基于matlab gui的傅里叶变换分析与仿真设计

中国科技论文在线 基于MATLAB GUI的傅里叶变换分析的仿

真设计

高恒伟，宋余君，何辉（中国矿业大学信电学院，江苏徐州 221008）

摘要：本文简要阐述了傅里叶变换的基本原理、傅里叶变换的性质：傅里叶变换的尺度变换性、频移特性、时域卷积定理、时域微分性、对称性，以及傅里叶变换的应用-周期方波信号的分解与合成的基本原理。并利用MATLAB7.6的图形用户界面（GUI）设计了其仿真软件，并对仿真结果作了分析，与理论分析一致。MATLAB GUI直观可视性强，应用中无需复杂的数学知识，可以自由选择参数，展示了MATLAB图形用户界面在“信号与系统”课程辅助教学中的优越性。

关键词： MATLAB GUI；仿真；傅里叶变换

中图分类号：TP

Simulation Design of Fourier Transform Based on

MATLAB GUI

Gao Hengwei, Song Yujun, He Hui

(School of Information & Electrical engineering,China University of Mining & Technology,

Xuzhou 221008, China)

Abstract: The basic principle of Fourier transform and properties of it are briefly described in this paper. The properties include scale transform ,frequency shifs, time-domain convolution theorem, symmetry and time-domain differentiation. The theory of periodic rectangular signal’s decomposition and composition is also described in this paper. This paper has designed its simulation software using MATLAB7.6 graphical user interface (GUI), and has made the analysis to the simulation result, which is consistent with the theoretical analysis. MATLAB GUI is simple and intuitive. The complex mathematics knowledge is not needed in it’s application and the parameter is optical, which have demonstrated the advantages of the applications of MATLAB GUI in teaching the course of Signals and Systems.

Key words: MATLAB GUI; Simulation; Fourier Transform

0 引言

科学技术不断发展，为了适应当代社会的要求，大学生既要有扎实的理论基础又要有一定的创新和实践能力，而实验是培养大学生动手能力和解决实际问题能力的平台。基于学校的经济能力和一些实际问题，在学校实验室配制一些大型实验器材，实为困难，而且精密的仪器需要精心的维护，任何不符合要求的操作行为，都使得仪器受损。仿真实验作为一种科学研究手段和实验实物的补充，不受设备和环境条件限制，不要大量投资，任何时间和环境都可进行实验，克服了上述困难。因此仿真技术越来越受到人们的认可。

MATLAB是国际上公认的优秀、可靠的科学计算和仿真的标准软件。它以强大的科学计算功能、简单易用、开放式可扩充环境，特别是所附带的30多种迈向不同领域的工具箱的支持，使得它在许多科学领域中成为计算机辅助设计和分析、算法研究和应用开发的基本作者简介：高恒伟（1986-），男，硕士研究生，电子通信工程. E-mail: gaohw_543@

工具和首选的平台。 “信号与系统”、“数字信号处理”课程是电类专业的主干课程，电子信息工程、通信工程、自动控制、电气工程等专业都要求学生掌握这两门课程，它以“高等数学”、“工程数学”、“电路分析基础”等课程为基础，同时又是后续“数字信号处理”、“通信原理”等专业课程的基础，在教学环节中起着承上启下的重要作用。因此，提高学生学习这两门课程的质量，让学生掌握信号处理的基本思路和方法，以备后续课程的学习和工作的需要，是一件意义深远的事。

从20世纪90年代初期开始，在国外许多大学里，诸如“应用代数”、“数理统计”、“信号与系统”、“自动控制”、“数字信号处理”、“动态系统仿真”等课程的教学工作都逐步引入MATLAB作为学生学习必须掌握的辅助工具。而我国长期以来，“信号与系统” 、“数字信号处理”仍然主要依靠传统黑板模式的单一教学方式来进行教学。该课程强调对数学概念、物理概念及工程概念的理解与统一，对数学要求较高，理论分析结果往往来源于复杂的数学运算及推导，这就可能导致学生将大量的时间用于手工数学运算，过度关注信号与系统分析的数学过程，而忽视了分析结果在信号处理中的实际应用。因此学生迫切需要一种工具软件来辅助完成课程中的数值计算与分析。课程中大量二维、三维的信号与系统分析过程和结果缺乏可视化的准确表现，一定程度上影响学生对所学知识的深入理解和掌握 。因此学生在学习时势必会缺乏兴趣。要解决以上不足，我们也应该将MATLAB引入教学实验[1]。

本课题正是基于上述“信号与系统” 、“数字信号处理”课程的现状以及MATLAB的应用与发展前景提出的，以基于MATLAB GUI的傅里叶变换分析的仿真设计为例，展示MATLAB在上述课程教学与实验中的应用。在交互式的可视化实验环境中，使学生对信号课程中的概念及原理和性质有直观的理解，激发了学生的学习兴趣。MATLAB可扩充的环境也激发了学生的创新主动性和能力，使学生掌握MATLAB的用法，为后续专业的学习中熟练应用MATLAB打下坚实的基础。基于MATLAB GUI的傅里叶变换分析的仿真设计，主要涉及两个方面的问题：一、MATLAB GUI 的图形设计；二、傅里叶变换分析在交互式实验平台下的实验，即用MATLAB傅里叶变换分析的建模与仿真。本文围绕该设计涉及的问题分为三大部分：

第1部分对图形化用户界面进行了介绍，包括如何启动GUI 、编辑GUI的常用函数、GUI的建立，M文件的编写等，着重研究以GUI编辑界面——GUIDE建立GUI。

第2部分是GUI信号与系统实验平台的设计，包括设计的基本内容、系统总体设计步骤、实验系统的设计及实现。

第3部分对实验平台涉及的部分实验进行了分析，并给出了部分实验的实验结果。 1 GUI 图形设计介绍

1.1 GUI 图形设计简介

图形用户界面或GUI是指用户与计算机或计算机程序的接触点或交互方式，使用户与计算机进行信息交流的方式。图形用户界面或GUI包含图形对象，如：窗口、图标、菜单和文本的用户界面。用户可以借助这些界面用MATLAB来进行运算处理操作。GUI是未来的趋势，因为它简洁并且性能良好。而且借助GUI程序能够设计出专属某个主题的图形化界面，使初次接触的使用者也能够快速且容易地上手。另外，MATLAB具有高度的数学运算能力与各种领域的工具箱，若能结合GUI所完成的程序会非常实用[2]。

1.2 启动GUI 要启动GUI，可以在“命令”窗口中输入guide命令，此时将启动GUIDE Quick Start对话框，如图1-1所示。

图1-1 GUIDE Quick Start 对话框

Fig1-1 Dialogbox of GUIDE Quick Start

利用 GUIDE Quick Start 对话框，用户可以进行以下操作：

（1）利用GUI模版创建一个新的GUI—预先创建GUIs，使得用户可以依照自己的目的进行改进。

（2）打开已有的GUI。

一旦用户作出上述之一的选择，单击OK按钮将在Layout编辑器中打开GUI。

1.3 使用GUIDE建立GUI

1.3.1 GUIDE 中 uicontrol 对象的介绍

（1）Push Button

Push Button为GUI最常用也是最简单的对象，当用户单击压下Push Button时，MATLAB即会立即据其对应的Callback程序来执行操作。

（2）Static Text

Static Text不同于Edit Text可以在执行中任意编辑输入值，因此Static Text主 …… 此处隐藏：3492字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……