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GUI设计在数字信号处理课程中的应用 　　 [摘要]由于数字信号处理课程理论性较强,数学计算过多,不易于理解,使学生感觉到枯燥,失去学习兴趣。通过将Matlab的图形用户界面(GUI)功能引入到教学中,可以将理论和数学公式可视化,使学生更清晰的理解较抽象的理论知识,提高学习的积极性,并可提高教学效率。 　　[关键词]Matlab GUI IIR FIR 　　 　　一、引言 　　《数字信号处理》是高等学校电子信息专业重要的专业基础课,是《信号与系统》的后续课程。它的主要内容包括离散信号在时域和频域(DFT变换)的分析和两种类型滤波器(无限脉冲响应数字滤波器和有限脉冲响应数字滤波器)的设计。这门课程不仅要求学生能够掌握数字信号处理的基本理论、基本方法和技能,还要为后续课程的学习和应用数字信号处理技术奠定基础。 　　通过几年的教学发现这门课程的理论性太强,数学推导过多,那么在教学中如果只是一味的进行推导,得出的结论大多是数学表达式,学生很难理解其物理意义,久而久之,学生会失去学习兴趣。如何使抽象的理论变得更直观,生动且易于理解,这就需要借助仿真软件了。Matlab软件不仅具有计算,绘图等功能,而且编程也很简单,是《数字信号处理》配套实验的首选。通常实验课会介绍具体程序,可在理论授课中没有必要把具体程序加以展示和讲解,而只希望通过输入相关参数获得仿真结果。那么就需要使用Matlab的另一功能――图形用户界面设计(GUI)。这一功能具有很强的可视化效果,通过相关控件创建用户界面,在界面中输入相关参数,即可得到仿真图像,而具体程序不会显示出来。本文通过两个实例来说明如何将GUI功能用于《数字信号处理课程》中。 　　二、无限脉冲响应数字滤波器的设计 　　对于无限脉冲响应数字滤波器(IIR)的设计通常是先将四个技术指标(通带截止频率,通带最大衰减,阻带截止频率,阻带最小衰减)转换为模拟滤波器的技术指标,通过设计模拟滤波器,得到传输函数H??a?(s),再利用变换方法转化为数字滤波器的系统函数H(z)。而通常采用的转换方法是脉冲响应不变法和双线性变换法。本例中是IIR以巴特沃斯模拟低通滤波器为基础,采用脉冲响应不变法进行设计,在用户界面中只需要输入IIR的???术指标和采样间隔T。 　　设计方法: 　　第一步:打开一个空白的GUI,放置Static Text、Edit Text、Axes、Push Button四种控件在合适的位置上修改其参数并保存 　　第二步:打开其m文件,在“开始变换”按钮的回调函数中输入: 　　wp1=str2num(get(handles.edit1,string)); 　　Ap=str2num(get(handles.edit2,string)); 　　ws1=str2num(get(handles.edit3,string)); 　　As=str2num(get(handles.edit4,string));%将输入的技术参数存于变量中 　　T=str2num(get(handles.edit5,string)); %将输入的采样间隔存于变量中 　　fs=1/T;%采样频率 　　wp=wp1*pi;ws=ws1*pi 　　Wp1=wp/T;Ws1=ws/T;%脉冲响应不变法的技术参数 　　[N1,Wn1]=buttord(Wp1,Ws1,Ap,As,s);%设计巴特沃斯低通滤波器 　　[b1,a1]=butter(N1,Wn1,s); 　　[numd1,dend1]=impinvar(b1,a1,fs);%脉冲响应不变法设计数字滤波器 　　w1=linspace(0,pi,500); 　　h1=freqz(numd1,dend1,w1); 　　plot(w1/pi,20*log10(abs(h1)));%绘制数字滤波器幅频特性曲线 　　axis([0 1 -80 0]);grid on 　　xlabel(归一化频率) 　　ylabel(幅度/dB); 　　回调函数输入完毕后,保存。对于双线性不变法只需将其稍加改动即可。运行用户界面,并输入相关参数,本例输入的参数和仿真结果如图1所示。 　　三、有限脉冲响应数字滤波器的设计 　　有限脉冲响应数字滤波器(FIR)的设计方法和IIR滤波器有很多的不同。FIR滤波器设计任务是选择有限长度的h(n),使传输函数满足技术要求。FIR滤波器的设计方法有窗函数法、频率采样法等。其中窗函数法是指通过选择不同的窗函数与理想低通滤波器相乘得到实际滤波器的设计方法,选择不同的窗函数会对滤波器的过渡带宽度和阻带最小衰减产生不同的影响。本例中通过选择不同窗函数的单选框产生不同的FIR滤波器。 　　设计方法: 　　第一步:打开一个