基于MATLAB的《数字信号处理》试题库设计.doc
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1、目 录引 言31 基于MATLAB的数字信号处理试题库的设计61.1试题库系统的概况61.2系统设计目标61.3主要功能61.4本文的主要工作72 设计方案选择82.1设计平台选取82.2试题选择方案论证92.2.1方案优缺点92.2.2方案比较选择93 试题库系统开发环境的简介113.1MATLAB简介113.2 GUI模块介绍124系统设计过程134.1系统设计方法134.2系统界面设计174.2.1欢迎界面设计174.2.2主界面设计204.2.3试题知识点选择界面设计234.2.4试题界面设计264.3 GUI控件设计304.3.1控件分类和功能304.3.2控件的View Callb
2、acks设置325运行效果分析365.1运行效果365.2问题分析39结论41致 谢42参考文献43沈阳大学毕业设计(论文) 沈阳大学毕业设计论文 - 3 -摘 要据了解,我国百所高校中已有一小部分具有供学生学习使用的试题库系统。沈阳大学信息工程学院通信工程专业还未建立起学生专用的题库系统。为使我院学生更好的利用教学资源提升自身能力,在指导老师的建议下,本人决定设计学生专用的题库系统。本设计采用MATLAB图形用户界面(GUI)功能设计了欢迎界面、主界面、选择界面、答题界面等,在这些界面上灵活合理的使用了静态文本、编辑框、列表框、滚动条、按钮、单选按钮、按钮组、坐标轴等控件,利用控件的回调函数
3、设置操作的行为效果,本设计还利用MATLAB的m文件编辑了和习题相对应的矩阵,这些矩阵用于传递习题的属性值,在题库系统的初始化时则要导入这些矩阵。除此之外,本题库系统现有3类习题,如有需要,可随时扩充题库。本设计是基于MATLAB的数字信号处理的教学题库系统,使用简单,易于上手。该题库系统采用人机友好的图形用户界面,能通过人机交互的更深入的学习数字你信号处理并且能够不断的提高学生的理论能力。关键词:数字信号处理;题库系统;MATLAB;GUI;回调函数;矩阵;沈阳大学毕业设计(论文) No. 44 AbstractAs we all know, there has been a little
4、part of hundred colleges posses question bank system for student to learn in China. The communication engineering department of information engineering institute in Shenyang University has not established a student dedicated question bank system. To make the best use of resources and enhance their t
5、heoretical ability, the author decides to design a student dedicated question bank system under the teachers suggestion.This design uses MATLAB graphical user interface (GUI) to design a welcoming interface, the main interface, selection interface, question interface and so on, properly on these int
6、erfaces using such as static text, edit boxes, list boxes, scroll bars, buttons, radio buttons, button group, axes and other controls, the use of the controls callback function setting operation behavioral, this design edit matrices corresponding with questions by MATLAB m-file. These matrices are u
7、sed to transmit the property values of questions. When the question bank initializes,the developer should input matrices into system. In addition to this, the question bank system possess 3 types questions,it could be expanded anytime when needed.This DSP question bank system is designed based on MA
