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1、中北大学2009届毕业设计说明书基于matlab的通信原理辅助实验系统设计毕设论文1 引言1.1 课题研究的目的及意义随着现代通信技术发展的日新月异，通信原理课程变得愈来愈重要。通信原理是通信工程专业、电子信息专业的一门重要的专业基础课程，它以各种通信系统的基本理论为研究对象。通信原理与实际应用联系密切，又具有很强的理论性和抽象性，需要应用概率论、随机过程、信号与系统、模拟与数字电路等多门课程知识为基础。给我们的学习造成了一定的困难。形成这种学习困难的原因是多方面的，其中最主要的是缺乏一个直观认识通信系统的感性基础12。为了解决该问题，使抽象的理论知识具体化、形象化，我们引入了此课题。旨在通过
2、以MATLAB语言进行的GUI编程，搭出一个简单的、直观的、容易操作的、可视化的人机交互界面。通过鼠标点击按钮，即可完成通信原理课程中一些基本的实验34。本文的目的是研究基于MATLAB 的通信原理辅助实验系统的设计方法并对其进行实现。1.2 选用MATLAB的原因由于我们要做的只是一个通信原理辅助实验系统，并非是对通信系统深入地、精确地分析研究。此外，我们还需要搭出一个人机友好的界面，综合分析一下，我们决定采用MATLAB，用.m文件编程实现图形用户界面及界面内部的通信原理的相关计算3。Visual Basic和Visual C+亦可进行图形用户界面的编程。但此课题我们选用MATLAB，因为
3、MATLAB语法简单，贴近人的思维方式，图形表现丰富有效，并且MATLAB提供了各种数学、科学计算的相关函数，编程简洁美观，比Basic和C语言用起来要更方便一些。另外，MATLAB还提供了与Visual Basic和Visual C+相连接的接口，可以实现两种语言的混合编程5。综合以上优点，所以选用MATLAB做通信原理辅助实验系统的设计。1.3 MATLAB应用现状MATLAB是一种用于概念设计、算法开发、建模仿真、实时实现的科学计算软件，它将高性能的数值计算和可视化方法集成在一起，并提供了很多专业工具箱和大量的内置函数。自从90年代初在我国引入后，一直受到广大科研人员和技术工程师的喜爱，
4、随着版本的不断更新和MathWorks公司在开发力度上的不断加大，MATLAB的功能日益强大，应用范围也越来越广阔，从最初的数值运算，二维图示，3D建模到数字信号处理，电子电力仿真，神经网络，航空航天，通信仿真，图像处理，控制工程等等几乎囊括了所有工程设计的方方面面。MATLAB是从事众多工业、科研领域的必备工具。无论是在校学生，还是已经参加工作的工程技术人员和科研人员，都运用它来解决各种科学问题、工程问题。全球现有超过50万的企业用户和上千万的个人用户，他们广泛地分布在航空航天、金融财务、机械化工、电信、教育等各个行业。1.4 本论文的主要研究工作本文的研究工作主要包括以下几个方面：第二章简
5、要介绍了MATLAB的相关知识及GUI的相关介绍：MATLAB的发展历程、应用、优势和特点；GUI的定义、特点及其组成部分。第三章主要介绍通信原理中的模拟调制系统，对调幅（AM）、单边带（SSB）和频率调制（FM）三种调制方式进行了详细介绍。第四章主要介绍了通信原理中的二进制数字调制系统，对二进制振幅键控（2ASK），二进制频移键控（2FSK），二进制相移键控（2PSK）三种调制方式进行了详细介绍。第五章主要介绍了图形用户界面设计，对句柄图形、界面菜单、用户控件的相关知识，一些常用的编程命令、语法格式进行了介绍。第六章为设计成果，展示了设计的代码和搭出的界面。2 MATLAB相关知识2.1 M
6、ATLAB2.1.1 MATLAB的简介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是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，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67。MAT
7、LAB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等语言完相同的事情简捷得多，并且mathwork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。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。2.1.2 发展历程20世纪70年代，美国新墨西哥大学计算机科学系主任Cleve Moler为了减轻学生编程的负担，用
8、FORTRAN编写了最早的MATLAB。1984年由Little、Moler、Steve Bangert合作成立了的MathWorks公司正式把MATLAB推向市场。到20世纪90年代，MATLAB已成为国际控制界的标准计算软件8。版本已经由1984年的MATLAB 1.0，历经25年的发展，如今已经更新到了MATLAB 7.8（2009年3月6日发布）。2.1.3 应用MATLAB 产品族可以用来进行以下各种工作： 数值分析 数值和符号计算 工程与科学绘图 控制系统的设计与仿真 数字图像处理 数字信号处理 通讯系统设计与仿真 财务与金融工程MATLAB 的应用范围非常广，包括信号和图像处理、
9、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。附加的工具箱（单独提供的专用 MATLAB 函数集）扩展了 MATLAB 环境，以解决这些应用领域内特定类型的问题。2.1.3 MATLAB的优势和特点（1）MATLAB特点 此高级语言可用于技术计算 开发环境可对代码、文件和数据进行管理 交互式工具可以按迭代的方式探查、设计及求解问题 数学函数可用于线性代数、统计、傅立叶分析、筛选、优化以及数值积分等 二维和三维图形函数可用于可视化数据 各种工具可用于构建自定义的图形用户界面 各种函数可将基于MATLAB的算法与外部应用程序和语言（如 C、C+、Fortran、Jav
