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1、基于MATLAB的信号与系统实验仿真系统设计-连续信号分析模块 摘要本文利用MATLAB可视化编程语言开发了一套“信号与系统”实验仿真系统，对实验系统的开发背景、开发平台软件作了简要介绍。该系统界面友好，操作简单，参数设置方便，输出结果准确直观，为“信号与系统”实验提供了一种新的实现手段。软件虚拟实验必将成为该课程实验教学的发展方向。信号与系统是电子信息类专业的专业基础课程，由于信号与系统是一门很抽象，理论和实践结合较紧密的学科，因此实验教学在课程教学中占有十分重要的地位，本文基于MATLAB设计并实现了一套信号与系统试验系统。引言 信号与系统课程是一门实用性较强、涉及面较广的专业基础课，是高
2、等学校电子信息、计算机技术、自动控制等专业的一门重要的必修基础课，在许多学校都被列为重点课程，具有十分重要的地位和作用。该课程是将学生从电路分析的知识领域引入信号处理与传输领域的关键性课程，对后续专业课起着承上启下的作用。该课程的基本方法和理论大量应用于计算机信息处理的各个领域，特别是在通信、数字语音处理、数字图像处理、数字信号分析领域的应用更为广泛。因此，让学生掌握对信号与系统进行分析的基本方法和理论，无论是今后专业课的教学，还是学生毕业后从事专业工作的能力，都具有重要的意义。在目前的教学工作中，信号与系统的教学主要是考虑课堂上重点讲授基本理论知识要点，但是信号与系统是一门以数学推导为核心的
3、理论性很强的学科，其概念比较抽象，数学计算又比较繁琐并且较少开设实验。长期以来信号与系统一直采用“教师黑板学生”的单一教学模式，学生仅依靠做课后习题来巩固和理解教学内容，对课程中大量的应用性较强的内容不能实际动手设计、调试、分析，使学生的课后实践受到相当大的限制，严重影响和制约了教学效果。为了帮助学生理解与掌握课程中的基本概念、基本原理、基本分析方法以及培养学生综合应用所学知识解决实际问题的能力，特引入功能强大的Matlab仿真语言， 在此基础上设计了基于Matlab软件平台仿真环境的课程实验系统。该系统对于帮助学生完成数值计算、信号与系统分析的可视化建模及仿真调试起到了积极的推动作用。“信号
4、与系统”课程的特点是概念抽象，数学运算量大、公式和理论推导相对较多，因此“信号与系统”一直处于教难、学更难的境况中，这就更加需要通过实验来帮助学生理解这些抽象概念。由于信号与系统实验所需的设备价格较高，实验难度较大，许多学校都因不具备实验条件而放弃了实验课程的开设，极大地影响了教学效果。近年来，随着计算机硬件性能的不断提升和计算机软件技术的飞速发展，利用计算机进行实验系统仿真成为一种趋势。用软件来对实验系统进行仿真有以下几个优点：(1)实验成本低，且实验器材的选择余地大；(2)易于实现较为复杂的实验过程；(3)实验所需时间较少，实验效率高；(4)便于记录和分析实验过程和实验结果。【关键词关键词
5、：数字信号处理；教学实验系统；MATLAB；GUIAbstractWith the continuous development of information technology,digital signal processing has become a very important subject and technology field。It has widely applicated in the communication, audio and image, remote sensing, biological engineering. The core content of di
6、gital signal processing, mainly is the signal transmission and processing, identification and so on. When the signal system is a carrier of information, information processing. Therefore, in order to better research signal and system of basic theory and method, help students better understand and ma
7、ster of digital signal processing theory knowledge, in the experimental process by MATLAB, the platform for computer-aided design.MATLAB algorithm is used to develop, data visualization, data analysis and numerical calculation of the advanced technology and the interactive language environment. As a
8、 powerful scientific computing platforms, it almost to satisfy all computing requirements. As for simulation and program design and visualization of generality demand has increased, emphatically improve the MATLAB graphical user interface, greatly satisfy the needs of the users.GUIDE of matlab is a
