Matlab ActiveX技術(shù)在“數(shù)字信號處理”教學中的應用

王雪飛，王昌盛，馬月紅

(軍械工程學院1.光學與電子工程系2.教育技術(shù)中心，河北石家莊050003)

“數(shù)字信號處理”課程是電子工程與信息類專業(yè)的一門重要的基礎(chǔ)課程。Matlab作為一門具有科學計算和可視化能力的軟件工具，在“數(shù)字信號處理”的實驗教學中發(fā)揮了重要作用［1，2]。教師可根據(jù)課程設計在基于PowerPoint的教學課件與Matlab之間進行切換。但是，頻繁的切換常常會干擾授課思路，打斷學生的連續(xù)性思維。為此，我們利用Matlab ActiveX自動化技術(shù)與PowerPoint相結(jié)合，實時輸入Matlab計算指令，實時顯示計算結(jié)果，可達到教學課件與Matlab計算無縫鏈接的效果。

1 Matlab ActiveX與PPT相結(jié)合

ActiveX是一種基于windows操作系統(tǒng)的各種面向?qū)ο蠹夹g(shù)的集合。借助ActiveX，開發(fā)商和用戶可以把來自不同商家的ActiveX組件無縫地集成在自己的應用程序中。Matlab支持ActiveX控件和ActiveX自動化兩種技術(shù):其中，ActiveX自動化使Matlab能施控或受控于其他組件。當Matlab受控于其他組件時，Matlab表現(xiàn)為自動化服務器(Automation Server)，它的功能是:使應用程序可以在Matlab空間執(zhí)行指令，并與Matlab空間交換數(shù)據(jù)［3]。

Microsoft Windows應用程序與Matlab ActiveX自動化技術(shù)相鏈接，需要采用基于Microsoft的軟件編程語言:VBA(Visual Basic for Application)。VBA是Micorsoft Visual Basic的派生體，語言結(jié)構(gòu)和編程環(huán)境基本相同。唯一的區(qū)別是VBA與特定的應用程序相關(guān)聯(lián)，不能用來編寫獨立的應用程序，只能在支持某個VBA的宿主程序中，建立和應用VBA項目。

下面本文將以設計圖1和圖2所示的幻燈片為例，介紹如何采用VBA在PowerPoint中建立Matlab ActiveX自動化服務器的具體過程。

1)配置控件

圖1中主要有三個控件，這是通過在PowerPoint中選擇“工具”—“自定義”菜單項，在“工具欄”標簽頁中選擇“控件工具箱”。在幻燈片適當位置上拖動鼠標，產(chǎn)生所需的控件，調(diào)整控件的大小、位置和名稱等屬性。定義輸入命令串文本框inputBox，輸出結(jié)果文本框resultBox，執(zhí)行按鈕exeButton。

2)VBA編程

雙擊“執(zhí)行”按鈕，彈出VBA編程界面，在該按鈕的exeButton_Click事件中輸入以下代碼:

dim matlab as object%聲明對象

h=inputBox.value%獲取輸入文本框inputbox中的matlab指令字符串

result=matlab.execute(h);%執(zhí)行matlab命令

resultBox.value=result;%將執(zhí)行結(jié)果顯示在文本框resultBox中

set matlab=createobject(“matlab.application”)%createobject(class)用于創(chuàng)建并返回一個服務器對象，參數(shù)calss是服務器的外部對象名;matlab.execute(h)是服務器的自動化方法，h為執(zhí)行指令，以“指令串”作為輸入?yún)⒘浚⒁源男问捷敵鲇嬎憬Y(jié)果。

3)實時計算

保存后返回PPT設計界面。點擊“放映”圖標，進入幻燈片放映狀態(tài)，在輸入文本框中輸入Matlab指令后，點擊“執(zhí)行”按鈕，則在輸出框中顯示計算結(jié)果，如圖1所示。輸入窗口的命令可以在線修改和編輯，輸出結(jié)果實時刷新。

4)嵌入圖形

如需將Matlab繪制的圖形嵌入到幻燈片中，可按照以下步驟實現(xiàn):

(1)點擊“控件工具箱”上的“其他控件”圖標;

(2)選擇Microsoft Forms 2.0 Image，拖拉鼠標創(chuàng)建圖形顯示框Image1，并設置相應屬性;

