基于MATLAB的数字信号处理与仿真.docx

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1、摘要数字信号处理在大专院校的通信类及电子类专业中是一门非常重要的基础课程, 具有内容抽象，学生不容易掌握的特点1。另一方面，教师在讲授主要些内容时也不方便。针对教学中存在的这种问题，为了方便教师授课和学生学习，使抽象的内容形象化，提高学生的学习兴趣，本文以MATLAB作为开发平台，设计了基于MATLAB的数字信号处理虚拟实验仿真平台，改变了传统的实验方式 ,将数字信号处理的实验内容集中在一个平台上，操作简单方便，结果直观准确。MATLAB开放的环境、功能极强的图形绘制、各种工具箱及其简单易学的特点，使系统开发简单、快捷2。本系统采用友好的GUI界面设计,用简洁的文字、丰富的画面将抽象的内容展现

2、在学生面前,提高了学生的学习积极性和主动性。关键字:数字信号处理；实验平台；MATLAB；GUIAbstract:Digital Signal Processing in the universities and colleges of communication and electronics professional is a very important foundation courses, with abstract students is not easy to grasp. On the other hand, teachers lectured content is not e

3、asy. Teaching, in order to enable teachers to teach and students to learn to visualize abstract content, improve students interest in learning, this paper as a development platform of MATLAB, MATLAB-based digital signal processing virtual experiment platform is designed change the traditional experi

4、mental methods, the contents of the digital signal processing experiments concentrated on a single platform, easy to operate, intuitive and accurate results. MATLAB open environment, highly functional graphical drawing, various toolbox and its easy to learn the characteristics of the system developm

5、ent is simple and fast. The system uses a friendly GUI interface design, using simple language, rich picture abstract show in front of students, improve students learning enthusiasm and initiative.Keyword: Digital signal processing; experimental platform; MATLAB; GUI目录第1章 绪论31.1课题的背景31.2国内外研究现状31.3课

6、题主要研究内容研究意义3第2章MATLAB基础知识32.1 MATLAB 简介32.2 MATLAB语言的发展历程和影响32.3 MATLAB的特点32.4 MATLAB的工作环境3第3章MATLAB在数字信号处理教学中的应用33.1 MATLAB的应用现状33.2 MATLAB在数字信号处理教学中的应用33.3 在数字信号处理教学实验中应用MATLAB 的意义3第4章 数字信号处理虚拟实验仿真平台设计的必要性和可行性34.1增加 MATLAB 内容的必要性和可行性34.1.1 必要性34.1.2可行性34.2 用MATLAB做数字信号处理虚拟实验仿真平台的优点34.2.1 数字信号处理课程实

7、验的教学现状34.2.2 强大的作图功能使抽象的概念一目了然34.2.3利用现代化的教学手段, 增强教学效果3第5章 基于MATLAB的数字信号处理虚拟实验仿真平台的实现35.1 界面的设计方法35.1.1 基于MATLAB的数字信号处理虚拟实验仿真平台主界面35.2 基于MATLAB数字信号处理实验设计实例36 结论3致谢3参考文献3第1章 绪论1.1课题的背景当今，数字信号处理（DSP：DigtalSignalProcessing）技术正飞速发展它不但自成一门学科，更是以不同形式影响和渗透到其他学科；它与国民经济息息相关，与国防建设紧密相连；它影响或改变着我们的生产、生活方式，因此受到人们

8、的普遍关注。数字化智能化和网络化是当代信息技术发展的大趋势，而数字化是智能化和网络化的基础，实际生活中遇到的信号多种多样，例如广播信号、电视信号、雷达信号、通信信号、导航信号、射电天文信号、控制信号、气象信号、遥感遥测信号等等数字信号处理是一门非常重要的课程，它利用傅立叶变换和Z变换等数学方法，阐述了离散信号的特性和时域离散系统，通过对IIR 和DIR 滤波器的设计，分析了数字信号处理的实现方法。它可以采用像MATLAB这样的软件设计多媒体课件，而利用MATLAB 强大的数值计算和信号处理功能 ,可以很方便地得到设计结果,并能直观地分析和比较滤波器的各项性能指标以及各种设计方法的优劣,为学生理

9、解算法和简化运算带来了极大的方便3。数字信号处理是一门以算法为核心的理论性很强的学科，许多理论都基于比较抽象和繁琐的推论和推导，本科学生学习这门课程具有一定的困难，所以实验显得尤为重要。目前我校的数字信号处理课程共48学时，其中10学时MATLAB软件编程实验，对理论进行验证，可帮助学生理解与掌握课程中的基本概念, 基本分析方法, 提高学生的动手能力, 科研能力和创新能力4。1.2国内外研究现状随着科学技术的发展 ,传统的教学媒体如黑板教科书承载信息的种类和能力都十分有限 ,远远满足不了现代教学的需要.另一方面学生理解和接授知识时感觉枯燥、难度大.计算机技术的飞速发展和MATLAB软件的推出，

