1 3 基于GUI的《信号与系统实验》仿真平台的设计 3.1 设计思想 3.1.1 设计步骤 本课题设计的界面布局是先设计GUI总界面，然后设计子界面，再在子界面上设置按钮、坐标轴、文本框等一系列控件，最后借助于callback函数调用程序。在函数调用程序的设计中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。 1. 用MATLAB的GUIDE提供的创建图形界面工具设计整个实验仿真界面的主界面，在设计子界面； 2. 在实验子界面中添加各个控件对象，编写控件按钮回调函数，实现每个控件的控制功能，直接通过界面上的控件实现对结果的分析； 3. 最后编写GUI总界面的回调函数程序，把所有的子界面集合在总界面中，通过总界面可以进入任意子界面中并可以进行操作； 4. 退出实验界面。 设计流程如图3-1：

编写子界面控件 按钮的回调函数

在子界面中添加 相应的控件按钮

最后编写GUI主界面回调函数，总界面可进入任意实验子界面

先设计GUI主界 面再设计子界面

退出实验界面 2

图3-1 设计流程图 3.1.2 实验系统整体结构设计 信号与系统实验繁多、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个子界面，每个子界面是一个模块，实现一个实验或功能，并且可以通过主界面调用子界面的设计方法。 本实验系统整体结构设计由两部分组成：界面模块设计和菜单模块设计。其中界面模块中包含六大实验模块：主界面模块、基本信号的产生实验模块、信号的基本运算实验模块、卷积实验模块、傅里叶变换实验模块、连续零状态响应实验模块、低通滤波器实验模块。如傅里叶变换实验模块又包含方波傅里叶实验界面、离散傅里叶实验界面、快速傅里叶实验界面。在菜单设计时，在实验子界面中除了使用系统约定的菜单条外，还增加了几个控制背景和退出实验的菜单。系统的整体结构如图3-2所示：

图3-2 实验系统的整体结构 3.2 基于GUI的系统总界面的设计 3.2.1 设计步骤 在GUIDE的编辑界面中，在空白处双击或者单机右键选择property inspector，出现属性设置对话框，可以对GUI的属性风格进行个性化。Color选项可以改变背景颜色，选择自己喜欢的颜色，本课题是插入图片。Position选项可以对界面窗口的大

基本信号的产生

信号的基本运算

卷积

傅立叶变换 连续系统零状态

低通滤波器

主界面 退出界面 3

小进行调整，窗口的大小可以通过设置width和height进行调整，也可以用鼠标拖拽窗口，用鼠标拖拽窗口设置比较方便、快捷，也更容易设置适合于实验设计内容的大小GUI界面。 下面详细介绍主界面的设计过程：

点击运行MATLAB软件后，在软件界面中直接点击GUIDE工具，选择Create New GUI中的Blank GUI(Defarlt)点击OK，在弹出的新建窗口中拖入7个静态文本框（Statec Text）和7个按钮（Push Button）如图3-4所示。设置静态文本的String为“基于GUI的信号与系统仿真实验平台的设计”Background Color为浅红色，FontSize为28.0，Foreground Color位黑色。依次设置另外六个静态文本框String为“实验一基本信号的产生”、“实验二信号的基本运算”、“实验三卷积”、“实验四傅里叶变换”、“实验五连续系统零状态响应”、“实验六低通滤波器”这几个实验的Fonsize为22.0，另外的六个按钮依次设计的Fonsize为16.0。点击每个实验后的按钮编写回调函数进入相应的实验子界面中，也可参考图3-3流程：

图3-3 主界面流程图 在其相应的位置编写主界面进入子界面的程序如下： function pushbutton1_Callback(hObject, eventdata, handles)

创建New GUI点击OK，在窗口中拖入7个静态文本框和7个按钮

结束 在文本框中依次输入每个实验字体，设置字体的背景颜色、大小，

编写主界面进入子界面中的调用函数 在界面中Menu Editor中加入主界面标题

点击MATLAB软件中的GUIDE工具 4

set(0,'CurrentFigure',jbxhdcs)进入“实验一基本信号的产生”实验中可实现信号的产生。 还可在主界面中插入一些背景图片，使主界面看起来更加的美观，如添加学校 LOGO、风景图片等来美化实验主界面。插入背景图片相应的需要编写回调函数，点击主界面背景函数Callback中的CreateFcn进入相应的程序编写位置，编写的背景插入图片的程序参考附录，点击主界面中的运行按钮如图3-5所示是设计完成后的实验系统主界面。

