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1、电子高等教育学会2 0 0 6 年学术年会论文集 充分运用现代实验手段，加强电路信号类实验课程建设 刘舒帆陆辉任妹婕赵红 ( 解放军理工大学理学院南京2 1 0 0 0 7 ) 搿电路分析基础”、“信号与系统”实验课程是通信、电子、计算机、信息类学科的公共专业基 础实验课程，它们与后续的“数字信号处理”以及“D S P 技术”关系十分密切。近年来，伴随着计 算机技术的飞速发展，许多软、硬件技术层出不穷。如何把这些软硬件技术充分运用到教学上，为 培养人才服务，是我们一直努力的目标。在这一方面，我们围绕电路、信号与系统及数字信号处理 实验课程的教学改革与建设，踏踏实实地做了一些工作。 一、在实验内
2、容改革方面，将姒T L A B 语言引入了实验教学 在多年电路、信号与系统实验教学过程中，我们使用过B A S I C 、F O R T R A N 、C 等语言，始终感到 对于我们这门实验课，缺少一种有效便捷的辅助分析手段。直到我们接触了M A T L A B 这种目前在欧美 的大学和研究机构中非常流行的计算机语言，真正感到它可以用较短的时间，简捷的程序语句来进 行电路、信号与系统理论中一些比较抽象的过程的模拟和显示，比使用其它语言提高效率许多倍。 同时，随着M A T L A B 语言的发展，它本身也越来越多地与各种硬件紧密联系。引入了这一国际上使用 广泛的语言，不但拓展了本门课程涉及的深
3、度和广度。也为后续的数字信号处理、D S P 技术以及许 多专业课程打下了良好的基础。由此我们决定将M A T L A B 引入电路、信号与系统以及数字信号处理实 验课程。 我们编写并出版了信号与系统实验及M A T L A B 辅助分析教材。在信号与系统实验课程中为学 生开设了M A T L A B 方面的上机实验，主要有：I 舱T L A B 语言上机操作实践；连续时间信号的产生：连 续时间信号的频谱：系统的冲激响应与阶跃响应；卷积的应用：离散时间信号与信号的频谱：I I R 数字滤波器的设计：用窗函数法设计F I R 数字滤波器等针对本科二年级学生的特点，这些实验由 浅入深，循序渐进，利
4、用例题程序的详细介绍，使学生逐步地掌握M A T L A B 的编程方法。 同时，我们在数字信号处理实验中注意将M A T L A B 软件应用与D S P 硬件实验系统结合起来，编写 了数字信号处理实验教材。准备在学校内使用修改后正式出版。 二、在教学方法和手段改革方面，充分利用计算机辅助教学 在教学方法和手段方面：我们开发研制了M A T L A B 辅助分析设计软件和电路、信号与系统实验系 列教学课件。用于教学后，受到学生普遍地好评。 l ，研制开发了“信号系统及数字信号处理实验辅助分析和设计”软件系统 开设有关M A T L A B 使用实验，目的是通过这些实验来加深学员对电路、信号与
5、系统重要理论的理 解，拓宽学员的知识面，激发他们的学习积极性和创造力。但是，本实验课程的时效有限，为在有 4 5 - 电子高等教育学会2 0 晰年学术年台论史集 限的时间内选劐最好的毂学效果。我们使用W A T L B 中的 G U I 研制开发了“信号、系统爰教宇信号处理实验辅助 分析孵设计系统该软件包括：连续信号和离散信号 及其频谱分析：系统的频响特性；系统的暂志响应：系 统的冲擞响应和阶跃响应；系统的零状态响应；信号的 分解与合成；I I R 数字滤波器辅助设计；F I R 数字滤波器 辅助设计等内容。在这个“T L B 辅助分析和设计软件 中，我们将各种典型信号和典型电路都列入可选项，
6、且 各种参数均可由实验者进行管改，显示窗口给出田形和 数据结果圈l 为该系统辅助设计F I R 蕺字滤波器的情 况 露笋黪蓥逐要蚕4 囊剽嘲黧：二 斓一鬟! = “ 学生在有跟的上机时间内直接使用这些软件，可以观察电路、信号与系统中一些有趣的现象。 如：交流电路中的相量关系，信号的分解与合成，常用的离教信号及其频谱以及辅助设计数字滤 波器等使用该软件可队观察到用传统实验所不易观察的现象，激发了学生的学习兴趣，加深了学 生对信号与系统课程中重要理论的理解，扩展了知识面。 2 、开发耕作了。电路、信号与乐坑实验系列教学课件。 在教学方法上多年来实验教学主要采用的是教员根据胶片投髟示固讲谭，然后实际
7、操作揎示。 为了更充分利用计算机投影等先进的电教手段，生动形象地表现实验设备的原理、使用厦实验操作 的方法我们选择A u t h o r w a = r e 与F l a s h 配合，制作了电路、信号与系统实验系列教学课件主要分 为四大部分：电路分析实验； 信号与系统实验； 姒T L B 辅助分析实验；常用电子测量仪器 的原理与使用图文并茂，且运用了动面 利用电路、信号与系统实验系列教学谭件，可以将讲解和演示的功能合而为一，即利用计算机 动面演示某一操作的全过程同时这一演示可以由教员讲课时进行，也可咀由学生自行观看，反复 的次数没有限嗣，具有报大的灵活性。 耍誓譬d 睡2 将万用电寰申联蒲量
