中国科 技 论 文 统计 源 期 刊 中 国科技核 心 期 刊
实
验
技
术
与
管
理
,
现 代 教 育技 术
基于
的数字 信号 处 理 实验 仿 真 系 统 的实现
李
强
,
明
艳
,
陈 前斌
,
,
冬
洁
扣
重 庆 邮 电 学院 通 信 学 院
重庆
摘
要 针对 数 字信 号 处 理 课 程 的 特点 和
,
软件 在 可 视化 编 程 和 数 值 计算 的 优 势
,
,
开 发 出一 套能 辅 助
。
《 字 信 号 处 理 》教 学 的 实 验 仿真 系 统 数
关键词
既 能丰富老 师 的教 学 手 段 编程
文 章编号
又 能提 高学 生 学 习 质量
一 一
数 字 信 号处 理
〕
仿 真系统
文 献标识 码
中 图分类号 厂
阅
,
,
一
,
,
骊
,
侧 场
,
,
,
’
叨
,
叮
切 。八如
,
。
数字 信 号 处理是 应用 最快
学之一
测遥感
’
, ,
、
成 效 最 显 著 的新 科
、
可 以 采用 像
这样 的 软 件 设 计 多 媒 体课 件
广 泛地 应 用 在通 信 地址勘探
、
、
控制
、
生 物 医学
、
遥
、
航空航天
自动 化 仪 表 等 领
,
工 具简 介
是
域 〔 〕 国 内外 高 校 都 为 相 关 专 业 的 学 生 开 设 了 这
公司于
, ,
年 推 出 的一
门课 程
。
我 校 除通 信 电子 信 息 类 的 专 业 外
、
计算机
、
套 高性 能 的 数 值计 算 和 可 视化 软 件
经过
多年
科 学 与技 术
光 信 息 科 学 与技 术
、
、
地 理 信 息 系统
的 发 展 和 各 个领域 的专 家 的 共 同努 力
如 今它 己集
,
信 息安全 课程
式
、
、
生 物 医 学 工程
测 控技术 与仪 器 等 专 业
数值 分 析 体
集
,
、
、
矩 阵运 算
、
、
信号处 理 和 图形显示 于 一
诸 如模 糊
图像 处 理
、
都在 教 学 计 划 中 相 继 设 置 了 《数 字 信 号 处 理 》
。
形 成 了 用 于 各个 领 域 的 工 具箱 函 数
神经 网 络
、
小 波分析
, ,
、
控 制 系统
“
、
数字 信 号 处 理 》课 程 的 特 点 是 概 念 多 《
性 质 的 推导 和 证 明 繁 琐
, , ,
,
公
系 统辩 识
, ,
信 号处 理 等
。
其 强 大 的扩 展 功 能为各个 被誉 为
站在 巨人肩上
可 用 来 管理各
还 需 《信 号 与 系统 》
等相 关课 程 的 基 础
程之一
。
被公认 为 大学 课 程 中最 难 的 课
领域 的应 用 提 供 了 基 础 , 〕 的工 具
引人 了
学 生 对 上 课 内容 的 理解 往 往跟 不 上 老 师授 种窗 口
, ,
桌面
,
,
课 的 进 度 现在 很 多 大学教 师 在课 堂 上 采 用 了 多媒 体教 学 多 媒 体授 课具 有 教学 信 息 量 大 信 息 传 递
,
有助 于 提 高 工 作效 率
,
消除 了 各 种 版本 中
。
文 本 编 辑器 的 差 异
提高运 算速 度
,
制作 工 具
便捷
、
交 互性 较 强
、
感官 刺激 效果 好等特 点
,
。
得 到 了 极 大 的 改 进 和 扩展 补 充
,
使得 图 像 制作 更 加
对 于讲授 《 数字 信 号处 理 》课程 的老 师 来 说 要 提高 学 生 对 这 门课 的认识
