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Matlab论文.doc

发布时间：2022-06-06 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.49M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    摘要：
    关键词：
    一．双音频拨号电话背景
    二．双音频拨号电话原理
    三．GUI的基本知识
    3.1 GUI的M文件和FIG文件
    3.2 GUI设计的优点及实现步骤
    3.3 控件的概念和特点
    四．GUI界面设计
    五．总结
    参考文献
    附件:
    基于 matlab 的双音频 phone 界面 学院：信息工程学院 班级：通信 2 班 学号：1167119221 姓名：杨鹏
    内蒙古科技大学 目录 摘要：..................................................................................................2 关键词：..............................................................................................3 一．双音频拨号电话背景................................................................... 3 二．双音频拨号电话原理................................................................... 4 三．GUI 的基本知识...........................................................................5 3.1 GUI 的 M 文件和 FIG 文件........................................................................................... 5 3.2 GUI 设计的优点及实现步骤..........................................................................................6 3.3 控件的概念和特点.........................................................................................................6 四．GUI 界面设计.............................................................................. 7 五．总结............................................................................................ 11 参考文献............................................................................................ 11 附件:.................................................................................................. 13 第 1页
    内蒙古科技大学 摘要： 信息技术的飞速发展，使得通信系统在性能不断提高的同时也变得越来越复 杂。正因如此，采用传统技术对通信系统进行分析和设计的日子一去不复返，而 由于计算机仿真的廉价性和高效性，使其成为通信系统中的主要设计和分析手段 之一。另一方面，计算机仿真更是进行通信和网络等科研工作时所必备的工具。 然而，目前许多学生都缺乏这个环节的锻炼，得出的结果可信度较差，所以在这 里进行基本的演示。 MATLAB 是国际公认的优秀科技应用软件，是计算机辅助分析与设计、算 法研究和应用开发的基础工具和首选平台，是目前科学研究领域最流行的应用软 件，其特点概括为： (1) 高效的数字计算方法及符号计算功能，使用户从繁杂的数学运算分析中 解脱出来。 2) 完备的图形处理功能，实现计算结果和编程的可视化。 (3) 友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言，使学习者易于学习和 掌握。 (4) 功能丰富的应用工具箱，为用户提供了大量方便而实用的处理工具。 (5) Simulink 动态建模与仿真系统，丰富而功能强大的器件库，提供了实时方 便的仿真手段。 MATLAB 软件是由美国 Mathworks 公司推出的用于数值计算和图形处理的 科学计算系统环境。MATLAB 是英文 Matrix Laborutory（矩阵实验室)的缩写。 是现今国际公认的最优秀的科技应用软件，它具有强大的数值计算和工程运算功 能、符号计算功能和科学数据可视化能力。广泛应用于数值计算、图形分析、过 程控制、系统识别、实时控制和动态仿真等领域。成为大学生、硕士生和博士生 必须掌握的基本技能。同时，MATLAB 也被研究单位和工业部门广泛应用，使 科学研究和解决各种具体问题的效率大大提高。 MATLAB 集成环境主要包括五个部分：MATLAB 语言、MATLAB 工作环境、 句柄图形、MATLAB 数学函数库和数学建模、小波分析、MATLAB API(App lication Program Interface)。MATLAB 语言是以数组为基本数据单位，包括控制 流程语句、函数、数据结构、输人输出及面向对象等特点的高级语言。利用 SIMULINK 对系统进行仿真与分析，在进入虚拟实验环境后，不需要书写代码， 只需使用鼠标拖动库中的功能模块并将它们连接起来，再按照实验要求修改各元 器件的参数。通过虚拟实验环境建立实验仿真电路模型，可使一些枯燥的电路变 得有趣味，复杂的波形变得形象生动，使得各种复杂的能量转换过程比较直观地 呈现。 第 2页
