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1、基于MATLAB电路特性演示平台的设计摘 要 电路特性是用复杂的数学公式描述的，非常抽象，难以理解。MATLAB具有强大数学计算和图形显示功能，它可以方便的计算出非常抽象、复杂的数学公式。此外，它提供了图形用户界面设计工具GUIDE，其包含的各种控件，易于开发，交互性强、使用方便。本论文基于MATLAB GUI开发设计的电路特性演示平台。平台共包含有8个常见的、典型电路的特性演示和方波傅里叶分析。各演示平台的开发是在已建立的数学模型的基础进行的，利用MATLAB中的GUIDE设计工具完成了用户界面的设计，界面中各种控件的功能是通过编写其回调函数来实现的。在演示过程中，通过调整相关的参数，动态演
2、示电路参数变化时电路特性的变化情况。该系统平台具有良好的用户界面、交互性强、操作方便，可以使用户直观、高效地观察和理解电路的特性。关键词：MATLAB，数学模型，电路特性，演示平台,GUIDE The Design of the Circuit characteristics of MATLAB-based presentation platform ABSTRACTCircuit performance is to use complex mathematical formulas described, very abstract and difficult to understand. M
3、ATLAB has a powerful mathematical and graphical display, it can easily calculate the very abstract and complex mathematical formula. In addition, it provides a graphical user interface design tool GUIDE, which contains the various controls, easy-to-development, interactive, easy to use.This paper, b
4、ased on MATLAB GUI development and design of the circuit features demo platform. Platform contains a total of 8 common, the characteristics of a typical circuit, and square wave Fourier analysis shows. The demonstration platform was developed to build on the basis of mathematical models, the use of
5、MATLAB in the GUIDE user interface design tools to complete the design of the interface functions of the various controls is through the preparation of the callback function to achieve.In the demo, by adjusting the related parameters, dynamic parameters demonstrates the circuit characteristics of ci
6、rcuit changes. The platform has a good user interface, interactive, easy to operate and allows users to directly and efficiently observe and understand the characteristics of the circuit.KEY WORDS: MATLAB，Mathematical model，Circuit characteristics，Demonstration platforms，GUIDE 目录前言1第1章 MATLAB简介21.1
7、MATLAB简介21.1.1 MATLAB概述21.1.2 图形界面（GUI）概述2第2章 电路数学模型的建立42.1 RC积分和微分电路42.2 谐振电路的频率特性42.3 方波的傅里叶分析52.4 二阶电路零输入响应52.5 正弦激励的一阶电路62.6 低通滤波电路72.7 高通滤波电路82.8 带通滤波电路82.9 带阻滤波电路9第3章 系统结构设计103.1 系统设计思想103.2 系统层次结构10第4章 GUI设计124.1 界面设计编辑器124.2 GUI主要控件对象及属性介绍134.2.1 控件的常用公共属性134.2.2 命令按钮（Push Button）控件144.2.3 静
