100.
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[8] 邬少飞.基于Matlab的信号与系统教学研究[J].电脑与电信，2013（11）：70⁃71，73.。
