基于MATLAB_GUI的信号分解与合成.doc

基于MATLAB GUI的信号分解与合成 游春霞 魏明生 （徐州师范大学 物理与电子工程学院，江苏 徐州 221116） 摘 要：简要阐述了信号分解与合成的基本原理，并利用MATLAB7.4的图形用户界面(GUI)设计了其仿真软件，能够灵活设定信号的种类和频率，自由选取合成信号的项数，重现了合成信号，自动完成误差分析和过冲值分析，与理论分析结论一致。实际应用中无须复杂的数学知识，选择适当的参数即可演示信号分解与合成的现象。 关键词：MATLAB GUI；信号分解与合成；方均误差；过冲值 中图法分类号:　TP911.6 0 引言 信号与线性系统是电子工程、通信工程等专业的专业基础课程，周期信号的分解与合成是本课程的重点难点之一，难以理解和掌握。与此相关的教学手段通常有（1）理论推导（2）硬件实验（3）软件仿真.理论推导以数学推导为主，适合课堂教学，但计算繁琐，难以形象直观。实际硬件实验，使用了杭州天煌THKSS-C型实验箱的信号分解与合成模块，50Hz的周期信号接入分解模块，经过低通带通滤波器，分解出各次谐波分量，再把分解后的前N项谐波分量接入合成模块进行合成观察输出波形，由于模拟电路本身的局限性，如信号只能选择固定频率（50Hz）的周期信号，只能观察到直流分量和前6次谐波分量，可以分解及合成的项局限在有限几项，同时在测量和观察中由于合成波形和数据复杂繁琐，学生眼睛容易疲劳，只能近似观测难以进行误差分析。软件仿真，能够克服硬件实验的局限性，也无须复杂的数学知识，可以灵活简便的显示信号分解与合成，并完成误差及过冲值的定量分析。 由Math Works公司推出的MATLAB软件，随着科学可视化需求的日增，如今MATLAB已成为集数值计算、符号运算、图形处理和可视化编程为一身的超级科学计算语言，可以满足不同领域用户的需 基金项目：07XLB07 徐州师范大学校级项目 作者简介: 游春霞(1979－),女,江苏姜堰人,讲师,硕士,主要研究方向：主要从事信号处理方面的教学和研究。 魏明生（1976－）男，山东济宁人,讲师,硕士,主要研究方向：主要从事检测技术及信号处理方面的教学和研究。 求。鉴于其强大功能和使用简易性，选用MATLAB软件实现仿真软件的设计。 1信号分解与合成的原理 周期信号可由三角函数的线性组合来表示[1]，若周期为，则： ， （1） 式（1）中表示周期信号可以分解为直流分量和各次谐波分量的叠加，其中系数见参考文献1，表示为无穷多项的叠加，实际上只选取其中前N项(n=1,2……N)，合成信号与原信号存在一定的误差，用误差函数表示： 另一衡量误差的函数方均误差，取一个周期内误差平方的均值： 2 仿真软件MATLAB GUI界面设计及M文件编辑[2][3] MATLAB图形用户界面GUI（Graphical User Interfaces）由各种图形对象，包括图形窗口、按钮、文本框、菜单、图轴等构建用户界面，通过界面能够实现人机信息的交流，在该界面内，用户可以根据界面提示完成整个工程，不必了解工程内部的工作情况。GUI设计可以完全使用MATLAB M文件设计，也可以利用GUIDE工具进行设计。GUIDE是界面设计工具集，MATLAB将所有GUI支持的用户控件都集成在这个环境中并提供界面外观、属性和行为响应方式的设置方法，GUIDE将用户保存设计好的GUI界面保存在一个FIG资源环境中，同时生成包含GUI初始化和组件界面布局控制代码的M文件，在M文件中可以添加相应的回调函数，处理事件实现所需的功能。整个GUI的实现过程关键有以下两项工作：（1）使用界面设计编辑器进行GUI界面设计（2）在自动生成的M文件中编写相应GUI回调函数代码。 2.1 GUI界面设计 本仿真软件中采用GUIDE工具设计图形用户界面，在MATLAB的命令窗口键入命令guide或选择MATLAB的File|New|GUI弹出GUI图形用户界面设计面板进行界面设计。本软件由分解和合成界面组成，合成界面设计如图1所示： 图1 仿真软件的设计界面 Figure 1 the Design Interface of Simulation Software 界面主要控件及主要功能如下：滑块（Slider1）用来选择周期信号的频率，可以在0-5000Hz之间选择信号频率；三个编辑框（Edit）分别显示滑块所选信号的频率、合成信号的前N项、合成信号的过冲值和方均误差；下拉菜单（Listbox1）选择周期信号的波形，可以选择方波、矩形波、三角波、半波和全波；四个按钮（Pushbutton）分别用来控制生成原始周期信号、合成波形、计算误差和过冲值，退出界面；两个axes框，axes1显示原始周期信号波形，a