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基于MATLAB的DSP虚拟实验平台构建_图文

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脑 

20 0 7年第 4期 

基于 M T A A L B的 D P虚 拟 实验 平 台构 建  S
叶 锋  张  晶  蔡晋龙  刘奕萍  王宝土 , , , , , 黄 咏 
( . 州 大 学物 理 与信 息 工程 学院 福 建 福 州 3 00  2 福 建 师 范 大学 数 学 与计 算机 科 学 学院 福 建 福 州 30 0   1福 502 . 5 o 1)

【 摘  要 】 本 文 结 合 图形 用 户 界 面 和 实验 仿 真 , 出 了一 种 基 于 MA L B的 D P虚 拟 实 验 平 台的 设计 方案 , 整 个 平  : 提 TA S 对
台 的 结构 设 计 与 实现 进 行 阐述 。 并举 例 说 明 。  

【 键 宇 】 D P虚 拟 实验 平 台 MA L B 关 : S TA  
1 引 言  .

线 性 卷 积 . 证 付 氏变换 时 域 卷 积定 理 等 。 验   4 滤波 器 结 构 转换    该模 块 实 现 I 型滤 波 器结 构 直接 型一 I R 级联 型 、直 接 型一 并 

M TA A L B是 M tW0k 公 司 开 发 的一 款 优 秀 的数 学 应 用 软  ah rs 件 . 以 向量 数 组 和矩 阵 运 算 为 基础 。 以实 现 数 值 分 析 、 化 、 它 可 优  

直 直 统计 、 微 分方 程 数 值 解 、 偏 自动 控 制 、 信号 处 理 、 图像 处 理 等 若 干  联 型 、级 联 型一 接 型 、并 联 型一 接 型 之间 的相互 转 换 ,以 及  I   领 域 的计 算 和 图形 显 示 功 能 。 自上 世 纪 8 0年 代 , 经过 十几 年 的  FR 型 滤 波器 结 构 从 直接 型到 级 联 型 的转 换 。 为 了更 直 观 的体 现 滤 波器 结 构 的转 化 ,让 学 生通 过 拖 放 组  发 展 .它 已 经 成 为 国 际 上 最 流 行 的科 学 与工 程 计 算 的软 件 工 具 

本 i i mu n   和 具 有广 泛应 用 前 景 的 计 算 机 高级 编 程 语 言  M T A A L B语 言 以  件 的 方式 改 变 系统 结 构 框 图 . 模 块 嵌 入 了 S l k器 件 库 。 5 R滤 波 器设 计   Ⅱ 复 数 矩 阵 作 为 基 本 编 程 单 元 . 有 强 大 的 数 值计 算 功 能 、 具 图形 表  该模块体现 了 I I R滤 波 器 的 几 种设 计 方 法 。 为 : 拟 滤 波  分 模 达 功 能 及 可视 化 的仿 真 环 境 . 简 单 易学 、 于扩 展 。 i uik动  且 易 Sm l n 变换 经 典 设 计 法1直接 设 计 法 、 数模 型 设 计 法 、 大平 滑滤  、 参 最 态 建 模 与 仿 真 系 统 , 有 丰 富 而 功 能 强 大 的器 件库 , 供 了 实 时  器 f 具 提 方便 的仿 真 手 段 。另 外 M T A A L B还 提 供 了 图形 用 户 界 面设 计 与  波器 设 计 。   6 1 滤 波器 设 计   FR 开 发 功能 。 A L B编 写 的 程 序经 过 编 译, M T A 还可 以形 成 独立 可执  用 窗 函数 法 .频 率 采样 法 和 切 比雪 夫 逼 近法 设 计 FR 滤 波  I 行 程 序. 脱离 M T A A L B环 境 运 行 。   密 切 的课 程 。 S D P研 究 数 字 序 列信 号 的 表 示方 式 , 对 信 号 进 行  并 数 字 信 号 处 理 qs ) 是 一 门理 论 与 实 际 、 硬 件 结 合 十 分  器 . 现 信 号 的 处 理 和 噪声 信号 的滤 波 。 )p课 软 实   实 验 平 台 添加 了语 音 与 图像 处 理模 块 .将 本 系统 由时 域频 

