基于MATLAB GUI的信号分析仪设计
作者：赵秋英 吴玲 徐秀丽
来源：《中国科技博览》2015年第04期
        [摘 要]本文主要介绍基于MATLAB GUI的信号分析仪的设计，使用MATLAB图形用户界面中的各种控件来实现对参数的设定并最终显示信号波形曲线图。此分析仪能够输出的曲线图有时域曲线、复域曲线、频域曲线以及时域曲线与频域曲线的对比，使得能够准确的观察时域曲线与频域曲线的同步变化情况。
        [关键词]MATLAB GUI；信号分析仪；信号波形图
        中图分类号：TP 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）04-0284-01
        0 引言
        随着计算机技术的飞速发展和图形化操作系统的普及，应用程序的外观发生巨大的变化，图形用户界面的程序已经成为应用程序的主流。GUI无疑是人与计算机交互操作的重要方式，
既形象生动，又使用户的操作更加方便灵活所谓图形用户界面是指由窗口、菜单、对话框等各种图形对象组成的用户界面。当今的软件开发环境与应用程序大多都采用图形用户界面，流行的开发工具都可以进行图形用户界面的设计。而MATLAB作为功能强大的软件开发工具，提供了丰富的图形用户界面设计功能，用户利用MATLAB提供的图形用户界面设计工具，可以设计各种要求的图形用户界面，并在其基础上完成功能强大的应用程序开发[1，2]。下面利用MATLAB中GUI界面，结合数学模型完成一个虚拟的信号分析仪的设计。
        1 设计思路
        MATLAB GUI界面中有多种控件可供选择使用，对其编写代码实现他们的应用。各种控件中有很多种属性可供修改使其这做出来的分析仪更加美观更加人性化。本设计的主要思路是利用图形用户界面设计一个通过设定公式来分别显示出时域、复域、频域曲线，通过对正弦函数各项系数的修改以及输入频率的变化、时间间隔的不同来观察其输出信号波形图的变化。对于传统的分析仪功能相对单一，不具备用户对一起进行定义及编程的功能，而通过GUI设计的这个分析仪满足了这一要求。在通过MATLAB GUI进行运行的结果表明：分析仪的功能稳定，参数可调。从而实现了公式设定信号分析仪的设计。
        2 信号分析仪的结构及组成
        在仪器的设计过程中，充分的利用了正弦函数公式设定信号分析仪的工作原理，一下对其进行详细而有针对性的设计研究。
        2.1 前面板设计
        打开MATLAB中GUI模块。其主面板即为一个图形用户界面，在主面板上可任意选取控件在主板上进行绘制，通过改变其相应属性来对控件进行说明、标记以及更改视觉效果来使主面板变得美观人性化。在软件设计中通过一个按钮来控制图像的输出，在按钮的M文件下键入各部分控件相应代码，实现主面板上各个控件的链接并配合使用。此外在本仪器设计中除了控件的链接外，还通过对按钮的设置来实现不同用户界面之间的链接与切换，如（图1）所示：单击主面板上的按钮即可切换至相应的界面。
        2.2 M文件的设定及信号产生
        应用MATLAB软件来制作信号分析仪其关键与重点在于M文件的设定。M文件就是关于本仪器正常运行的后台程序代码，其代码与计算机C语言类似，但与C语言相比MATLAB的语
言相对简单。由于该仪器是由MATLAB软件来制作的，所以在使用时字符时应满足MATLAB所识别的语言表达方式，比如应用软件时时间的设定应输入MATLAB识别的时间间隔模式，例如（在时间的输入框中输入0：0.001：0.5）。在M文件下相应位置键入代码来使程序按照自己预设的目标运行。
        信号的产生依赖于函数模板在M文件中的设定。本仪器所使用的函数模板为x=a*sin2π*f1*t+b*sin2π*f2*t.。对函数进行快速傅里叶变换，并计算频域的幅值和频域的范围以及分辨率。使用仪器时，使用者只需要改变系数a和b来对整体函数进行改变，2π为周期改变频率f1、f2和时间t来观
        察信号的输出波形。在本仪器中设定了对函数进行拉普拉斯变换和快速傅里叶变换，还将输出函数本身的时域曲线。如图2所示，仪器中设定时域曲线与频域曲线进行对比，方便使用者对各个参数进行改变时对信号的观察以及分析。傅里叶变换公式表信号与系统
        3 结论
        本设计针对于正弦信号的示波，可显示出与正弦函数相关的波形图辅助信号的分析与处
理。在设计仪器时，在其M文件下插入了关于显示坐标平面中显示网格的代码，让使用者能够更加清楚的分析出图像所示的相关数据，使得此信号分析仪更加的人性化，此外，使用MATLAB GUI来实现坐标网格的显示其原理简单，只需一句非常简短的相关代码即可完成。但使用本仪器还有一定的局限性，即：当频率值输入的过大时，由于曲线存在一定的线宽且显示坐标轴范围有限，会使图像中所示的各波峰距离过密影响观察效果，建议使用时频率控制在100以内，最佳效果在0～50之间；在时间的取值上应满足MATLAB语言表述格式，例如：时间的输入为0：0.001：0.5。
        参考文献
        [1] 李海涛，邓樱.MATLAB程序设计教程[M].北京：高等教育出版社，2002.
        [2] 刘卫国.MATLAB程序设计教程（第二版）[M].北京：中国水利水电出版社，2010.

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