10、为了提高教学效果，激发学生的学习兴趣，降低成本，本文基于MATLAB设计了一套数字信号处理虚拟实验平台，以实验为依托，设计了与实验内容配套，与课程教学相结合，将实验内容融入教学。国外在若干年前，就开始把交互式软件MATLAB用于数字信号处理的教学，采用易学易用、功能强大的系统开发平台作为计算机辅助教学软件。目前，我国数字信号处理教学辅助软件已经不少，但是大多采用的VB、VC或使用FLASH动画实现，而采用MATLAB自身的图形用户界面设计，取得了良好的效果，但数字信号处理实验平台在设计过程中还有许多不尽完善的地方，学生实验复杂，还容易出错，实验设备损坏率较高。1.3课题主要研究内容研究意义MA

11、TLAB是美国Math works公司开发的新一代科学计算软件,是一套高性能的数值计算和可视化软件,功能强大,编程简单,开放性强,广泛应用于计算机辅助分析设计、仿真、数据处理等领域,是当今国际上公认的在科技领域方面最为优秀的应用软件和开发环境。在欧美各高等院校,已经成为应用线性代数、自动控制理论、数据统计、数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真、图像处理等高级课程的基本教学工具。数字信号处理是20世纪60年代以来, 随着大规模集成电路和计算机技术的发展而迅速发展起来的一门新兴学科。它以精度高、灵活性大、可靠性强、易于大规模集成等优点在通信、雷达、地震、声纳、遥感和生物医学等领域得到了越来越广

12、泛的应用。它不仅是电子信息、通信类专业的主干课程, 也是工科学生受益较多的一门课程。数字信号处理研究的是用数字的方法, 正确快速地处理信号提取各类信息。该课程的特点是理论性强, 涉及到的数学理论、公式很多, 知识面非常广泛, 既讨论理论问题, 又讨论理论的应用。数字信号处理是应用最快、成效最显著的重要的科学之一，广泛的应用在通信、控制、生物医学、遥测遥感、地质勘探、航空航天、自动化仪表等领域，国内外众多高校都开设了这门课。我校除电子信息科学与技术专业开设这门课外，计算机、通讯、自动化都都相继开设了数字信号处理课程。在数字、电子、金融等行业，使用matlab等计算机软件对产品进行设计和仿真已经成

13、为了一种趋势，同时也提高了设计人员在通讯、电子等行业的产品设计质量与效率5。众所周知，实际过程中信号传输都要经过调制和解调这一过程，由于消息传过来的原始信号即调制信号具有频谱较低的频谱分量，这种信号在许多信号中不宜传输。因而，在通信系统中需要有调制过程，反之在接收端需要有解调过程。数字信号处理是近几十年发展最快的学科之一，该技术一直应用于转换、产生模拟或数字信号，应用最为频繁的领域是信号的滤波。第2章MATLAB基础知识2.1 MATLAB 简介MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及

14、非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。MATLAB和Mathematica、Maple、MathCAD并称为四大数学软件。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。MAT

15、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等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB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6。图2.1（MATLAB开发工作界面）2.2 MATLAB语言的发展历程和影响MATLAB名字由MATrix和LABora

16、tory两词的前三个字母组合而成。那是20世纪七十年代后期的事：时任美国新墨西哥大学计算机科学系主任的Cleve Moler教授出于减轻学生编程负担的动机，为学生设计了一组调用LINPACK和EISPACK库程序的“通俗易用”的接口，此即用FORTRAN编写的萌芽状态的MATLAB。经几年的校际流传，在Little的推动下，由Little、Moler、Steve Bangert合作，于1984年成立了MathWorks公司，并把MATLAB正式推向市场。从这时起，MATLAB的内核采用C语言编写，而且除原有的数值计算能力外，还新增了数据图视功能。概括地讲，整个MATLAB系统由两部分组成，即M

17、ATLAB内核及辅助工具箱，两者的调用构成了MATLAB的强大功能。MATLAB语言以矩阵为基本数据单位，包括控制流语句、函数、数据结构、输入输出及面向对象等特点的高级语言，它具有以下主要特点：1）运算符和库函数极其丰富，语言简洁，编程效率高，MATLAB除了提供和C语言一样的运算符号外，还提供广泛的矩阵和向量运算符。2）既具有结构化的控制语句（如for循环、while循环、break语句、if语句和switch语句），又有面向对象的编程特性。3）图形功能强大。它既包括对二维和三维数据可视化、图像处理、动画制作等高层次的绘图命令，也包括可以修改图形及编制完整图形界面的、低层次的绘图命令。4）功