8、TLAB, which is easy to operate. Through the human-computer interaction, students could study digital signal processing deeper and improve their theoretical capacity constantly.Keywords: digital signal processing; system; MATLAB; GUI; callback function; matrix引 言“数字信号处理”是通信工程专业的特色课程,是学生必须掌握的学科之一,它包含奈
9、奎斯特采定理、DFT、FFT、IIR、FIR、DTFT、离散时间信号与系统等知识点,运用到的数学内容也相当广泛,包括微积分、概率论等内容。学生在学习数字信号处理这门课程时不仅需要有扎实的数学基础还要有丰富的想象能力,对于不同类型的信号进行准确的分析。1这门课程的重要性可想而知,现如今国内多所顶尖的大学已具有自发设计的数字信号处理题库系统,这对学生们学习有着极大的帮助,不仅简化了学生学习的过程,也降低的教师授课的难度。学生在学习这方面的内容的时候,往往对其中的基本理论和分析方法掌握不透彻。为此,部分学校设计了题库系统,以帮助学生通过反复练习增强理论解题的能力,帮助学生更好地理解和掌握数字信号处理
10、中的基本理论和分析方法,激发他们学习的兴趣,从而达到良好的教学效果。数字信号处理环节在教学过程中是非常重要的,题库系统平台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,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。2MATLAB的GUI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题库系统,该系统将MATLAB软件和数字信号处理练习题结合,将数字信号处理的内容融入进去,形成了新颖的计算机教
11、学方式。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。3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面。4本题库系统以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。它涵盖了奈奎斯特采样定理、DFT、FFT、IIR、FIR、DTFT、离散时间信号与系
12、统等知识点的习题,涉及的知识点相当广泛。通过这个题库系统,能够增强学生们做题的兴趣,把枯燥无味的纸质习题系统化的展示给学生们,同使用者的互动更是增强了学生解决理论问题的能力,加深了学生对数字信号处理课程中许多抽象的理论的认识,使得原先课程中较难的习题被学生们更多的练习。该题库系统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。在许多学校的相关专业,数字信号处理都被列为专业必修课。但是,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。所以可以利用MATLAB友好的人际交互界面,涵盖
13、知识点范围广习题数目足的题库系统,达到帮助学生更好的掌握数字信号处理理论知识的目的。1 基于MATLAB的数字信号处理试题库的设计1.1试题库系统的概况目前,多所优秀的综合性大学已经建立了完善的题库系统。各机构也都根据自己所承担的职能建立起了大型题库。沈阳大学通信系还未建立起合格的试题库系统,因此建立完善的试题库系统对未来开展学生的教育工作有着至关重要的意义,同时也有利于提高沈阳大学的教学水平。因此,建立高质量、大容量的现代化题库成为必要。纸质试题虽直观形象,但是不易保存、灵活性不强,更难于复制传播,而题库系统恰好弥补的纸质试题的不足,因此纸质试题到现在的试题库系统是一个必然的趋势,本设计的目
14、的就是为了通过题库中的习题增强学生的理论能力。1.2系统设计目标(1)利用MATLAB的GUI模块设计题库系统的交互界面;(2)各个界面间切换流畅,能够正常运行;(3)题库分类检索无误;(4)界面设计美观、人性化;(5)题库系统可扩展、可后期改良。1.3主要功能主要功能包括题库界面的选择、切换,基本题型分为选择题、填空题、解答题三类,满足学生对不同题型的练习需求。选择题与填空题的设计可以在提交答案后立即做出答案的判断,用可视化的交互式界面实现不同题型间的切换,界面上的文字说明可以帮助使用者了解本图形界面的基本功能,指导使用者的操作。整套系统采取图文并茂、循序渐进、以感性到理性的方式帮助学生们练
15、习DSP的解题能力。1.4本文的主要工作本文主要是针对以MATLAB为软件平台的数字信号处理的题库系统的设计,用MATLAB语言编程开发一个适合学生使用的解题界面平台,方便学生学习使用。具体的工作主要有:(1)了解MATLAB环境下的GUI功能、实时音频采集处理方式等;(2)总体方案设计(界面设计&主要知识点考核设计);(3)利用MATLAB的GUI功能完成界面设计;(4)利用MATLAB的实时功能完成与大纲一致的各个知识点的考核试题设计任务;(5)完成界面和各考核知识点相关子函数的连接;(6)运行验证(结果分析)。2 设计方案选择2.1设计平台选取在各式各样的编程语言中C语言、JAVA、MA