简便
,
图 像 质 量 也有 很 大提 高 比如 产 生 波形
,
、
。
可 从 丰 富 教 学手 段 人
,
由于
在 数 字信号 处 理 领 域 有 着 巨 大 的
手
,
除 了 考 虑 制作 具 有 动态 效 果 的幻灯 片 之外
一
一
还
优势
卷积
,
抽样
、
与
碑 变换
, ,
、
、
收 稿 日期 作 者简介
修 改 日期
一
一
滤 波器 设 计 等 都 可 以 很 容 易 地 实现 开发
。
特别是
本
李强 向
一
,
男
,
湖南 人
,
硕士
,
副教授
,
研究 方
视频 压 缩 编 码 与传 输
的推 出 随着 盯 系 统 的设计 采 用
这 种 应 用 变 得更 为广 泛
实
一
验
技
术
与
管
理
个系 统 的 框 架
型
,
块 间 的 调用 关 系 如 何
一一
系 统 结构 的设 计
实 验 仿 真 系 统 结构
, ,
—一
一
一 一一
设置
函数
,
一
。
中选择 所需 的控 件
保存 并 编 程
属性
,
中最重 要 的是
,
一
,
一
再 对 每 个 控 件 的 属性 进行
,
这 里 需要 注 意 的是
属 性设 置
”
控件 的
“
】
回调
开 发 一 个 系统
首 先需 要 建 立 一 个 原 型
。
即整
,
,
因 为 编 程 基本 上 都是 对
“ ”
。
控
它反 映 系统 的体 系结构
,
建立 原
件进 行
若其
属 性设 置 不 好 将 不 能实
,
需 要 确定 系统 的体 系 结 构 由哪 些 模 块组 成 需要 哪些 全局变量 等
, ,
模
现 对 它 进 行 编程
。
通过
界 面 设计 好 后
,
需 要 对 一 些控 件 进 行 编码
,
以
分析
系
。
,
设计 出 如 图
所 示 的 系统结 构 图
。
图 中每 个
实 现相 应 的 功 能 简单
, ,
。
采用
语 言 进 行 编 程 比较
。
方 框代表一 个 图形 用 户 界 面
箭头 表示 调 用关
下 面 介绍各个基本模块 的 功 能
工 许 多 地方与 语言 相 似 且 由于 可 直接 调用 函 数 就 可 实现 具箱 的 开 发 许 多 功 能
限 于篇 幅
,
这 里 不 作 具 体介 绍
。
仿 真 系 统的 测 试 和 演 示
测 试 也 是 系统 开 发 中一 个 重 要 的 环 节
,
检查 系
统 能 否 正 常运 行
、
模 块 间 的调 用 是 否 正 确 以 及 能 否
。
实 现用 户 预 期 的要 求
中的 错 误 作 及 时 修 改
沁波器设计
生成法波器
通 过 测 试 能 够 对 隐藏 在 系统
,
使 系统 更加完善
。
在 系统 开
,
注波器 设 计
发过程 中
,
对每 一 个 开 发好 的 模 块均 进 行 了 单 元 测
下 面介
,
窗函数的选择
试
,
在 模 块 组 装 成 系 统 时进行 了集 成 测 试
即性 能测 试
。
绍 系 统确认 测 试 【
和演示过程
看
演示 模块 块
矩 形 窗
布 莱 克
受
汉 宁
窗
哈 明 窗
其 是 否 完成 了 预 定 的 功 能
信 号 产 生 模块 所示
, ,
在
个 动 态 文 本框 中输 人 参数值可 任选
频率 为
和
,
窗
正 弦信 号 的 幅 度 和 频 率参 数 值
如图
信号
频率为
幅度 为
,
,
信号 按
产
“
饱
不
澳
不
迪
刀不
迪
不
幅度 为 钮
,
点击
”