18、能强大的工具箱。工具箱可分为两类：功能性工具箱和学科性工具箱。5）易于扩充。除内部函数外，所有MATLAB的核心文件和工具箱文件都是可读可改的源文件，用户可修改源文件和加入自己的文件。2.3 MATLAB的特点（1）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

19、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

20、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）强大的科学计算机数据处理能力MATLAB语言简洁紧凑，使用方便灵活，库函数极其丰富。有高性能数值计算的高级算法，特别适合矩阵代数领域；MATLAB程序书写形式自由，利用起丰富的库函数避开繁杂的子程序编程任务，压缩了一切不必要的编程工作。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

21、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

22、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7。（5）应用广泛的模块集合工具箱功能强大的工具箱是MATLAB的另一特色。MATLAB包含两个部分：核心部分和各种可选的工具箱。核心部分中有数百个核心内部函数。其工具箱又分为两类：功能性工具箱和学科性工具箱。功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能，图示建模仿真功能，文字处理功能以及与硬件实时交互功能。功能性工具箱用

23、于多种学科。而学科性工具箱是专业性比较强的，如（control、signal proceessing、commumnication） toolbox等。这些工具箱都是由该领域内学术水平很高的专家编写的，所以用户无需编写自己学科范围内的基础程序，而直接进行高，精，尖的研究。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

24、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

25、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。2.4 MATLAB的工作环境所谓工作环境是指：帮助系统、工作内存管理、指令和函数管理、搜索路径管理、操作系统、程序调试和性能剖析工具第3章MATLAB在数字信号处理教学中的应用3.1 MATLAB的应用现状目前,发达国家高等院校的工科类学生都把MATLAB作为必修课, 实验室通常都配备

26、装有MATLAB的计算机供学生学习和研究使用。学生的许多作业都可以在计算机上完成,这些硬条件为许多课程的教学带来了极大的灵活性和便利性。而我国工科类的教学还未能充分利用MATLAB强大功能,现有的MATLAB书籍大都作为计算机应用工具书出现,未能与具体学科的教材有机地结合起来MATLAB的函数和命令几乎可以实现C或FORTRAN语言的全部功能,用户不懂C或者FOR2TRAN等高级语言也能开发出功能强大、界面友好、稳定可靠的程序来,开发周期大大缩短。若用户熟悉C或FORTRAN ,MATLAB提供了相应的接口,允许相互调用,因此MATLAB具有较好的开放性。MATLAB 产品族可以用来进行以下各

27、种工作：（1）数值分析；（2）数值和符号计算；（3）工程与科学绘图；（4）控制系统的设计与仿真；（5）数字图像处理技术；（6）数字信号处理技术；（7）通讯系统设计与仿真；（8）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、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。3.2 MATLAB在数字信号处理教学中的应用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

28、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，MATLAB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

29、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

30、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。3.3 在数字信号处理教学实验中应用MATLAB 的意义MATLAB包括拥有数百个内部函数的主包和三十几种工具包。工具包又可以分为功能性工具包和学科工具包。功能工具包用来扩充MATLAB的符号计算，可视化建模仿真，文字处理及实时控制等功能。学科工具包是专业性比较强的工具包，控制工具包，信号处理工具包，通信工具包等都属于此类。MATLAB实现了给定参数信号波形生产、DTFT频谱分析、FIR、IIR滤波器等功能。系统提供了参数滤波器分析功能，学生可以通过自己输入滤波器参数的方式查看该参数下滤波器的频率特性，从而增强学

31、生对滤波器工作过程的理解。 第4章 数字信号处理虚拟实验仿真平台设计的必要性和可行性数字信号处理是电子通信类相关专业的一门重要专业基础课程, 是本科生后续课程和研究生课程的基础, 它在专业课程体系中占有重要地位. 该课程的主要任务是通过对数字信号处理理论知识的学习,培养学生对数字信号处理系统的分析和设计能力、工程实践能力和创新能力.课程的特点是:内容丰富、理论性强、涉及知识面广、信息量大、更新发展快,而且比较抽象,习题多、难度大,是具有一定深度和学习难度的课程,学生感到难学,教师难教.显然面对这样一门课程,沿用传统的“课堂讲授+验证性实验”的教学方法是无法解决问题的.必须更新观念,建立一套包括