16、TLAB、VB都可以进行题库系统的设计,但是对于前两者而言,需要录入大量的程序段,设计过程比较复杂,对于通信专业的学生,编程能力一般,因此,更倾向与选择专业数学图像处理软件MATLAB,MATLAB的GUI模块可以直接拖拽需要使用的控件,进行交互界面的设计,而代码可以自动生成,使设计简化了许多。 对于各种控件的功能则可右击打开View Callbacks,根据需求的不同,编辑代码实现不同的功能。因为MATLAB的这一功能相对C语言和JAVA来说对于我们更容易实现,掌握。而且MATLAB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来解决问题要比用C,FO
17、RTRAN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。5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权衡多方面利弊,最终本设计选择MATLAB作为我们最终的设计平台。2.2试题选择方案论证2.2.1方案优缺点方案一:按题型分类优点:形象直观、设计美观、逻辑性强缺点:试题选择关系过于简单方案二:知识点分类优点:易于有针对的复习每一个知
18、识点缺点:试题类型比较杂乱方案三:按章节分类优点:同教科书安排课时一致,便于边学边用缺点:不够系统、没有针对性2.2.2方案比较选择三个方案相比,方案三最不具优势,建立题库系统的初衷就是为了提高学生们的理论答题能力,而方案三恰恰是最不利于同学们复习的分类,方案一和方案二各有优缺点,方案一易于设计者设计,但是逻辑关系简单,因此使用起来感觉会很低级,方案二突出了试题设计的目的,所以决定将方案一和方案二结合,在通过不同题型选择的基础上再次按知识点分类,这样既符合设计的逻辑性,又利于同学们对这门课程的学习。2.3系统设计结构系统设计结构框架:欢迎界面主界面解答题填空题选择题填空题检索界面选择题检索界面
19、解答题检索习题tk习题xz习题jd图1 系统设计结构图上图为此题库系统的设计结构流程,此次设计中,首先做好欢迎界面、主界面、填空、选择、解答界面的设计,然后依据各层界面之间的关系依次做好链接。3 试题库系统开发环境的简介3.1MATLAB简介MATLAB是矩阵实验室(Matrix Laboratory)的简称,MATLAB为一套高性能的数值分析和计算软件,是MathWork公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化数学软件。7它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体,特别是具有的数字信号处理软件包,可以分方便地进行数字信号处理封面的有关运算、系统设计和仿真。8它在数学类科技应用
20、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。9时至今日,经过MathWorks公司的不断完善,MATLAB已经发展成为适合多学科,多种工作平台的功能强大的大型软件。在国外,MATLAB已经经受了多年考验。在欧美等高校,MATLAB已经成为线性代数,自动控制理论,数理统计,数字信号处理,时间序列分析,动态系统仿真等高级课程的基本教学工具;成为攻读学位的大学生,硕士生,博士生必须掌握的基本技能。10在设计研究单位和工业部门,M
21、ATLAB被广泛用于科学研究和解决各种具体问题。在国内,特别是工程界,MATLAB一定会盛行起来。可以说,无论你从事工程方面的哪个学科,都能在MATLAB里找到合适的功能。113.2 GUI模块介绍MATLAB的GUI编程可以用两种方式实现,一是直观的GUI设计工具GUID,二是利用M文件在代码构建界面,即M文件界面设计12。在GUIDE设计环境中,需要用到的工具有属性编辑器,控件布置编辑器、菜单编辑器、对象浏览器、网格标尺设置编辑器以及GUI应用属性设置编辑器等。13GUI设计既可以以基本的MATLAB程序设计为主,也可以用鼠标利用GUID工具进行设计,也可以综合以上两种方法进行设计。144
22、系统设计过程4.1系统设计方法在各界面的设计之前,先要收集足够的习题资源和解答,作为一个智能的题库系统,如何将试题按题型、知识点准确的分类并且从题库中检索出符合要求的习题是这次设计重点要解决的问题。为了解决好这个问题,就要利用强大的数学处理软件MATLAB中的矩阵。这里先以填空题为例,填空题共8题,因此在Excel中先做出示每题属性示意表格,表格的行向量对应的是题目的知识点,列向量是题数。选择题的Excel示意表格如表1所示:表1 选择题对应知识点属性值奈奎斯特采样定理110100100DFT110000000FFT000001000IIR000010000FIR001000000离散时间信号
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