在 对 应 的 坐 标轴 上 显 示 该 信 号 点击
“
点击
,
图
系 统结构 框 图
生 叠加 后 的信号
按钮
可 进人
抽
样 模块
信 号产 生 模块
” 。
根 据用 户 输 人 的参数
,
,
如
幅度 和 频 率
,
产 生 两 个 正 弦信 号
。
对 这 两 个正 弦 信
号叠 加 生 成要 处理 的模 拟 信 号
抽样模 块
根 据 用 户设 置 的抽 样 频 率 对 模
,
拟 信号在 时域 上进行 抽样 频 谱演 示 模块 进行 谱 分析
,
产 生 一 时 域 离 散 信号 用
,
。
” 对 时域 离 散 信 号
。
用来 显 示 信号 的 频 谱 图
雄 波 器 生成 模块
器
,
根 据 用 户 输 人 的截
。
止频 率 和 衰 减 指 标 设 计 出 巴 特 沃 斯 数 字 低 通 滤 波
并 显 示 出 滤波 器 的 幅度 特性 和 相位 特 性 曲线
刃
魂波 器 生 成模 块
、
根 据输 入 的 窗 口 长
度和 截止 频 率 用 窗 函数 法 设计 供 选择 的 窗 函 数 有 矩 形 窗
汉 宁窗等
。
数 字 滤 波器
、
,
可
、
图
信 号产 生 模块
布莱 克 曼 窗
哈曼窗
抽样 模 块
时 间间隔值
,
在如图 秒
,
的 文 本框 中输 人 抽 样
,
实 验 仿真 系 统 的 实 现
抽样 频 率为
对叠 加
“
按 照 系 统结 构 框 图 的要 求
用户界面
,
需 制作 巧 个 图形
。
的 模 拟 信 号 进 行 等 间隔 抽 样
的信号
”
,
点 击按 钮
。
抽 样后
且 要 满 足 模 块 间 的调 用关 系
先 在 每个
产生 一 个时域 离散信号
从显示结果
李
强
,
等
,
基于
的数字 信号 处 理实 验仿 真 系 统 的 实 现
。
看
,
对 模拟 信 号 每 秒抽取 了
“
”
个点
结果 正确
” 。
点
击
按钮
,
进人
‘
性 成 滤 波 器 模块
图
谁 波器演 示 模块
图
抽样模块
《
刃
生 成 滤 波器 模 块
、 。
输人窗 口 长度
。。 二 。
,
仿真 系 统 根 据 截 止 频 率 和 选 定窗 函 数 可 以 设 计 出
在 文 本 框 中输 入 窗 口 长 度 为
,
及 生 成 滤 波器模 块
在 文本 框 中 输 人 数
对应 的 低 通 滤 波 器 点
,
字低 通 滤 波 器 指 标
对
、
通带截止 频率
下同
,
、
截止频率为
所示 的
,
点击
“
矩形 窗
。
”
按钮 滤波
二
进 行 归一 化
,
,
阻带 截 止频 率
、
就可生成 图
。
。
低通滤 波器
、
在
。
通 带 最 大 衰减
阻带最 小 衰减 按钮
“
,
“
器 演示 模 块 中
同时 显示 出 设 计 出 的滤 波 器 的单 位 衰减 特 性 幅 频 和 相频特性 设计
。
一
点击
“
“
生 成滤波 器
,
”
产生一个 所
” 。
取 样响 应 波 形
、
数 字 低 通 滤 波器
示
。
其 幅频 和 相频 特 性 曲线 如 图
按钮
,
出 的滤 波 器特性 一 目了 然
点击
, ’
进人
演示 模块
图 图
刃
滚波器特性演 示 模块
滤 波器 生成 模块
滤 波器滤 波演 示模块
《 模块
”
对
滤波
演 示 模块 进 行 滤波
,
此模块 可 演 示 整个 滤波 过程
“
,
器 滤 波效 果 的演示
,
滤 波 的对 象 采 用 了 医 学 上 人
