基于Matlab GUI的模擬帶通濾波器的設(shè)計(jì)

4應(yīng)用程序M文件的設(shè)計(jì)

GUI包含許多可以使軟件終端與用戶(hù)界面進(jìn)行交互的用戶(hù)界面組件，GUI實(shí)現(xiàn)的任務(wù)之一就是控制組件如何響應(yīng)用戶(hù)的行為。Matlab通過(guò)創(chuàng)建應(yīng)用程序M文件為GUI控制程序提供一個(gè)框架。所有代碼(包括回調(diào)函數(shù))都包含在應(yīng)用程序M文件中，即完成了圖形界面的設(shè)計(jì)后，應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的主要工作是控件回調(diào)函數(shù)的設(shè)計(jì)。下面討論程序設(shè)計(jì)流程及控件回調(diào)函數(shù)的設(shè)計(jì)。

4.1 程序設(shè)計(jì)流程

軟件運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)首先初始化。接著判斷輸入的濾波器參數(shù)及其類(lèi)型是否正確，不正確重新輸入，正確即可選擇相應(yīng)的功能菜單，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。程序具體流程圖如圖3所示。

4.2 控件回調(diào)函數(shù)設(shè)計(jì)

該軟件的控件回調(diào)函數(shù)包括“確定”按鈕控件回調(diào)函數(shù)、“清除”按鈕控件回調(diào)函數(shù)、濾波器類(lèi)型選擇控件回調(diào)函數(shù)、“分析”菜單下各子菜單功能回調(diào)函數(shù)和“計(jì)算”菜單下各子菜單功能控回調(diào)函數(shù)的設(shè)計(jì)。限于篇幅，僅討論“分析”菜單下各個(gè)菜單功能回調(diào)函數(shù)和“計(jì)算”菜單下各功能回調(diào)函數(shù)的設(shè)計(jì)。

4.2.1 “分析”菜單下的各子菜單功能回調(diào)函數(shù)設(shè)計(jì)

在“分析”菜單下應(yīng)包含“幅頻特性”、“相頻特性”、“階躍響應(yīng)”、“脈沖響應(yīng)”、“零極點(diǎn)圖”子菜單，分別用來(lái)實(shí)現(xiàn)幅頻特性曲線、相頻特性曲線、階躍響應(yīng)、脈沖響應(yīng)、零極點(diǎn)圖的繪制。其中，“幅頻特性”菜單用來(lái)繪制給定參數(shù)的濾波器的幅頻特性曲線，在程序設(shè)計(jì)過(guò)程中首先使用Matlab中的axes函數(shù)，得到坐標(biāo)軸控件的句柄，以便繪制特性曲線。在得到用戶(hù)輸入的設(shè)計(jì)指標(biāo)值后，利用if else語(yǔ)句來(lái)判斷用戶(hù)所選擇的是哪一種濾波器類(lèi)型，在階數(shù)和截止頻率的計(jì)算中，利用信號(hào)處理工具箱中的cheblord和cheb2ord函數(shù)來(lái)計(jì)算，再用chebyl和theby2函數(shù)來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)移函數(shù)的分子、分母，設(shè)計(jì)出用戶(hù)所要求的濾波器。在計(jì)算濾波器幅值時(shí)，利用freqs函數(shù)計(jì)算出轉(zhuǎn)移函數(shù)的響應(yīng)。在繪制濾波器幅頻特性曲線時(shí)，利用plot函數(shù)來(lái)完成，即在plot函數(shù)的參數(shù)中設(shè)置相關(guān)值，以完成幅頻特性曲線的繪制。為了更好地觀察到濾波器的設(shè)計(jì)是否達(dá)到相關(guān)的設(shè)計(jì)要求，利用line函數(shù)在坐標(biāo)上標(biāo)識(shí)出通帶最大損耗、阻帶最小損耗等點(diǎn)，這樣可以直觀地觀察到所設(shè)計(jì)出的濾波器是否符合用戶(hù)提出的要求，其具體程序如下：

在“分析”菜單下“相頻特性”子菜單用來(lái)繪制給定參數(shù)的濾波器的相頻特性曲線。相頻特性曲線的在程序設(shè)計(jì)過(guò)程與幅頻特性曲線的程序設(shè)計(jì)比較相似，只是在求得幅值后加一相位計(jì)算函數(shù)angle來(lái)求相位角。在plot函數(shù)中將縱坐標(biāo)參數(shù)換為求出的相位角變量即可完成相頻特性曲線的繪制。

對(duì)于“階躍響應(yīng)”回調(diào)函數(shù)的程序設(shè)計(jì)，要將計(jì)算出的階躍響應(yīng)繪制在坐標(biāo)軸控件界面上，不能利用信號(hào)處理工具箱中step函數(shù)直接求得。因?yàn)槿粲迷摵瘮?shù)會(huì)使繪制出的階躍響應(yīng)曲線在一個(gè)新打開(kāi)的窗口上，而軟件在界面設(shè)計(jì)時(shí)，所求濾波器的所有特性曲線都共用一個(gè)坐標(biāo)軸來(lái)繪制；在程序設(shè)計(jì)時(shí)利用tf函數(shù)將計(jì)算出的濾波器轉(zhuǎn)移函數(shù)的分子、分母系數(shù)生成轉(zhuǎn)移函數(shù)，再利用階躍響應(yīng)函數(shù)step對(duì)求出的轉(zhuǎn)移函數(shù)變量求解出階躍響應(yīng)值；最后利用plot函數(shù)繪制出所求濾波器的階躍響應(yīng)曲線，這樣即可完成階躍響應(yīng)曲線在坐標(biāo)軸上的繪制。

“脈沖響應(yīng)”回調(diào)函數(shù)的程序設(shè)計(jì)與“階躍響應(yīng)”回調(diào)函數(shù)的程序設(shè)計(jì)十分相近，只是將上述程序中的階躍響應(yīng)函數(shù)step換成脈沖響應(yīng)函數(shù)impluse，并在對(duì)應(yīng)的時(shí)間做相應(yīng)的調(diào)整即可完成脈沖響應(yīng)回調(diào)函數(shù)的編寫(xiě)。

“零極點(diǎn)圖”回調(diào)函數(shù)的程序設(shè)計(jì)與以上兩個(gè)子菜單的回調(diào)函數(shù)設(shè)計(jì)大致相同，程序的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與前面幾個(gè)菜單的回調(diào)函數(shù)的設(shè)計(jì)基本一致。在求得轉(zhuǎn)移函數(shù)的分子、分母系數(shù)后，利用tf2zp函數(shù)求出所設(shè)計(jì)出的濾波器的零點(diǎn)、極點(diǎn)、增益，再用real函數(shù)和imag函數(shù)求出零點(diǎn)、極點(diǎn)的實(shí)部和虛部，最后利用繪圖函數(shù)plot繪制出系統(tǒng)的零極點(diǎn)圖。