基于MATLAB GUI的数字滤波仿真平台设计

为了使学生对数字信号处理课程中的数字滤波器部分有更深刻的理解和掌握，设计了一种基于MATLAB图形用户界面(GUI)的数字滤波仿真平台。该平台包括三大部分，具备注册、登录和修改密码功能的用户登录系统，程序法设计IIR和FIR数字滤波器，利用FDATool和Simulink来设计数字滤波器并滤波仿真。该仿真平台，可以对输入信号频率、采样频率和滤波器技术指标等参数进行实时调整修改，操作直观简便，框架清晰，设计合理，内容丰富，结果正确。该平台可应用于数字滤波器设计的工程实践，也可用于课程教学，有助于学生更好地理解滤波器相关知识，从而取得更好的教学效果。

“数字信号处理”作为通信工程、电子信息工程、电子信息科学与技术等专业的核心课程，其主要包含两大知识模块，信号的谱分析和信号滤波[1] [2]。讲到数字滤波器设计时，学生除了掌握基本的设计思想和设计方法之外，还能够利用设计得到的数字滤波器对信号进行实际滤波处理，这种教学过程及模式，必将使学生对相应的知识模块有更深刻的理解和掌握。鉴于此目的，我们基于MATLAB GUI设计出了一个可视化数字滤波仿真平台，首先仿真生成低频、中频和高频三个不同频率正弦信号的叠加波形， 根据数字滤波器的设计步骤设计得到满足技术指标的IIR和FIR数字低通、高通和带通滤波器，得到滤波器设计结果即系统函数的系数，然后分别对输入进行滤波处理，进而得到分离后的信号输出。整个数字滤波仿真平台，将教学过程与当前优秀的科学计算软件MATLAB进行了有机结合，使学生能更好地掌握IIR和FIR两大类型数字滤波器设计步骤、特点及应用场合等。此外，利用MATLAB信号处理工具箱中的滤波器分析设计工具FDATool以及可视化仿真工具Simulink实现了各种IIR和FIR数字滤波器的设计以及滤波仿真，进一步培养了学生的实践能力[3] [4]。

该数字滤波仿真平台可以实时对输入信号频率、采样频率和滤波器技术指标等参数进行调整修改， 从而满足具体设计要求和滤波特性，且所有的设计结果和仿真图示均可通过图形用户界面的相关功能来观察测量，整个系统平台框架清晰，设计合理，内容丰富，结果正确，操作直观简便。该平台可用于数字滤波器设计的工程实践中，也可用作“数字信号处理”课程的课堂教学和实验教学中，不仅丰富了课堂内容，也能很好地激发学生的学习兴趣，帮助学生更好地理解滤波器技术指标的物理含义，加深理解各参数对滤波器滤波特性以及滤波结果的影响，从而取得更好的教学效果。

2. 仿真平台总体结构 数字滤波仿真平台由用户登录系统，程序法实现数字滤波仿真，和利用信号处理工具箱实现数字滤波仿真三大功能模块组成。该仿真平台主要用于设计各种类型IIR 和FIR 数字滤波器，将三个不同频率的正弦信号分离，从而实现信号滤波，基本框架如图1 所示。用户登录系统可实现用户注册、用户登录和修改密码功能。程序法设计数字滤波器及滤波仿真模块涵盖了IIR 和FIR 数字低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器的设计及滤波仿真。

第三部分利用了信号处理工具箱中的FDATool 和Simulink 来实现IIR和FIR 数字低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器的设计及滤波仿真。