基于Matlab GUI的模擬帶通濾波器的設計

4應用程序M文件的設計

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)現的任務(wù)之一就是控制組件如何響應用戶(hù)的行為。Matlab通過(guò)創(chuàng )建應用程序M文件為GUI控制程序提供一個(gè)框架。所有代碼(包括回調函數)都包含在應用程序M文件中，即完成了圖形界面的設計后，應用程序設計的主要工作是控件回調函數的設計。下面討論程序設計流程及控件回調函數的設計。

4.1 程序設計流程

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

4.2 控件回調函數設計

該軟件的控件回調函數包括“確定”按鈕控件回調函數、“清除”按鈕控件回調函數、濾波器類(lèi)型選擇控件回調函數、“分析”菜單下各子菜單功能回調函數和“計算”菜單下各子菜單功能控回調函數的設計。限于篇幅，僅討論“分析”菜單下各個(gè)菜單功能回調函數和“計算”菜單下各功能回調函數的設計。

4.2.1 “分析”菜單下的各子菜單功能回調函數設計

在“分析”菜單下應包含“幅頻特性”、“相頻特性”、“階躍響應”、“脈沖響應”、“零極點(diǎn)圖”子菜單，分別用來(lái)實(shí)現幅頻特性曲線(xiàn)、相頻特性曲線(xiàn)、階躍響應、脈沖響應、零極點(diǎn)圖的繪制。其中，“幅頻特性”菜單用來(lái)繪制給定參數的濾波器的幅頻特性曲線(xiàn)，在程序設計過(guò)程中首先使用Matlab中的axes函數，得到坐標軸控件的句柄，以便繪制特性曲線(xiàn)。在得到用戶(hù)輸入的設計指標值后，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，在階數和截止頻率的計算中，利用信號處理工具箱中的cheblord和cheb2ord函數來(lái)計算，再用chebyl和theby2函數來(lái)計算轉移函數的分子、分母，設計出用戶(hù)所要求的濾波器。在計算濾波器幅值時(shí)，利用freqs函數計算出轉移函數的響應。在繪制濾波器幅頻特性曲線(xiàn)時(shí)，利用plot函數來(lái)完成，即在plot函數的參數中設置相關(guān)值，以完成幅頻特性曲線(xiàn)的繪制。為了更好地觀(guān)察到濾波器的設計是否達到相關(guān)的設計要求，利用line函數在坐標上標識出通帶最大損耗、阻帶最小損耗等點(diǎn)，這樣可以直觀(guān)地觀(guān)察到所設計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)繪制給定參數的濾波器的相頻特性曲線(xiàn)。相頻特性曲線(xiàn)的在程序設計過(guò)程與幅頻特性曲線(xiàn)的程序設計比較相似，只是在求得幅值后加一相位計算函數angle來(lái)求相位角。在plot函數中將縱坐標參數換為求出的相位角變量即可完成相頻特性曲線(xiàn)的繪制。

對于“階躍響應”回調函數的程序設計，要將計算出的階躍響應繪制在坐標軸控件界面上，不能利用信號處理工具箱中step函數直接求得。因為若用該函數會(huì )使繪制出的階躍響應曲線(xiàn)在一個(gè)新打開(kāi)的窗口上，而軟件在界面設計時(shí)，所求濾波器的所有特性曲線(xiàn)都共用一個(gè)坐標軸來(lái)繪制；在程序設計時(shí)利用tf函數將計算出的濾波器轉移函數的分子、分母系數生成轉移函數，再利用階躍響應函數step對求出的轉移函數變量求解出階躍響應值；最后利用plot函數繪制出所求濾波器的階躍響應曲線(xiàn)，這樣即可完成階躍響應曲線(xiàn)在坐標軸上的繪制。

“脈沖響應”回調函數的程序設計與“階躍響應”回調函數的程序設計十分相近，只是將上述程序中的階躍響應函數step換成脈沖響應函數impluse，并在對應的時(shí)間做相應的調整即可完成脈沖響應回調函數的編寫(xiě)。

“零極點(diǎn)圖”回調函數的程序設計與以上兩個(gè)子菜單的回調函數設計大致相同，程序的設計結構與前面幾個(gè)菜單的回調函數的設計基本一致。在求得轉移函數的分子、分母系數后，利用tf2zp函數求出所設計出的濾波器的零點(diǎn)、極點(diǎn)、增益，再用real函數和imag函數求出零點(diǎn)、極點(diǎn)的實(shí)部和虛部，最后利用繪圖函數plot繪制出系統的零極點(diǎn)圖。