运算 . 提取 包 含 在其 中 的 特 殊 信 息 。而 D P实验 更 是 课 程 中 不  域 分 析 向 更 多 维空 间 发 展 .多 媒 体 信 号 的处 理有 助 于拓 展 学 生  S 可 缺 少 的 内容 .通 过 实 验 可 以提 高 学 生 的 动 手 能 力 和 工 程 实 践  的知 识 面 . 高 学 生 的学 习热 情 。 提   . 能 力  但 由于 实验 投 入 经 费 的紧 张 以及 实 验设 备 固有 的 局 限 性  3 系统 实 现 技 术  使得 在 实 验 室 做 实 验存 在许 多 不 足 。 比如. 学生 只 能 做实 验 箱 指  31MA ' B的 G I 计 技术  .   ,  I I U设 为 了更 好 的体 现 实 验 平 台 的 交 互 性 . 采 用 了 M T A 的  A LB 定 的 几 个 实 验 . 能 根 据 实 验 要 求 目的设 进 行 实 验 , 且 实 验 室  不 而 能 提 供 的 D P的 数 据 信 号 、 设 也 相 当有 限 的 。D P虚 拟 实 验   GU ( 形用 户界 面 设 计 技术 ) 计 技 术 。 S 外 S I图 设   M T A 中 的 图形 用 户 界 面 对象 基本 分 成 两类 :用 户 界面  A LB 平 台 给学 生 提 供 了 一个 在计 算 机 里完 成 实 验 的虚 拟 环 境 .它 具  有 很 多 优 点 : 先 它 是 一 个 开 放 的实 验 室  生可 以 随 时 通 过 电  控 件 对象 (i n o 和 用 户界 面 菜单 对 象 ( Ⅱ 眦) 首 学 ue t 1 o r) ul 。 ie   用 户界 面控 件对 象 可 以建 立按 钮 、 表 框 、 辑 框 、 选 框  列 编 复 脑 的 做实 验 . 证所 学 的概 念 和 算 法 。 其 次使 用 本 系 统 对 声 音 、 验   图片 、 图像 进 行 数 字 信号 处 理 实 验 , 以促 使 许 多 痛 恨 数 学 的 大  等 图 形 用 户 界 面对 象 。 可   用 户界 面 菜 单 对象 可 以建 立 下拉 式 菜 单 和子 菜 单 及 内容 式  学 生 也 开 始 喜 欢这 个 领 域 。再 次 它 提供 了二 次 开发 接 口, 生 可  学 以通 过 编 写 代 码 调 整实 验 数 据 内容 .从 而 提高 学 生 的动 手 实 践  菜 单 用 户 对 象 。   应 用 上 述 对 象 . 行 周 密 的组 织 设 计 , 可 以得 到 一 个 界 面  进 就 能 力 ; 且 应 用 MAIAB , 以 提 高 教 学 效 率 。 强 学 生 对 理 论  并  L 1 可 增 概念 和 方 法 的 理 解 掌握 。   友 好 、 机 交互 方 便 、 作 简 便 、 能 强大 的图形 用 户界 面 。 人 操 功   当用 户 用 鼠标 在 控 件对 象 上 进行 操 作 . 单击 鼠标 左键 , 应  使 本 文 主 要 对 基 于 MA L B 的 D P虚 拟 实 验 平 台 系 统 功 能  TA S 模 块进 行 分 析 , 介 绍 其 实 现 原 理 和实 现 技 术 。 并   2 实 验 平 台模 块 分 析  .
用 程 序 做 出 响应 . 执 行 某些 预定 的功 能 子程 序 ( a B e ) 并 C l a k 。在  l