它将 抽 样 模 块 产 生 的 离 散 信 号 通 过
滤波器生成
体心 电 图 信号
高频 干 扰
用 信息
。
,
,
该 信 号 在 测 量 过 程 中受 到 了 工 业 低 通 滤 波器后
“
,
并 显 示 出 滤 波前 后 的 时 域 离 散
,
通过所设计 的
,
滤
信号 和 滤波 前 后 信 号 的频 谱 图 截取 序 列 前
后 序列 的 模 值 示
, ,
如图
所示
,
。
通过
除 了 高频 干 扰
心 得 到 能 够 作 为 少 析心 脏 功 能 的 有 所示 的
点作
对 信 号 作谱 分析
。
,
求变 换
所
点击 图
滤波
,
”
按钮后
,
,
心电
显 示 出信 号 的 幅 度 谱
,
如图
图 信号 滤 波 前 后 的 时 域 信 号 和 频 谱 如 图
所示
。
滤 波 前信 号 有 对称 的两条 主 谱 线
对 应 模 拟 信号 频 率 为
分别对 应 滤
滤 波前 信 号 序 列 幅 度 起 伏 较 大
不规则
存在高
波 前 时 域离散信 号 的两个频 谱 分 量 器
了
,
通 过低 通 滤 波
频干 扰
用
。
,
滤 波后 信号 幅度 平 滑
。
,
起 到 了滤 波 的作
的频谱分 量被 滤 除
。
从 信 号 滤 波前 后 的 频 谱 图 域 的 比 较 也 可 得 出
下转第
。
滤 波前 后 在 频 谱 图 中 主 谱 线 两 边 产 生 很 多 旁
是 由 于 对 序 列 截断 引 起 的谱 间干 扰
类 似结 论
瓣
,
页
头
—一
一
一
担
仅
木
匀
官
理
一一
共 同解决 问 题
《
,
才 能 成 功地 完 成 实验
提 商学 习 兴 趣
,
给学 生 充分 的 自由度 以 实 现学 生 兴趣
佳配 置
料
,
学生学 习热情高
。
确定 解 决 方法
实验教学 体 会 与 总 结
在 设 计综合 性 实验 时 教 师 多交流
、
,
一
、
,
。
实验 题 目 的 宏 观 约 束 小
自主
、
一
,
能 力 等 的最
积极地查 阅资
一
成
,
混 流 装 配 综合性 开 放 实验 得 以顺 利成 功地 完
与 系 领 导 的 重视 和 支 持 是 分 不 开 的
一一
,
一
。
结束 语
通 过 混 流 装 配 综 合 性 开 放 实 验 的顺 利 实施
,
取
得 了 一 定 的 效果
受到 了 学 生 的广泛赞 誉
, ,
,
实验 既
锻 炼 了 学 生 综 合 运 用知 识 的 能 力
团 队 精神 和 协 作 能 力 习 打 下 了 良好 的基 础
,
也 提 高 了学 生 的
实 验指 导 教师 要 与任课
,
创 新 意 识 和 创造 性解决 问 题 的 能力
。
培 养 了学 生 的
多沟 通
,
、
多 讨论
,
此外 也要 了解实 验
。
为 他 们后 续 的学 习和 企 业 实
学 生 的 知识 背 景
出
。
以 便 明 确 实 验 方 案 和 实施 手 段
,
对 于 学 生 不 了解 的 知识点 先 要 明 确实验 的教学 目的
不 是 一 味地 示 教 的 原 因而 搞
“
。
需要 在 实验 指导 书 中指
对 于 综合 性 开 放实验 的指 导
,
实验指 导 教 师 首
,
参考 文 献
【
齐二 石
,
针 对性地 进 行指 导
。
,
而
刘子先 丰 田 生 产 方式 及其应用 仁
一
企 业 管理
,
要 鼓 励学 生 探 索 和 创新
”
,
综 合性 开 放实验 的 成绩
一刀切