    内蒙古科技大学 关键词： Matlab GUI 图形设计 双音频 一．双音频拨号电话背景 当前，话机从提高集成度到与其他技术结合发展，以提高电话机的功能，并 行成各种功能的电话机，如录音电话机，无绳电话机，电视电话机，语音拨号电 话机，数字电话机。特别是随着通信与计算机技术的结合，使通讯技术日新月异， 名目繁多的新通信业务应运生，随着机电式交换机被数字程控交换机的取代，拨 好慢，易错号的老式电话拨号系统早已不再使用，市场上也早已有双音频拨号的 电话机。 电话机按种类分别有按键式电话机和拨盘式电话机。其中又有脉冲式电话机 （PULSE）和双音频电话机（TONE）。拨盘式电话机属于脉冲式电话机，这类 逐步淘汰的产品不宜选用。双音频电话机具有接通速度快、声音清晰等很多优点， 而且对于电话新功能的使用来说，双音频电话机是不可缺的。在打这种电话时， 按键后听到的不再是 1 至 10 个脉冲的“嗒嗒——”声音，而是一种短促悦耳的 电子音乐，这种声音从号码０到９都是都是由两个音频信号组成的，因而称为双 音频电话。双音频电话拨号系统的应用优点： （1）发号快。 使用双音频电话机，打一电话的拨号时间约为１S，而脉冲拨号系统（拨号 式电话机），一般数字较小的７位号码要占用７s 左右，如电话号码中数字较大， 则拨号时间约为 10s.所以，双音频电话机缩短了每个电话在电话网中占用拨号时 间，提高了电话网的利用率 （2）双音频拨号抗干扰强，不易错号。 脉冲话机的发号准确性要求脉冲断续比和速率符合标准，否则要错号。有一种老 式话机是依靠机械触点式开关的通段产生一系列脉冲电流，就往往易产生错号。 （3）可开展各项电信新业务。 新业务如：缩位拨号，呼叫等待、转移呼叫、叫醒服务、会议电话等。中国电话 卡的“200”业务以及“127”自动寻呼的部分自动功能、“388”“460”语音信箱、 “800”对方付费业务等，也只限于双音频话机使用 电话网是世界最大的通讯网，特别是当人类进入科技信息时代的今天，一定 要充分发挥电话网资源。通讯网的运行效率每提高 1%，每年可以竟增 30 亿员收 益，双音频话机的应用，缩短了电话拨号所占用的时间，随着数字电话机的出现， 两根电话线上除了能通电话外，还可以同时传送传真，进行网络通信 这也是本文分析双音频电话拨号的意义所在。为了分析双音频电话拨号时的 时域与频域对应关系，我们利用 Matlab 中的图形用户界面 GUI 对其进行仿真， 具体要完成的内容有： 第 3页
    内蒙古科技大学 理解双音频拨号电话系统的原理； 基于 Matlab 的双音频电话拨号系统的频谱分析（在编程模拟双音频电话拨号 时的时域信号基础上利用 Matlab 中的库函数计算其对应频谱。实现每拨一个号 码时能够在界面显示对应的时域信息、频域信息；并显示相应的拨号码、高低频 率成份；且可实现语音报号的功能。） 总结本课题主要解决了双音频拨号电话拨号时哪些问题，以及可以延伸改进 之处。 二．双音频拨号电话原理 在双音频（DTMF）电话机中,包括 DTMF 发送器和 DTMF 接受器，是广泛 用于快速按键话机和无线通信设备中的专用集成电路。DTMF 发送器能根据不同 的按键号码发出相应的一组双音频信号，如图 1 所示（其中 f1、f2、f3、f4 为低 频群，f5、f6、f7 为高频群）： f5 f6 f1 f2 f3 f4 1 4 7 * 2 5 1 8 0 f7 3 6 9 # 图 1 拨号盘对应高低频群 其基本原理是由 3.58Mhz 的晶体振荡器分频后，得到四个高频和四个低频， 在高、低频中各取一个频率合成后，就得到双音频信号。在本课题中考虑到双音 频信号由两个正弦信号组合而成，可假设双音频信号时域表达形式如下： 其中假设每个正弦信号电压为 0.25V， Lf 为低频信号的频率， Hf 为高频信 号的频率。信号每个数码发号时间大于 0.04 s,两个数码之间间隔时间大于 0.05s， DTMF 接收器对输入信号进行分离、译码、缓冲恢复为对应于 16 种 DTMF 信号。 在电话机面板上 4*4 组合的按键组与相应的信号的表达式一一对应，当按下一个 数据键时，例如“5”时，则产生频率为 770HZ 和 1336HZ 的两个正弦波，并叠 加成对应的双音频信号。国际电报电话咨询委员会和我国标准都规定拨号数字与 高、低频的组合关系如下表所示： 第 4页