3.2.2 主界面仿真平台设计 在设计的主界面平台添加相应的按钮、文本框、设置字体的大小和字体背景的颜色，编写回调函数和界面背景图片插入。如图3-4所示：

图3-4 主界面 3.2.3 仿真结果分析 点击运行按钮后的主界面仿真结果如图3-5所示，可以点击任意一个实验按钮进入相应的子界面实验中，实验仿真结果结束后，可点击退出按钮结束本次实验。 5

图3-5 运行后的主界面 3.3 基于GUI的系统子界面的设计 3.3.1 设计步骤 子界面的设计和主界面的设计有些相似，主要由每个控件的属性，并加入相应的回调函数callback程序实现其相应的功能。如图3-7所示以“基本信号的产生”子界面为例，点击Menu Editor 中的New Menu会出现Untitled1，在其上点击出现Menu Properties，修改其中的Label选项，命名为“基本信号的产生”。 点击Axes按钮，在GUIDE界面空白处适当位置点击，会出现一个坐标轴图标，用鼠标拖拽到想要的大小。在此图标上点击右键，在View Callback选项中选择buttondownfcn,编写回调函数。选择Static text按钮，在空白处点击左键，把出现在窗口中的Static文本拖拽到适当大小，单击右键或双击左键，设置背景颜色“Background color”，字体颜色“Foreground color”，字体大小“Font size”；选择Edit text按钮，在空白处适当位置处点击，把出现的文本框拖拽到适当大小，双击左键，设置“String”为“”等的属性。本课题设计的字体大小一般设置为15，有的会适当调整。“退出”的设置：在Push button5上双击左键将“String”选项内容改为“退出”，在这个按钮的回调函数view Callback中的Callback选项下写入“Close jbxhdcs”就可实现子界面的关闭。可参考流程图3-6：

创建子界面

坐标和按钮调节到适当的大小，设置界面背景颜色，按钮字体大小(15)、颜色

在子界面中添加坐标、控件按钮 6

图3-6 子界面参考流程图 3.3.2 《信号与系统实验》仿真子平台的设计 1 实验一：基本信号的产生 基本信号的产生包含了正弦信号、指数信号、单位脉冲信号、单位阶跃信号。在界面中输入正弦信号的幅度、角度、相位为2 3 1；在指数信号下输入幅度、相位为3 2；在单位脉冲信号下输入平移量5；在单位阶跃下输入4；相应的各个信号波形输出呈现的图形如图3-7所示： 7

图3-7 基本信号的产生界面 （1）正弦信号 正弦信号的大小与方向都是随时间作周期性变化的，信号在任一时刻的值，称为瞬时值。其公式如下，一般写做： )sin(tAy (3-1) 式中A为振幅，为角频率，为初相位。正弦信号是周期信号，其周期T与角频率f满足下列关系式： fT/1 (3-2) （2）指数信号 指数信号一般分为实指数信号与复指数信号，指数信号的表达式为： atektf*)( (3-3)

在式中，a是实数。若0a，信号将随着时间而增长；若0a，信号则随时间衰减。常数k表示指数信号在0t点的初始值。

（3）单位脉冲信号 冲激函数)(t表示在0t处的冲激，在1tt处出现的冲激可写为)(1tt

狄拉克(Dirac)给出了冲击函数的另一种定义：1dtδ(t)0,1)(tt (3-4)式中1)(dtt的含义是该函数波形下的面积等于1，呈现出的的波形如图3-7所示。 （4）单位阶跃信号

单位阶跃信号的公式：)0(0)0(1)(nntu (3-5) 类似于连续时间系统中的单位阶跃信号)(tu，但应注意)(tu在0t点发生跳变，往往不予定义，而在)(nu在0n点明确规定为1)0(u。在该子界面单位阶跃信号那栏里输入平移量4，输出的波形如图3-7所示。参考附录程序。 2 实验二：信号的基本运算。常遇到的信号基本计算包括信号的翻转、平移、相加、相乘等。 （1）序列的翻转和平移。在翻转处输入翻转量为2，在平移处输入平移量3，原序列和翻转、平移后的序列如图3-8所示：