控件对 象属性 中.aBc C l ak属 性 是 图 形 用 户 界 面 设 计 中 最 重 要  l 它 D P虚 拟 实 验平 台既 要 将 数 字 信 号处 理课 的基 本 实 验 项 目 S   的属 性 . 是 连 接 程 序界 面 整个 程序 系 统 的功 能 。它 的值 应该 是  个 可 直 接 求 值 的字 符 串. 该 控 件 对 象 被 选 中或 改 变 时 , 在 系统  用 图形 用 户 界 面 表示 出来 .让 学 生 做 实 验 时能 够对 概 念 理 解 更 


清晰. 又要 拓展 学 生 的编 程 和 二次 开 发能 力 . 主要 注 重 培 养 学 生  将 自动 对 之 求 值 。一 般 经 常 调用 函数 , 以也 称 回调 函数 。如 下  所 实 验能 力 和 设 计 创新 能力 。 统 设 计 基本 按 教学 内容 循 序 渐 进 , 代码 设 置 G I IdO 钮 的 C U a k属性 。 系   U 中 'i 按 d aB e   实 验平 台子 系 统 模 块 内容 如 下 :   1 离 散 信 号 的 生成 与时 域 处 理    该 模 块 用 软 件 描 述 常 用 的离 散 信 号 .模 拟 离 散 信 号 的 基 本 
f n to  a ib t n u cinr do ut 1 o
_

Cl ak a b c eet l hn l ) al e0O j t vn a , a d s b e, da e 

%回 调 函 数 

运算 。如各种信号的加法减 法, 乘法, 除法, 平移等 。 卷积,  
2 离 散 系 统 及 其 响 应 与 离散 付 立 叶 变换 (r3 ) D l  

s ( db( flg " dou o2 , a e’: e f oj e ' ' a i t n 3 vl   1 tn i g ,a , r bt " u 0  st n oj c ' g, x 3 v i e ' ' e( d b( h a ' et . ib ' f) i f g T " 4 "s l, ; t o   为 未 选 中状 态 . x4文 本框 不 可 见  tt e st d b gf a' ou m n l, ibe ' ' e mn oj e ' g " p p e u 3"s l ,n   ( , , T p vi ' ) o %设 置 弹 出菜 单 为 可 见 

%设 置 " d b t n  r i ut 2 ao o

该 模块 实 现 了离 散 系 统对 各 种 常 用 信号 的响 应 .并 对 离 散  32M T A . A L B的 G I 计 一 般过 程    U设 傅 立叶 变 换 的各 种性 质进 行验 证 。其 中包 括 离散 傅 立 叶变 换 的  第 一 步 预 先 在 P 0 0 H P等 图 形 制 作 软 件 上 设 计 好 自 H TS 0   循 环 移 位 性 质 、 轭 对 称 性 、 性 性 质 、 统 总 面 积 定 理 等 性 质  共 线 系 己的 图 形用 户界 面 示 意 图 。   的 验证 . 以及 线 性 系统 的性 质 的验 证 和有 限 系列 的 D r 域 图  F 频 第 二步 布 置 G I U :在 MA ' , B提 供 的 G I 计 窗 口 中. I I U设 按  形显示。   照 第 一 步 的 示 意 图放 置 所 需 的控 件 、 标 轴 。 坐   3 )Z变换 和 F   n’ 第 三 步 编 写 G I 序 : 写 控 件 的 回调 函数  文 件)。 如 U 程 编   该模 块 实 现 Z变 换 差 分 方 程 的 求 解 .F 计 算 圆 周卷 积 和  FT 果 需 要 用 到 菜 单. 再进 行 以下 步骤 。  

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福  建  电

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第 四步 将 所 需 菜 单 加 到 图 形用 户界 面 的适 当 位 置 。  

第 五步 为 菜 单 编 写 回 调 函 数( 文 件)。 M  
由此 方法 设 计 软 件 平 台初 始 界 面 如 图 1 示 : 所  

图 2 F R 滤 波器 模 块   I

2 根 据 阻 带 最 小 衰减 和过 度 带 宽 度 的要 求 .设 置 好 窗 函 数  .