10、a、COM 以及 Microsoft Excel）集成（2）MATLAB的优势91）友好的工作平台和编程环境MATLAB由一系列工具组成。这些工具方便用户使用MATLAB的函数和文件，其中许多工具采用的是图形用户界面。包括MATLAB桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。随着MATLAB的商业化以及软件本身的不断升级，MATLAB的用户界面也越来越精致，更加接近Windows的标准界面，人机交互性更强，操作更简单。而且新版本的MATLAB提供了完整的联机查询、帮助系统，极大的方便了用户的使用。简单的编程环境提供了比较完备的调试系统，程
11、序不必经过编译就可以直接运行，而且能够及时地报告出现的错误及进行出错原因分析。2）简单易用的程序语言Matlab一个高级的矩阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序（M文件）后再一起运行。新版本的MATLAB语言是基于最为流行的C语言基础上的，因此语法特征与C语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。使之更利于非计算机专业的科技人员使用。而且这种语言可移植性好、可拓展性极强，这也是MATLAB能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。3）强大的
12、科学计算机数据处理能力MATLAB是一个包含大量计算算法的集合。其拥有600多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算功能。函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果，而前经过了各种优化和容错处理。在通常情况下，可以用它来代替底层编程语言，如C和C+ 。在计算要求相同的情况下，使用MATLAB的编程工作量会大大减少。MATLAB的这些函数集包括从最简单最基本的函数到诸如矩阵，特征向量、快速傅立叶变换的复杂函数。函数所能解决的问题其大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运
13、算、复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。4）出色的图形处理功能MATLAB自产生之日起就具有方便的数据可视化功能，以将向量和矩阵用图形表现出来，并且可以对图形进行标注和打印。高层次的作图包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。可用于科学计算和工程绘图。新版本的MATLAB对整个图形处理功能作了很大的改进和完善，使它不仅在一般数据可视化软件都具有的功能（例如二维曲线和三维曲面的绘制和处理等）方面更加完善，而且对于一些其他软件所没有的功能（例如图形的光照处理、色度处理以及四维数据的表现等），MATLAB同样表现了出色的处理能力。同时对一些特殊的可
14、视化要求，例如图形对话等，MATLAB也有相应的功能函数，保证了用户不同层次的要求。另外新版本的MATLAB还着重在图形用户界面（GUI）的制作上作了很大的改善，对这方面有特殊要求的用户也可以得到满足。5）应用广泛的模块集合工具箱MATLAB对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集和工具箱。一般来说，它们都是由特定领域的专家开发的，用户可以直接使用工具箱学习、应用和评估不同的方法而不需要自己编写代码。目前，MATLAB已经把工具箱延伸到了科学研究和工程应用的诸多领域，诸如数据采集、数据库接口、概率统计、样条拟合、优化算法、偏微分方程求解、神经网络、小波分析、信号处理、图像处理、系统辨识、控制系
15、统设计、LMI控制、鲁棒控制、模型预测、模糊逻辑、金融分析、地图工具、非线性控制设计、实时快速原型及半物理仿真、嵌入式系统开发、定点仿真、DSP与通讯、电力系统仿真等，都在工具箱（Toolbox）家族中有了自己的一席之地。6）实用的程序接口和发布平台新版本的MATLAB可以利用MATLAB编译器和C/C+数学库和图形库，将自己的MATLAB程序自动转换为独立于MATLAB运行的C和C+代码。允许用户编写可以和MATLAB进行交互的C或C+语言程序。另外，MATLAB网页服务程序还容许在Web应用中使用自己的MATLAB数学和图形程序。MATLAB的一个重要特色就是具有一套程序扩展系统和一组称之
16、为工具箱的特殊应用子程序。工具箱是MATLAB函数的子程序库，每一个工具箱都是为某一类学科专业和应用而定制的，主要包括信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、小波分析和系统仿真等方面的应用。7）应用软件开发（包括用户界面）在开发环境中，使用户更方便地控制多个文件和图形窗口；在编程方面支持了函数嵌套，有条件中断等；在图形化方面，有了更强大的图形标注和处理功能，包括对性对起连接注释等；在输入输出方面，可以直接向Excel和HDF5进行连接。2.2 GUI相关知识简介2.2.1 定义及简单介绍图形用户界面（Graphical User Interface，简称 GUI，又称图形用户接口）是指采用图形方式显