    fH(Hz) fL(Hz) 697 770 852 941 内蒙古科技大学 1209 1336 1477 1633 1 4 7 * 2 5 8 0 3 6 9 # 表 1 双音多频信号频率组合 A B C D 利用 MATLAB 中的图形用户界面 GUI 进行仿真双音频拨号电话在实际拨号 时对应的时域波形，并利用 MATLAB 库函数中提供的相应频域变换函数 fft、abs 做出每一按键时域信号的功率谱。电话拨号盘上的 A、B、C、D 键为保留拨号 键，在本课题仿真中不对其进行仿真设计。 三．GUI 的基本知识 3.1 GUI 的 M 文件和 FIG 文件 在 MATLAB 中，图形用户界面 GUI 包含多种对象的图形窗口。用户必须对 每一个对象进行界面布局和编程，从而使用户激活 GUI 每个对象时都能够执行 相应的行为。另外，用户必须保存和发布所创建的 GUI,使得 GUI 能够真正得到 应用。 MATLAB 为用户开发图形界面提供了一个方便高效的集成环境：MATLAB 图形用户界面开发环境 GUIDE(MATLAB’s Graphical User Interface Development Environment).GUIDE 主要是一个界面设计工具集,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 资源文件中。同时还能够 生成包含 GUI 初始化和组件界面布局控制代码的 M 文件。这个 M 文件为实现回 调函数（当用户激活 GUI 某一组件时执行的函数）提供了一个参考框架。虽然 使用用户自己编写的、包含 GUI 所有发布命令的 M 文件也能够实现一个 GUI, 但是使用 GUIDE 执行效率更高：使用 GUIDE 不但能够交互式地进行组件界面 布局，而且能够生成两个用来保存和发布 GUI 的文件： FIG 文件：该文件包括 GUI 图形窗口及其所有后裔的完全描述，包括所有对 象的属性值。FIG 文件是一个二进制文件，调用 hgsave 命令或界面设计编辑器 的 File 菜单 Save 选项保存图形窗口是将产生该文件。FIG 文件包含序列化的图 形窗口对象；在用户打开 GUI 时，MATLAB 能够通过读取 FIG 文件重新构造图 形窗口及其所有后裔。所有对象的属性都被设置为图形窗口创建是保存的的属 性：缺省情况下，即使用户使用 hgsave 和 hgload 命令保存系统缺省图形工具条 和菜单，FIG 文件也不保存这些缺省信息。FIG 文件最有用的地方之一就是对象 第 5页
    内蒙古科技大学 句柄的保存和引用。可以使用 open、opening 和 hgload 命令打开一个后缀为.fig 的文件 M 文件：该文件包括 GUI 设计、控制函数以及定义为子函数的用户控件回 调函数，主要用于控制 GUI 展开时的各种特征。这个 M 文件可分为 GUI 初始化 和回调函数两个部分，用户控件的回调函数根据用户与 GUI 的具体交互行为分 别调用。这里将 GUI 的 M 文件称为应用程序 M 文件。应用程序 M 文件使用 openfig 命令来显示 GUI。注意使用程序 M 文件并不包括用户界面设计的任何代 码，这些代码将完全由 FIG 文件保存。 3.2 GUI 设计的优点及实现步骤 GUIDE 可以根据用户 GUI 的版面设计过程直接自动生成 M 文件框架，这样 就简化了 GUI 应用程序的创建工作，用户可以直接使用这个框架来编写自己的 函数代码。这样的编写方法有以下优点： 应用程序 M 文件已经包含实现一些有用的函数编写代码，无需用户自行编写； 可以使用该 M 文件生成的的有效方法来管理图形对象句柄并执行回调函数子程 序； 提供管理全局数据的途径； 文件支持自动插入回调函数原型，确保当前 GUI 与未来发布版本的兼容性。 用户也可以选择由 GUIDE 生成 FIG 文件、自己编写应用程序 M 文件的 GUI 创 建方式。编写 M 文件是要注意，应用程序 M 文件中不能包含用户控件创建命令， 所有的界面设计信息都保存在由界面设计编辑器生成的 FIG 文件中。 实现一个 GUI 主要包括以下两项工作：GUI 界面设计和 GUI 组件编程。整个 GUI 的实现过程可以分为以下几步： （1）通过设置 GUIDE 应用程序的选项来进行 GUIDE 组态； （2）使用界面设计编辑器进行 GUI 界面设计； （3）理解应用程序 M 文件中所使用的编程技术； （4）编写用户 GUI 组件行为响应控制（即回调函数）代码。 3.3 控件的概念和特点 界面设计编辑器组件平台中包含所有能够在 GUI 中使用的用户界面控件。这 些控件都属于 MATLAB 的用户控件对象（uicontrol）,可以通过 Callback 属性来 进行回调函数编程。下面将主要介绍在本课题中所使用到的各种控件的概念和特 点： 按扭(Pushbutton)：通过鼠标点击按扭可以实现某种行为（按扭陷下和弹起等） 并调用相应的回调子函数； 复选框（Checkbox）:复选框能够产生一个二进制状态的行动（on 或 off）。当复 选框被选中时，其属性中的 Value 值变为‘1’，同时调用相应的回调函数；未被 选中时，其值为‘0’。Checkbox 的回调函数首先要对按钮的 Value 的值进行判断， 第 6页
    内蒙古科技大学 然后才能决定相应的行为。 静态文本（Static Text）：静态文本通常作为其他控件的标签使用，用户不能 采用交互方式修改静态文本或调用相应的回调函数； 坐标轴(Axes)：在 GUI 界面上的任意位置绘制坐标轴，可设置相应的横、纵 坐标范围，并且可将坐标设置成封闭的形式。 组合框：组合框是图形窗口中的一个封闭区域，它把相关联的控件（例如一 组单选按钮）组合在一起，使得用户界面更容易理解； 四．GUI 界面设计 图形用户界面（Graphical User Interface,简称 GUI）就是通过窗口、选单、按 钮、文字说明等构成一个美观的界面，提供用户利用鼠标或键盘方便地实现操作。 Matlab 设计图形用户界面的方法有两种：使用可视化的界面环境和通过编写程 序，本课题采用可视化的界面环境仿真双音频波号电话。 通过打开 Matlab 的菜单 File/New/GUI 即可打开如下的窗口，选择 Create New GUI 选单中的“Blank GUI(Default)”后设置相应的存储位置，单击 OK 即可得到 如下未命名的图形用户界面“untitled.fig”编辑器外观： 第 7页
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