8、态文本框（Static Text）控件144.2.4 可编辑文本框（Edit Text）控件144.2.5 滑动条（Slider）控件144.2.6 坐标轴（axes）控件154.2.7 组面板（Uipanel）控件15第5章 界面及程序代码165.1 主界面设计165.1.1 界面设计165.1.2 控件回调函数编写175.2 RC积分和微分电路界面设计175.2.1 界面设计185.2.2 控件回调函数编写195.3 谐振电路频率特性205.3.1 界面设计205.3.2 控件回调函数编写215.4 方波的傅里叶分析225.4.1 界面设计225.4.2 控件回调函数编写225.5 二阶电
9、路的零输入响应235.5.1 界面设计235.5.2 控件回调函数编写245.6 正弦激励的一阶电路255.6.1 界面设计255.6.2 控件回调函数编写255.7 低通滤波电路265.7.1 界面设计265.7.2 控件回调函数编写275.8 高通滤波电路285.8.1 界面设计285.8.2 控件回调函数编写285.9 带通滤波电路295.9.1 界面设计295.9.2 控件回调函数编写295.10 带阻滤波电路305.10.1 界面设计305.10.2 控件回调函数编写30结论31谢 辞32参考文献33前言随着科学技术的发展，对计算机软件及硬件的要求越来越高，同时各种功能的软件被开发出
10、来。而硬件的电路规模也日益庞大，线路更加复杂、对于实现各种功能的数学建模也越来越多，手工或用平常的应用的软件根本无法计算，或计算起来比较麻烦，达不到理想的要求，这时为了提高计算效率、降低实验仿真成本，引入了MATLAB软件，MATLAB是一种集数学计算与图形显示于一体的高效率高级语言，它所具有的丰富的数学计算功能可以解决电路中的各类计算问题，其绘图功能可以将计算机结果用图形表示出来。MATLAB不仅具有数学计算和图形显示功能，而且还为图形用户界面的设计提供了功能强大的设计向导GUI，它可以为用户提供一个友好的交互界面，图形用户界面是由窗口、光标、按键、菜单、文字说明等对象所构成，用户可以通过鼠
11、标或键盘选择、激活这些图形对象，触发相应控件的回调函数，使计算机执行某种动作。本平台主要利用图形用户界面（GUI）在已知电路数学模型的前提下，开发的电路特性演示平台。在电路特性仿真平台中，对电路中所涉及的参数可以直接修改，并显示出仿真曲线。该平台界面良好、操作方便，易于理解。 第1章 MATLAB简介1.1 MATLAB简介1.1.1 MATLAB概述MATLAB是一种用于科学技术的高性能语言。它将计算、可视化和程序设计集成在一个非常容易使用的环境下中，使用我们熟悉的数学符号表示问题与答案。它的应用范围非常广泛，包括数学计算，算法开发，数据采集，建模与模拟，数据分析、研究和可视化，科学和工程图
12、形，应用程序开发，包括图形用户界面的建立等等。具有功能强大、界面友好，可二次开发等特点。在国内外，已有许多高等院校将其列为本科生、研究生和博士生必须掌握的基本技能。MATLAB中包括了被称作工具箱（TOOLBOX）的各类应用问题的求解工具。随着MATLAB版本的不断升级，其所含的工具箱的功能也越来越丰富。MATLAB5.3以后的版本中包括了图形界面编辑GUI，改变了以前单一的“在指令窗通过文本形的指令进行各种操作”的状况。这可让用户也可以象VB、VC、VJ、DELPHI等那样进行一般的可视化的程序编辑。1.1.2 图形界面（GUI）概述图形用户界面（GUI），是由图形对象构建的用于人与计算机交
13、互信息的界面。在图形用户界面上，用户可以根据GUI上的提示信息完成自己的工作，而不需要记忆大量繁琐的命令，只须通过鼠标、键盘等便捷的方式与计算机交互信息、选择及控制想要运行的程序、实时显示图形信息。如果读者想向别人提供应用程序，想进行某种技术、方法的演示，想制作一个供反复使用且操作简单的专用工具，那么图形用户界面（GUI）是最好的选择之一。MATLAB创建的图形用户界面对象共有三大类：用户界面控件、下拉菜单和内容菜单。用户界面控件包含各种常见的控件，如按钮、列表框等；下拉菜单对象主要是各种菜单和子菜单；内容菜单对象主要是内容式菜单，如弹出式菜单等。运用这些图形对象，用户可以设计出功能强大的图形
14、用户界面。第2章 电路数学模型的建立电路特性演示平台中涉及到的数学计算需要建立数学模型，本平台中九个电路的特性，其数学模型分别如下：2.1 RC积分和微分电路平台1为积分和微分电路，其电路如图2-1和图2-2所示。对此可建立传递函数模型。 图2-1 积分电路 图2-2 微分电路 图2-1传递函数为：H(S)=图2-2传递函数为：H(S)=2.2 谐振电路的频率特性平台2为谐振电路特性，其电路图如2-3所示。图2-3 谐振电路其频率响应函数为谐振频率Q=品质因数令H0=1，分别画出Q=1,10,20,50,100的品质因数特性。2.3 方波的傅里叶分析平台3为方波傅里叶分析，方波的傅里叶级数为：
15、 k=1,2,方波的周期T=2，由于方波是奇对称，在t=0间分析即可，分别计算，直到9次谐波并作图。 2.4 二阶电路零输入响应平台4为二阶电路的零输入响应，其电路图如2-4所示。图2-4 二阶电路零输入响应该电路以uC为变量的方程为：，令阻尼系数=,谐振角频率0=,则上式可写成 其初始值UC（0）和(1) 当R时，为过阻尼，呈现为非振荡性放电，方程的解为式中(3) 当R=时，为临界阻尼，也呈现为非振荡性放电2.5 正弦激励的一阶电路平台5为正弦激励的一阶电路，其电路图如2-5所示。图2-5 正弦激励的一阶电路建立的微分方程为：用三要素法公式式中电容的初始电压 微分方程的特解 时间常数当正弦激励时，设 全响应暂态相应稳态
