基于gui的仿真平台的设计.doc

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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

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：

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

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propertyinspector，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CreateNewGUI中的BlankGUI（Defarlt）点击OK，在弹出的新建窗口中拖入7个静态文本框（StatecText）和7个按钮（PushButton）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”BackgroundColor为浅红色，FontSize为28.0，ForegroundColor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：

创建NewGUI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MenuEditor中加入主界面标题

点击MATLAB软件中的GUIDE工具

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：

functionpushbutton1_Callback（hObject,eventdata,handles）

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。

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MenuEditor中的NewMenu会出现Untitled1，在其上点击出现MenuProperties，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ViewCallback选项中选择buttondownfcn,编写回调函数。

选择Statictext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“Backgroundcolor”，字体颜色“Foregroundcolor”，字体大小“Fontsize”；选择Edittext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Pushbutton5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viewCallback中的Callback选项下写入“Closejbxhdcs”就可实现子界面的关闭。

可参考流程图3-6：

创建子界面

结束

编写子界面关闭按钮的程序

点击界面中的MenuEditor中的NewMenu出现Untitled1，点击其上出现的MenuProperties，修改Label为实验名称

在控件按钮处添加回调函数，

实现实验仿真波形

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

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231；在指数信号下输入幅度、相位为32；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：

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：

（3-1）

式中为振幅，为角频率，为初相位。

正弦信号是周期信号，其周期与角频率满足下列关系式：

（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：

（3-3）在式中，是实数。

若，信号将随着时间而增长；若，信号则随时间衰减。

常数表示指数信号在点的初始值。

（3）单位脉冲信号

冲激函数表示在处的冲激，在处出现的冲激可写为

狄拉克（Dirac）给出了冲击函数的另一种定义：

（3-4）式中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：

（3-5）类似于连续时间系统中的单位阶跃信号，但应注意在点发生跳变，往往不予定义，而在在点明确规定为。

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：

图3-8序列的翻转、平移图3-9两个信号的相加、相乘

（2）两个信号的相加、相乘。

信号与之和是指同一瞬时两个信号之值对应相加所构成的“和信号”，即；而信号与之乘积是指同一瞬时两个信号之值对应相乘所构成的“积信号”，这里给出的已知信号，正弦信号与余弦信号的相