8、支路电藏 对一些操作中比较容易出现错误的地方，我们重点 制作动面来讲解操作要点。啦到了茛好的效果。例如。 如何测量直流电路中的电流对于初次接触实验同学来 讲，往往容易出错观看了课件后如图2 显示使用万 用电表涮量电路中电流的情况，再出问题的人数就大大 减少丁。又如，双踪示波器的工作原理比较复杂，运用 谋件可以形象地表现波形合成、触发扫描、交替或断续 显示等原理。以及电压幅度、周期、相位差的测量方法 学员反映出撮大的兴趣增强了实验鼹的鼓果 三、在教学硬件配I 上开发研制功能完善的实验系统 配合新的电路、信号与系统实验室和数字信号处理实验室的建设，我们通过多方调研、方案论 电子高等教育学会2 0
9、嘶年学术年舍论文集 证、搭试实验电路、反复售改方案最终确定了 一些比较完善的实验箱制作方案 1 、研制开发了。电路信号与系境鳞洽实 验葙。 根据电路、信号与系统实验课程改革的总体 要求和内容，我们先后设计制作了两种型号的 。电路、信号与系统综合实验箱”，为电路，信 号与系统实验教学体系剖造了良好的硬件环境 能够满足开设我校现有的所有电路、信号与系统 实验内窖如：万用电表的使用；等效电路厦其 圈3 麸宇信号娃理( D S P ) 与通信应用宴壁麓 参教的测定：运算放大墨和受控电源；交流信号渡形的观察与测试；正弦稳态电路的研究；R c 电路 频率特性的测试：互感耦音电路的研究；R L C 串并联谐
10、振电路：负阻抗变换器及其应用：徽分积分 及补偿分压器电路的设计等等同时，该实验箱可以用于设计和开发新实验。使用可靠方便灵话 2 研制开发T 。数字信号处理( D S ? ) 与通信应用实验葙” 我们先后研制的T l I S 3 2 0 C 2 5 为核心和T g S 3 2 0 C 5 4 0 2 为核心数字信号处理实验硬件系统采用开 放式的系统设计思想，尽可能开放所有的资源供实验者使用。既能用于本科生、研究生的数字信号 处理实验教学，也可用于科研人虽0 6 P 处理器指令系统和硬件仿真功能的学习。特别是T $ 3 2 0 C 5 4 0 2 为核心实验系统，采用液晶屏显示，除了可以在P c
11、机上通过仿真嚣对系统进行访问外还能通过串 行口对其进行访问。不仅能开设数字信号处理实验，还具备开设D S P 芯片原理、现代通信技术实验 的能力 考虑到在使用D S P 硬件系统开设数字信号魁理实验时，D S P 的原理课程还没有对本科生开设 学生掌握的重点应该是使用硬件系统来进行数字信号的处理，理解鼓字信号处理理论而不是掌握 D s P 的原理和簧琐的汇编语言编程同时在信号与系统课程中，学生已经有了一定的M A T L A B 基础 目前需要进一步加深理解。我们设计了一套将g A T L B 与D S P 结合在一起实现数字系统的实验。主 要有：用姒T L A B 进行信号频谱分析：实时信号
12、的频谱分析；滤波墨的幅频特性：用g A T L A B 设计I I R 数字滤波墨；用g A T L A B 宙函数 去设计F I R 滤波嚣；在线数字滤波嚣的实现婷。 这些实验不需要本科生掌握D S P 汇编语言( 或C 语言) 程序的编写和调试过程例如设计一 个数字滤波嚣可以由学生自行编写产生滤波器系数的I L T L A B 程序也可以由我们提供的辅助设计 软件来产生滤波嚣系敦然后将g A T L A B 生成的数据文件与已经编好的滤波器通用的D S P 程序进行 汇编、链接。产生二进制文件；将二进耐文件调入D S P 硬件系统，即可实现这个数字系统学生通 过实际测试，观察这个数字系统实
13、现的情况，根据数字信号处理的理论来分析实验结果，使他们不 但增加了软件方面的知识，又籀触丁硬件在软件和硬件结台的基础上，初步了解了一个数字系统 实现的全过程 结衷语 从使用情况来看，教师和学生普遗蓐觉电路，信号与系统以及数字信号处理实验课程体系完整 电子高等教育学会2 0 0 6 年学术年会论文集 教学内容丰富。将经典的电路、信号处理理论和现代的实验手段结合在一起，使学员通过实验课程， 了解了常用的实验设备的原理与使用，掌握了电子测量方面的基本知识和技能，训练了实际动手操 作的能力。同时也学习了新的计算机软硬件使用，开阔了思路，为今后的学习打下了良好的基础。 4 8 参考文献 【1 】楼顺天、李博菡编著基于M A T L A B 的系统分析与设计一信号处理，西安电子科技大学出版社 【2 】陈怀琛M A T L A B 及其在理工课程中的应用指南) ) 西安：西安电子科技大学出版社，2 0 0 0 【3 】张雄伟、曹铁勇编著D S P 芯片的原理与开发应用，电子工业出版社 【4 】张志涌编著精通M A T L A B 5 3 版本，北京航空航天出版社