、
不 能 由于 分 组
、
人多
比如
张 「 〕 守魁 综 合性开放实 验
要 综 合全 面 地 考 虑
、
。
堂
实 〕 验技术 与管理
,
,
—
学 生 素质 教 育 与能 力 培 养的好 课
,
一
李 〔〕 军 【
贵文 龙
,
吕春梅
《生 产计划 与控 制 》课程教学 的改 革
,
混流 装 配 实验从 以 下 几 个方 面 对 学 生 进行评 价
实
、
与实践 桂林 电 子工业 学 院学报
仪只
,
一
验 的预 习 准 备 工 作
正 式报告
、
现 场 的表现
。
实验 预 习 报 告
陈杰 工 业 工 程 本 科 教 学 实验 体 系研 究 【
实验室研 究 与探
个 人 总 结 的 内容等
索
,
,
以科
,
,
一
以 往 过 多 的 实验 内容 均 是 在计 算 机 上 进 行 的
」 晓英 杨
马伟
,
李 济顺
,
等 现 代工 业 工 程 教学 实验 系 统 的 规
自然 科 学 版
,
对 于 混 流装 配 综 合 性 开 放实验
兴 趣 和 积 极性 的主 观能动 性
,
,
学 生 表 现 出极 大 的
。
,
划设计 〔
一
河 南科 技 大 学 学 报
抖
,
表 明这 种 实验 形 式 是 值 得 肯 定 的
变 被 动 学 习 为 主 动学 习
。
徐 」 建一
,
冉 凡 英 可 编程 程 序 控 制 器 引 人 电 工 学 教 学 的体 会
,
应 该 多 提 供学 生 自己 动手 的 机 会 和 场所
,
发 挥学 生
实 」 验技术 与管理
以拼
,
一
上接 第
页
“
滤 波 器 演示 模块
,
”
,
演示 用
对 序 列 谱分析
,
的频谱 图
观 测 截 断效 应 中 的谱 间 干 扰 和 泄漏 现 象 在 讲数 字滤 波 器 的设 计 时
、
并分 析 原 因
根据 不 同
。
的 截止 频 率 和 衰减 值 设 计 出对 应 的
滤波 器
选
择 不 同的窗 函 数
的
窗 口 长 度 和 截 止频 率设 计 出不 同
滤波 器
。
,
,
并 显 示滤波 器 的 幅 度 和 相 位 特 性 等
。
等
这 个 系 统 的 演 示 可 把 该课 程 的 大 部分 内容 联 系
起来
使学 生 对各个 章 节 的 内容能 融 会 贯 通
,
学生
得 到 这 个软 件
置不 同 的参数
也 可 在 自己 的微机 上 运 行
,
通 过设
,
设计 不 同类 型 的 滤波器
,
对 不 同信
号 进行 滤 波
圈
,
观 测 并 自己 分 析 波形 特性
。
渝 波 前 后时域 波 形 圈和 颇谱 圈
参考 文 献 《
丁玉 美 仁〕
,
高西 全 数 字 信号处 理 【
李博苗 基 于
西安
西安 电 子 科 技 大
实 验仿 真 系统 对课堂 教 学 的帮 助
本 系 统可 使 用 在 《 字 信 号 处 理 》整 个 教 学 数
过程 中
“
。
学 出 版社
楼 【 〕 顺天
、
,
记曲 的 系 统 分 析 与 设 计 〔
,
西安
西 安 电子 科 技 大 学 出 版社
王 〔 」 艳芬
,
比如
,
讲 解 信 号 的 抽样
序列 的概 念 时
时
,
,
史良
,
王刚 基于
软件 环 境 的 《 字 信 号 处 数
, ,
可 使 用 信 号 产 生 模 块 和 抽 样 模块作 演 示
在 讲授 用 通过调用
理 》课 程 新实验 开 发 【 了 实 验 技 术 与管 理
一
对信号进行谱分析 内容
”