(3)雙擊按鈕，彈出VBA編程界面，在該按鈕的exeButton_Click事件中嵌入代碼(略)。

完成以上步驟后，保存幻燈片。在“放映”狀態(tài)下，輸入matlab畫圖的指令，運行結(jié)果如圖2所示。

2 應用實例

2.1 離散傅立葉變換的頻率分辨率

頻率分辨率定義為Δf=1/T，其中T為時域信號有效時長［4]。

由于頻域離散化是對無限長信號進行加窗截斷造成的，所以頻率分辨率直接受到窗函數(shù)的長度的影響。通過例題，對某信號進行不同信號點數(shù)的DFT，觀察頻譜圖形的變化，窗長和分辨率的關(guān)系一目了然。

［例1] 定義一個包含兩個諧波分量信號:f1=0.2Hz和f2=0.21Hz，計算N取不同值時的DFT，觀察頻譜形狀。

為滿足分辨率要求，理論上至少應選取的窗長為T=1/(f2－f1)=100，當信號長度N=50＜100時，頻譜分析的結(jié)果是兩個間隔為0.01Hz的頻率成分混疊在一起，如圖3所示。

在命令輸入?yún)^(qū)修改參數(shù)，令N=200，增大信號的時域有效長度，DFT幅度譜如圖4所示。觀察圖4發(fā)現(xiàn)，相鄰的兩個頻率成分被分辨開來。由此可以得出信號的頻率分辨率隨著信號長度的增加而提高的結(jié)論。

2.2 數(shù)字濾波器的頻率響應和極零分布

數(shù)字濾波器的極零點的位置確定了該系統(tǒng)的濾波特性。頻率響應為傳遞函數(shù)的傅立葉變換，反映了濾波器對輸入信號的不同頻率分量在幅度和相位上的調(diào)制作用［4，5]。將濾波器的頻響曲線和極零點分布可視化，可幫助學生理解極零點位置對濾波器濾波特性的影響。

［例2] 給定濾波器的傳遞函數(shù)的系數(shù)矢量，試確定濾波器的極零分布和幅頻特性。

幻燈片設計有兩個圖形顯示區(qū)，Matlab指令及顯示結(jié)果如圖5所示。在極點所對應的頻率處，其幅頻響應幅度出現(xiàn)峰值，即系統(tǒng)對此頻率處的信號有較高的增益，表現(xiàn)為通帶;在零點所對應的頻率處，幅頻響應幅度出現(xiàn)凹谷點，即系統(tǒng)對該頻率處的信號實現(xiàn)抑制，表現(xiàn)為阻帶。

如果修改極零點位置，查看濾波器的幅頻曲線變化，可以輸入圖6“命令輸入?yún)^(qū)”的命令。

圖6運行結(jié)果顯示，在單位圓上零點所對應的頻率處，幅頻響應為0，系統(tǒng)對此頻率處的信號完全抑制;而在離零點越遠的頻率處，幅頻響應幅值越高同理可以得到極點位置對濾波器濾波特性的影響。原點處的極零點不改變?yōu)V波特性。

3 結(jié)語

Matlab ActiveX技術(shù)將Matlab與PPT無縫連接，充分利用了多媒體的圖文并茂和Matlab的數(shù)值計算能力，由Matlab指令構(gòu)成的例題、演示，可以在線修改參數(shù)，將重點和難點直觀地展示出來，彌補了課堂教學中實驗不足的缺陷。實踐證明，基于Matlab ActiveX自動化服務器的電子課件制作方法，保持了授課思路的連貫性，同時加強了學生理解、分析和解決問題的能力。

［1] 崔靈智等.Matlab在數(shù)字信號處理課程設計中的應用［J] .日照:山東水利職業(yè)學院院刊，2008(3)

［2] 張萌，武攀.基于Matlab的多采樣率信號處理教學設計［J] .南京:電氣電子教學學報，2009(4)

［3] 張志涌等.精通Matlab6.5版［M] .北京:航空航天大學出版社.2003

［4] 胡廣書.數(shù)字信號處理導論［M] .北京:清華大學出版社.2005

［5] 劉波.MATLAB信號處理［M] .北京:電子工業(yè)出版社，2006