和 滤波 器 阶 数 以 及频 率参 数 等 。   3 点 击 分 析 按 钮 弹 出输 入 信 号 对 话 框 ( . 图略1可 以设 置 输入  ,
图 I软 件 平 台 初 始 界 面 

信 号 的类 型 为一 般 的 数 字 信 号 ( 以设 置 其 为加 噪信 号 ) 或 图  可

4 实 验 平 台设 计 仿 真 过 程 举例  . 像。   仿 真 的 目的 是 建 立 系 统 模 型 并 进 行 模 型 实 验 .为 了 更 好 地  4 这 里选 取 图像 原 图和 加 噪 图像 。 点击 分 析按 钮 可 以得 到  。 I 说 明问 题.以下 就 本 D P虚拟 实 验平 台 nR 滤 波 器 设 计 模 块 演  加 噪图 片 经 FR 滤波 器滤 波 后 的 图像 滤 波 后 的 图像 效 果 。加 噪  S

示 举 例 。有 限 冲激 响 应 滤 波 器 的 输 入输 出关 系如 下 :  
『 1 >。 i x n—k   n = h k1 『 1
』  

图 片经 过 滤 波器 前 后 效 果 如 图 3所 示 。  

七=O  

其 中 yn和 x 】 别 是 输 出 和 输 入 序 列 。 f1 f 分 n 由于 有 限 冲激 响应  滤 波 器 可 以 设 计 成 在 整 个 频 率 范 围 内均 可 提 供 精 确 的 线 性 相  位. 而且 总是 可 以独 立 于 滤 波 器 系 数 保 持 B B 稳 定 . IO 因此 在很  图 3滤 波 前 后 效 果 图 对 比  多 领 域 . 样 的 滤 波器 是 首 选 。 这   . 利 用 MA ’ B设 计 有 限 冲 激 响 应 滤 波 器 有 窗 函数 法 . 率  5 结 束语  ,  I I 频 从实 践 效 果 看 . 于 同 MA I B 语 言 的 强大 数值 计 算 功 能  由 rA r 采 样 法 , 比雪 夫 逼 进 法 。 以 窗 函数 法 为 例 , 窗 函数 法 设 计 的  切 用 本 滤波 器性 能 取 决 与 窗 函数 w n 的类 型 及 窗 口长 度 N 在 实 验 设  和 图 形 功 能 相 结 合 . 实 验 平 台的 建 立 可 以充 分 提 高 学 生 的 学  f ) 。 计上 .要 求 学 生 根 据对 阻 带最 小 衰 减 和过 度 带宽 度 的要 求 选 择  习效 率 以及 分 析 问 题解 决 问 题 的 能力 . 使其 对 理 论 课 程 内容 的 
合适 的窗 函数 类 型 和 窗 口长 度 N。 同 时将 滤 波 器 应用 到 图像 处  理解 和掌 握 到 达 了一 个 更 深 的 层次  此 外 本 实 验 平 台对 教 师 结    理 中 .如 对 图 像 进行 邻 域平 均处 理 相 当 于 图 像信 号 通过 一 低通  合 数 字信 号 处 理 课 程 特 点进 行课 堂 演 示 也 具 有很 大 帮 助 。 滤 波 器 ,可 以 用 线 性 滤 波 去 除 图像 中 某 些 类 型 的 噪 声 。 通 过实 

验 , 生 不 仅 可 以 更深 的理 解 窗 函数 法 兀R滤 波 器 的设 计 理 论 , 学  

参考文献 :  
1 邓友 生 . 力 群 . 拟 电路 实 验 室 的设 计 开 发 计 算机 仿 真 20 —   . 韩 虚 05 5
2 谢 捷如 . TL B 仿 真技 术 的研 究及 应 甩 电 气技 术与 自动化 . MA A
2  

