《Matlab 应用专项实践》课程设计基于GUI的单环幅频相频特性.doc

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1、课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 信息工程学院 题 目: 基于GUI的单环幅频相频特性 一、 设计目的了解MATLAB软件的基本知识，基本的程序设计，软件在高等数学和工程数学中的应用，学会使用软件进行数值计算和控制工程中的应用。二、设计内容和要求1理解掌握单环的幅频相频特性，利用Matlab的GUI工具绘制出它的幅频相频图像。2. 学习Matlab语言的概况和Matlab语言的基本知识。3学习Matlab语言的程序设计。三、初始条件计算机；Matlab软件。四、时间安排1、2015年01月19日，任务安排，课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。2、2015年

2、01月20日，查阅相关资料，学习Matlab语言的基本知识，学习MATLAB语言的应用环境、调试命令，绘图功能函数等。3、2015年01月21日至2015年01月22日，Matlab课程设计制作和设计说明书撰写。4、2015年01月23日，上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。指导教师签名： 2015年 01 月 19日系主任（或负责教师）签名： 2015年 01 月 19日 目录摘要31设计任务及其要求41.1设计的目的41.2设计的要求42设计原理及方案42.1单环谐振器42.2图形用户界面（GUI)63程序的设计73.1幅频相频程序73.2GUI显示程序84结果分析95课程设计心得与体会

3、12参考文献13 摘要MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。MATLAB是matrix&laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）。是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序

4、等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C+，JAVA的支持。本文主要介绍利用Matlab的图形用户界面（GUI）分析单环的幅频相频的方法。主要阐述了如何用Matlab 软件进行编程来达到绘出单环幅频相频图像的目的。本文重点叙述了具体程序的编写，Mat

5、lab 的使用，GUI的使用，得到的相关图形等几个部分。关键字：Matlab；单环；幅频相频；GUI1设计任务及其要求1.1设计的目的理解掌握单环的幅频相频特性，熟悉和学会使用Matlab编写程序，处理实际问题。学习并掌握其中的图形交互界面工具GUI。1.2设计的要求（1） 让我们了解其幅频特性指幅度与频率的关系，相频特性指相位与频率的关系。要求利用 GUI图形界面工具绘制单环的幅频相频特性图像。（2） 单环传输函数： 其中各符号的参为： 其中l为圆的周长，与半径有关。环半径取50-100微米，为波长，（实数）是耦合系数，取0.20.6，为一周的衰减系数，越小，衰减越大，一般它的取值为0.7-

6、0.99。2设计原理及方案2.1单环谐振器（1）为了满足需要的增加功能，光纤的大力传输，谐振调节器在高效率，低损耗传输中有着很大的优势，在共振频率附近，能量传输效率达到最高。我们要研究的单环谐振器就是以上一类比较简单的谐振器。它的主要参数有，幅频相频特性、耦合系数、传递系数等。 图11 单环谐振器原理图（2） 在上图中我们知道k是耦合系数，是输入的能量，是输出的能量，t是传输系数，其中参数满足如下关系： 图1-1-1 频率响应（3） 上式中的称为单环的传递函数，代表着能量的传递效率，它的模值越大，代表着传递效率越高。其中包含了幅频相频的特性。下图为耦合系数和传递系数不同时的相位特性曲线。图1-

7、2所示传输中的相位特性，其中耦合和传递参数取值如下。 图1-3所示传输中的相位特性参数（4） 谐振环的传输系数： （5） 当电压运用到一个谐振环，相移，偏转相位，单环的周长，环形波导的有效折射率，自由空间光波的波长，的系数，半波电压的关系如下： 图1-2 相位特性 图1-3 相位特性2.2图形用户界面（GUI)图形用户界面，又称图形用户接口(Graphical User Interface，GUI)是指采用图形方式显示的计算机操作环境用户接口。与早期计算机使用的命令行界面相比，图形界面对于用户来说更为简便易用。GUI的广泛应用是当今计算机发展的重大成就之一，它极大地方便了非专业用户的使用人们从