32、理论讲授、计算机辅助教学、实践教学在内的全方位的课程教学新体系,充分调动教师和学生两方面的积极性,利用各种教学方法和手段,全面提高课程的教学质量.4.1增加 MATLAB 内容的必要性和可行性4.1.1 必要性数字信号处理是一门技术基础课,需要将所学得理论应用到实践中去。有必要从一开始就让学生以简单的MATLAB语言学习用计算机如何建模，如何分析和设计函数等 ,以强化数字信号理论的应用性，另一方面,MATLAB强大的可视化数据处理功能也能够弥补数字信号处理理论课程授课时数的不足。例如 ,在数字信号处理理论课程中常采用各种图形进行分析,这些图形需要分析、计算、描绘点等过程,常常要花费不少的时间。

33、如果采用MATLAB语言只需一条指令立刻就可以得到8。举例如下：对于定义在离散域的函数，卷积定义为:,通过MATLAB编程就可以实现两个函数a,b进行卷积，卷积在MATLAB中的调用命令是conv(a,b)。a=input(Type in the first sequence =);b=input(Type in the second sequence =); %输入参数a,bc=conv(a,b); % a,b进行卷积M=length(c)-1; %M的长度n=0:1:M; % n的取值范围disp(output sequence =);disp(c) %显示输出数stem(n,c) %画离

34、散序列数据图xlabel(Timeindex n); ylabel(Amplitude); %X表示抽样时间指数，Y轴表示幅度在上面的程序中输入a=1,2,3,b=4,5,6 。a,b进行卷积所得结果如下：图4.1 卷积结果对于a=1,2,3与b=4,5,6的卷积可以通过手算得到结果:运算如下1 2 3* 4 5 6 6 12 185 10 15+ 4 8 12 4 13 28 27 18手算的结果与MATLAB所得结果一样，证明用MATLAB做的结果是对的，并且MATLAB得到的结果更直观，更生动，更快捷，不需要花费时间。实践证明,由于教学内容直观性增强了,教材中的理论和公式更易于理解,教学

35、质量明显提高。学生学会使用MATLAB语言之后,也能很容易地利用它绘制出各种图形,有利于更好地理解数字信号处理的基本原理和核心概念。增加MATLAB语言内容,可以促进数字信号处理理论的教学,提高学生兴趣,增强学生自己动手分析、设计系统的能力，而且老师在课堂可以直观的演示使抽象的理论变成生动的图形界面，而且还可以对系统的稳定性进行分析使学生对于这门课程有一个全新的认识。总之 ,这将利于培养出知识面广、动手能力强、综合素质高的学生。4.1.2可行性MATLAB语言可在目前的各种类型的计算机上运行,安装简易。MATLAB语言比一般的高级语言(如C、FORTAN等)执行效率低,而其编程效率与可读性、可

36、移植性要远远高于其他高级语言。将MATLAB加入到实验教学中，一方面让学生用简单的MATLAB语言学习用计算机如何建模如何分析和设计系统等以强化原理的应用性，另一方面MATLAB强大的可视化数据处理功能也可以弥补课程授课时的不足以减少教师绘图表的麻烦和不精确，还可避免传统理论教学中教师在黑板画图耗费时间及手工画图的不精确性。在课程中增加MATLAB语言内容可以促进电子信息工程的教学提高学生兴趣增强学生自己动手分析MATLAB设计系统的能力，MATLAB这将有利于培养知识面更广,动手能力更强，综合素质更高的学生，数字信号处理理论教学与MATLAB语言有机的结合是电子信息领域发展的潮流也顺应了通信

37、与电子信息专业学生专业立足点高，知识更新，综合素质更突出的要求，因此在数字信号处理基础课程中增加MATLAB内容不仅使学生掌握了理论教学的内容同时也教学生一些应用理论的手段9。4.2 用MATLAB做数字信号处理虚拟实验仿真平台的优点4.2.1 数字信号处理课程实验的教学现状数字信号处理课程是我校信息学院计算机专业学生的必修课程,它主要介绍离散信号与离散系统分析的基本理论,离散傅里叶变换、快速傅里叶变换和数字滤波器的设计、数字信号处理的实现等内容。通过本课程的学习,要求学生掌握数字信号处理的基本理论、基本方法、基本技能,为今后学习和应用数字信号处理技术奠定理论基础。数字信号处理课程的许多的理论