更 了 解 的 到滤 波 器 在 具体 实 践 中 的一 些 应 用 . 展 了知 识 面 。 拓   具 体 步 骤 如下 :  
1 进 入 FR 滤 波 器 模 块 ( 2 , 滤 波 器 中 选 择 相 应 滤 波  . I 图 )在

2o— 02 

器类 型 , 如低 通 滤 波 器 。 里 可 以根 据 指 标 查 看 滤 波 器 的 幅频 特  这 4 .丁玉 美,高西 全 , 学 愚. 字信 号 处 理 【 .西安 : 彭 教 M】 西安 电子 科技 大 学  性 、 幅 特性 、 相 冲击 响 应 , 极 点 等 , 作 出选 择判 断 。 零 再  
出 版 社 .0 0  20 .

3 刘 瑞 叶. 算 机 仿 真技 术基 础 f . 子 工 业 出版 社 , 0 3  . 计 M1 电 20 .



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D t e d :n WD t e0 a S t r l   a S t; a   L  ̄ a   My o a d .i( , 新 闻”; C mm n2Fld ” l r )   D  ̄ i  v r. b s 新 闻” D fu V e ; a V e d =d T l [ w a e” 】 eah i   . w

S lo nd My o qC mma   C mmadl=nw qC mm n (qsr g My on ein ) n e S lo a dsltn , C n et 1; i o   My on ein .l n ; C n et 1O: O  o  ̄ S l a R a e d :M C m a d . e u R aeO qD t ed r a   r y o m n 1 xe t edr ; E e  
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Fr 41 a i 0 om . m B n ; ) d  1 bl. x = v 】 作者”T S ig : . e T t d【 【 a 7e 0” ] o tn o . r   Lb l. x : v   时间”T Sr g ; ae T t d [ 8e 0 】 o tn 0 . i   L bl. x =d Ⅱ 内容” T S ig ; ae T t   ” 9e 】 o t nO . r   b C n et n .l e ; l on e o2Co 0 y l s  
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Us1Da T xFed:” 题 ”  t. t e til a 标 :

Ls1 t n O  it. a d ; Da Bi My ne t n .1sn  Conei 1 oe ; o C

实 现效 果 如 下 图 所 示 :  
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组 合查 询 的代 码 :  
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Ci ( j te d rE et r  】 l ko e   n e vn g e c bcs , A s 

I tn   l r g    r gs s i ; S i q tn
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L b l. e t S lcin it . lc inVau ; a e 5T x = ee t Ls1S e t . l e  o e o

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参 考 文献 :  
1 An yw i y移 动 设 备 . T 应 甩程 序 设 计 . 京 : 华 大 学 出版 社 . . d   c. NE 北 清  
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I fL bl.e t =” 有 新 闻 ”  i(ae5T x = 所 )   sltn  S L C   F OM 新 闻 whr qsr g= E E T i R ee标 题 h e % ”+ eto2 k T xB x 
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2 Ri adA dr n A P. T 高级 煽程 . 京 : 华大 学 出版社 . 0   . c r  n es . S NE h o 北 清 2 2 0 3 .肖全 秀.S . T 程 序 设 计 . A PNE 冶金 工业 出版 社 . 北京 :0 4   20. 4 4 张 志 强 . 于 A PI. T 的 we . 基 S [f NE b数 据 库 访 问技 术探 讨 . 脑蝙 程 技  电
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sl r g=” E EC   F qs i tn SL T ROM 新 闻 w ee 类 别 =”+… +Slcin  hr eet . o Ls1 ee t nVau i . l i . le+ “ ad 标 题 l e%  + eto2T x+ % : tS e o ’n i k T xB x .e t” ’  

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