8、此不再需要死记硬背大量的命令，取而代之的是可用用通过窗口、菜单、按键等方式来方便地进行操作。而嵌入式GUI具有下面几个方面的基本要求：轻型、占用资源少、高性能、高可靠性、便于移植、可配置等特点。 图14 GUI工作界面3程序的设计3.1幅频相频程序r=200;c=0.47e-6;b=r*c,0;a=r*c,1;w=0:40000;h=freqs(b,a,w);subplot(2,1,1); plot(w,abs(h); grid; ylabel(幅度)subplot(2,1,2); plot(w,angle(h)/pi*180); grid; ylabel(相位)3.2GUI显示程序该段程序通

9、过设置“图像翻转”功能键对应的句柄uipanel7 中的“Visible”属性的开关来实现该功能键的显示隐藏。function tuxiangfanzhuan_Callback(hObject, eventdata, handles)% hObject handle to tuxiangfanzhuan (see GCBO)% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)set(handles

10、.uipanel7,Visible,on);if strcmp(get(gcbo, Checked),on)set(handles.uipanel7,Visible,on);set(gcbo, Checked, off);set(handles.uipanel7,Visible,off);elseset(gcbo, Checked, on);End利用matlab中“ uigetfile”、“imread” “imshow”实现图像文件的读取与显示：function openfile_Callback(hObject, eventdata, handles)% hObject handle t

11、o openfile (see GCBO)% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)if isequal(filename,0)|isequal(pathname,0)return;Elsefile=pathname,filename;global S S=file;x=imread(file);set(handles.axes1,HandleVisibility,ON);axes(ha

12、ndles.axes1);imshow(x);set(handles.axes1,HandleVisibility,OFF);axes(handles.axes2);imshow(x);handles.img=x;guidata(hObject,handles);end4结果分析由上面得到的幅频相频如下图所示，与理论得到的单环特性基本一致。通过本次设计可以感受到，单环谐振器的传输特性较好，传输效率很高。 图1-5 幅频相频特性GUI用户界面显示如下，在图像界面显示中，更好的的体现了单环幅频相频的特点。 图1-6 5课程设计心得与体会当我第一次拿到此次的课题时，感到有些无所适从。虽然，曾经学习过

13、Matlab的课程，在课程的考核中也取得了较好的成绩，但由于对Matlab 的学习更多的只是停留在理论上的学习，在课时内的试验也只是简单的基础性试验，所以对Matlab实际运用不是很熟练。为此，在实践正式开始前，我利用课余时间，重新复习了Matlab 教材，专门借阅了利用Matlab 进行图像处理的相关教程，通过索引网络上的相关资料，为课设做了较为充分的准备。在参考了相关材料及源程序，我对自己要做的课设内容有了进一步的了解，并对Matlab的使用有了更深的体会。但是，总体来说，此次的课程设计，还是较为满意的。它不但鞭策着我去巩固Matlab 的基础理论知识，还提高了我对Matlab 的实际操作

14、运用，使得理论与实践相结合，为进一步学习Matlab打下坚实的基础；同时，在实践的工程中，也让我体会到一种努力付出并得到回报的满足感觉。通过本次课程设计，我了解了如何使用 Matlab 软件，通过这次编写程序的过程，我对Matlab 软件有了更清晰的认识，了解到了它的精髓，学会了用更简练的方式来编写程序。在对自己所编写的程序进行调试的过程中，我可以清楚地辨识出程序的错误，并加以改正，使我的程序在逻辑上更严谨，也使程序更精简。通过Matlab 软件的图像绘制功能，理解掌握了单环的幅频相频特性，并能在Matlab 中对其编程实现功能的描述。从而使得我对电磁场电磁波的相关知识有了更深入的了解，同时对

15、Matlab 软件的使用也更加熟练了，重新认识到了它的一些功能，在利用GUI图形界面处理工具中，感受到了Matlab软件的强大功能，通过这次课程设计，我增强了编写程序的能力，积累了实践经验，提高了动手能力。 参考文献1刘岚，黄秋元电磁场与电磁波基础北京：电子工业出版社，2010.72殷际杰微波技术与天线北京：电子工业出版社，2012.83路宏敏，王新稳电磁场与电磁波西安：西安电子科技大学出版社，2011.104温正Matlab8.0 从入门到精通北京：清华大学出版社，20013.105张志涌，杨祖樱Matlab 教程北京：北京航空航天大学出版社，2010.86数字电路实验与课程设计 哈尔滨工程大学出版社