9、quick development enviroment.A graphics user interface for a teaching experiment software of digital signal process has been designed and implemented.Integrating DSP experiments,a new computer aided instruction mode is derived throught this system which combing matlab and multimedia.Being active and
10、 this interface is friendly and open,this system is beneficial for the students to comprehend DSP theory and improves the teaching effect and efficiency.Key words: digital signal process; teaching experiment; Matlab; graphics user interface目录第一章 引言1.1概述1.2基于matlab的信号与系统试验平台1.3研究意义1.4本文的主要工作第二章 系统分析2
11、.1引言2.2需求分析2.3可行性分析2.4系统主要目标及功能2.5 小结第三章 方案选取3.1引言3.2界面工作的选取3.3模拟信号实验的软件工具选择3.4方案选择第四章 开发运营环境4.1系统开发环境和运营环境4.1 开发语言和开发工具介绍第五章 系统软件平台的设计5.1 引言5.2系统整体框架5.3系统设计步骤5.4系统模块5.5生成可执行文件5.6小结第六章 系统测试6.1引言6.2测试背景6.3测试结果6.4小结第七章 结论致谢参考文献附录第1章 绪论1.1 课题研究的背景及意义“数字信号处理”在电子信息专业中是一门很重要的课程，它涉及的知识广泛，包括微积分、概率论、信号与系统等。学
12、生在学习这方面的内容的时候，通常感觉比较抽象，对其中的基本理论和分析方法难以具体地理解和掌握。为此，很多学校安排了实验课程，借助一些优良的软件平台（如MATLAB等）来解决这一实际问题，帮助学生更好地理解和掌握数字信号处理中的基本理论和分析方法，激发他们的学习兴趣，从而达到良好的教学效果。1.2 教学实验系统简介 数字信号处理实验环节在教学过程中是非常重要的，实验有助于学生理解和掌握所学的理论。MATLAB是用于算法开发、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。作为强大的科学计算平台，它几乎满足所有的计算要求。随着对仿真和程序设计通用性及可视化需求的日益增加，MATLA
13、B着重改善了图形用户界面的制作，极大地满足了用户的需求。 MATLAB的GUID是专门用于图形用户界面的快速开发环境，本文利用该工具设计教学实验系统,该系统将MATLAB软件和多媒体硬件结合，将数字信号处理的实验内容融入进去，形成一种新的计算机教学实验方式。该系统的形象直观，总体界面友好，具有开放性，便于学生对所学理论知识的理解，大大提高教学的效果和效率。现在大多数高校都借助于MATLAB进行辅助教学，MATLAB语言是一种非常适合信号分析与处理的语言，它的使用对学生理解数字信号处理中的许多基本理论起到极其重要的作用。MATLAB具有强大的图形用户界面生产能力，用户可以根据自己的需要设计图形界
14、面。本实验系统以MATLAB为开发平台，保证了该系统具有一定的通用性，它采用图形交互的界面，不仅可以用于实验教学，也可以用于辅助理论教学，操作起来非常方便，形象直观。它开发了基本信号的产生，常用序列的计算，傅里叶变换，滤波器的设计等MATLAB辅助分析与设计实验。通过这个实验系统，可以将数字信号处理课程中许多抽象的理论知识形象地表示出来，使得原先实验中较难观察到的现象以及繁琐的设计计算等，都能较简单的解决。该实验系统为学生提供了一个形象而全面的演示，激发学生的学习兴趣，加深学生对数字信号处理课程中理论知识的理解。1.3 设计的目标任务在许多高校的相关专业，数字信号处理都被列为专业必修课。但是，
15、它涉及的知识广泛，包括微积分、概率论、信号与系统等。学生在学习这方面的内容的时候，通常感觉比较抽象，对其中的基本理论和分析方法难以具体地理解和掌握。目前，我校的数字信号处理课程总共48个学时，其中有6个实验学时，要想在这么短的时间内让学生较好地掌握数字信号处理的理论知识，这是比较困难的，所以可以利用MATLAB友好的人际交互界面，制作出形象、开放的教学实验系统，以此达到帮助学生更好的掌握数字信号处理理论知识的目的。第2章 数字信号处理与开发环境的简介2.1 数字信号处理的简介随着信息技术的高速发展，信息时代和数字世界悄然到来，数字信号处理已成为一门重要的学科和一个极其重要的科学领域。它被广泛地应用于电子信息工程、通信工程、语音、图像、自动控制、雷达、遥感和生物工程等众多领域。数字信号处理是把信号用符号或者是数字的形式表示成序列，通过通用（专用）信号处理设备或计算机，用数值计算的方法进行各种处理，它的目的是对真实世界的连续模拟信号进行测量或滤波，达到提取有用信息并加于利用的效果，例如检测、变换、增强、参数提取、频谱分析等。数字信号处理系统具有以下一些明显的优点：（1）精度高。模拟网络的精度由元器件决定，模拟元器件的精度很难达到10-3以上，而数字系统