38、需要繁琐的数学推导,容易使学生感到乏味,为了这门课程的理论学习,需要用实验教学的方法来帮助学生理解课程的内容。目前该课程的实验教学基本上有以下几种形式：一种是要求学生利用高级编程语言自己编程实现,另一种是利用数字信号处理的开发装置通过DSP(Digital SingnalProcessons)的硬件系统来实现。根据我校学生的实际情况,大多数学生的高级语言编程能力并不是很强,再说本课程教学的重点并不在于提高学生的软件编程能力,而是要求学生掌握数字信号处理的基本概念、基本方法、基本技能。因此第一种方法在我校不适合,即便是有些熟练编程的同学对这种需要大量时间和精力的编程也是敬而远之。利用数字信号处理

39、的开发装置通过DSP的硬件来实现,要求学校具有较强的经济基础购置大量的设备和DSP芯片等,这种形式也是不适合我校的。于是我们就利用现有的软件MTALAB来实现,设计了基于MTALAB数字信号处理课程的实验教学。4.2.2 强大的作图功能使抽象的概念一目了然数字信号处理课程学习离散信号频域分析，离散富里叶变换快速算法解决信号分析问题，数字滤波器的设计原理和实现方法，信号谱分析的基本方法，概念抽象,公式多,学习起来难度比较大。MATLAB强大的绘图功能使得用图形来验证理论结果不再是一件繁琐的事情,直观、方便。时域分析法、频域分析法及状态空间分析法用MATLAB均能实现。4.2.3利用现代化的教学手

40、段, 增强教学效果教学硬件设施的不断加强和完善,为把计算机作为教学媒体引人课堂提供了条件,在课堂教学进行的过程中,适时地穿插应用计算机进行演示教学,用简洁的文字、丰富的画面、逼真的动画以及声音等形象直观地呈现在学生面前,不仅提高了学生学习本课程的兴趣,还使得一些比较抽象的概念和过去教学过程中学生反映难以理解和掌握的内容,通过生动、形象的方法向学生阐明,使学生更容易理解和掌握.第5章 基于MATLAB的数字信号处理虚拟实验仿真平台的实现5.1 界面的设计方法5.1.1 基于MATLAB的数字信号处理虚拟实验仿真平台主界面考虑到需要解决数据传递问题和编写一些算法，在GUIDE中很难实现，而用m文件

41、可以生成非常复杂的界面，可以容易实现在不同窗口尺寸下给对象以合适的位置，同时文件创建的对象，可以方便的在handle中存取数据，因此本主界面的GUI是通过M脚本文件实现的10。利用M函数文件制作GUI，程序如下：h0=figure(toolbar,none,. menu,none,. color,0,1,1,. Visible,on, Resize, off,. NumberTitle,off, HandleVisibility, on, . position,198 56 800 500,. name,基于matlab的数字信号处理虚拟实验仿真平台);h1=axes(parent,h0,.

42、position,0.24 0.46 0.7 0.5,. visible,on);f=uicontrol(parent,h0,. style,frame,. position,5 2 90 455);f_23=uicontrol(parent,h0,. style,frame,. position,100 10 660 200);p1=uicontrol(parent,h0,. style,pushbutton,. position,110 160 40 40,. string,绘图,. callback,. m=str2num(get(e1,string);,. n=str2num(get(

43、e2,string);,. a=get(l1,value);,. x=m:0.1:n;,. if a=1,.plot(x,sin(x),.end,. if a=2,. plot(x,cos(x),. end,. if a=3,. plot(x,exp(x),.end); p2=uicontrol(parent,h0,. style,pushbutton,. position,700 10 40 40,. string,关闭,. callback,close);p3=uicontrol(parent,h0,. style,pushbutton,. position,160 160 140 40,

44、. string,MATLAB基本操作,. callback,jibencao);p4=uicontrol(parent,h0,. style,pushbutton,. position,320 160 140 40,. string,离散信号的时域运算,. callback,shiyanyi);p5=uicontrol(parent,h0,. style,pushbutton,. position,540 160 190 40,. string,因果离散线性系统时域分析,. callback,shiyaner);p6=uicontrol(parent,h0,. style,pushbutto

45、n,. position,110 110 190 40,. string,DTFT变换的性质及应用(略),. callback,. );p7=uicontrol(parent,h0,. style,pushbutton,. position,320 110 160 40,. string,Z变换的性质及应用(略),. callback,);p8=uicontrol(parent,h0,. style,pushbutton,. position,540 110 210 40,. string,离散时间系统的频域分析(略),.callback,); p9=uicontrol(parent,h0,. style,pushbutton,. position,110 60 180 40,. string,DFT变换的性质及应用,. callback,shiyansan); p10=uicontrol(parent,h0,. style,pushbutton,. position,320 60 220 40,