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Matlab的数字信号处理实验仿真系统的实现_图文

Matlab的数字信号处理实验仿真系统的实现_图文

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
EXPERIMENTAL TECHNOLOGY
AND

Vol|23

No.5

MANAGEMENT

MAY.2006

现代教育技术

基于Matlab的数字信号处理实验仿真系统的实现
李强,明艳,陈前斌,蹇洁
(重庆邮电学院通信学院,重庆 400065)

摘要:针对数字信号处理课程的特点和Matlab软件在可视化编程和数值计算的优势,开发出一套能辅助 《数字信号处理》教学的实验仿真系统,既能丰富老师的教学手段,又能提高学生学习质量。 关键词:数字信号处理;仿真系统;Madab编程
、‘

中图分类号:7I鸭11

文献标识码:B

文章编号:10024956(2006)05—0081.03

Implementation of DSP Experiment Simulation System Based
LI

on

Matlab

Qiang,MING

Yan,CHEN

Qian—Bin,JIAN Jie

(Chongqing University

of Posts and

Telecommunications,Chongqing,400065,China)

Abst“Ict:Based

on

t|le characteristic of

D培ital


Signal Processing of experiment impmve

course

and the advantage 0f MATLAB’
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Visual

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data

calculation,
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simulation system of DSP which quality of student in manab
as

help auxiliary

teaching.The system Key

increase teaching means, ppocessing;simulation

study

well.

words:d诤脚8ignal

system;p}o弘m

数字信号处理是应用最快、成效最显著的新科 学之一,广泛地应用在通信、控制、生物医学、遥 测遥感、地址勘探、航空航天、自动化仪表等领

可以采用像Matlab这样的软件设计多媒体课件。


MaUab工具简介
Matlab是Mathworks公司于1982年推出的一

域u1,国内外高校都为相关专业的学生开设了这
门课程。我校除通信电子信息类的专业外,计算机 科学与技术、光信息科学与技术、地理信息系统、 信息安全、生物医学工程、测控技术与仪器等专业

套高性能的数值计算和可视化软件,经过20多年
的发展和各个领域的专家的共同努力,如今它已集

数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一 体,形成了用于各个领域的工具箱函数,诸如模糊
集、神经网络、小波分析、控制系统、图像处理、

都在教学计划中相继设置了《数字信号处理》
课程。

《数字信号处理》课程的特点是概念多,公 式、性质的推导和证明繁琐,还需《信号与系统》 等相关课程的基础,被公认为大学课程中最难的课
程之一,学生对上课内容的理解往往跟不上老师授 课的进度。现在很多大学教师在课堂上采用了多媒

系统辩识、信号处理等,其强大的扩展功能为各个
领域的应用提供了基础,被誉为“站在巨人肩上 的工具’’‘2|。
Matlab

6.x引入了Matlab桌面,可用来管理各

种窗口,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。GuI制作工具

体教学,多媒体授课具有教学信息量大,信息传递
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
简便,图像质量也有很大提高。 由于Matlab在数字信号处理领域有着巨大的 优势,比如产生波形、抽样、DFT与FFvI’变换、 卷积、滤波器设计等都可以很容易地实现,特别是

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,可从丰富教学手段人
手,除了考虑制作具有动态效果的幻灯片之外,还
收稿日期:2005—08—06修改日期:2005一“.25

作者简介:李强(1968一),男,湖南人,硕士,副教授,研究方

随着S胛OOL的推出,这种应用变得更为广泛,本
系统的设计采用Matlab开发。

万 向:视频压缩编码与传输.   方数据

实验技术与管理

2系统结构的设计
2.1实验仿真系统结构

GUI中选择所需的控件,再对每个控件的属性进行 设置,保存并编程。这里需要注意的是,属性设置 中最重要的是pushbutton控件的“callback”(回调

开发一个系统,首先需要建立一个原型,即整
个系统的框架,它反映系统的体系结构。建立原 型,需要确定系统的体系结构由哪些模块组成,模

函数)属性,因为编程基本上都是对pushbutton控
件进行,若其“callback”属性设置不好将不能实 现对它进行编程。 界面设计好后,需要对一些控件进行编码,以 实现相应的功能。采用Matlab语言进行编程比较 简单,许多地方与c语言相似,且由于SPTOOL工 具箱的开发,许多功能可直接调用函数就可实现。 限于篇幅,这里不作具体介绍。

块间的调用关系如何,需要哪些全局变量等。通过 分析,设计出如图1所示的系统结构图,图中每个
方框代表一个图形用户界面GUI,箭头表示调用关 系。下面介绍各个基本模块的功能。

3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。通过测试能够对隐藏在系统 中的错误作及时修改,使系统更加完善。在系统开 发过程中,对每一个开发好的模块均进行了单元测 试,在模块组装成系统时进行了集成测试,下面介 绍系统确认测试(即性能测试)和演示过程,看 其是否完成了预定的功能。 (1)信号产生模块在4个动态文本框中输入 正弦信号的幅度和频率参数值(参数值可任选), 如图2所示,信号1幅度为1,频率为1 Hz;信号 2幅度为2,频率为2 Hz,点击plot 1和plot 2按

钮,在对应的坐标轴上显示该信号;点击plot 3产
图1系统结构框图

生叠加后的信号;点击“next”按钮,可进入“抽 样模块”。

(1)信号产生模块根据用户输入的参数,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。 (2)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,产生一时域离散信号。 (3)频谱演示模块用FFT对时域离散信号

进行谱分析,用来显示信号的频谱图。 《4)IIR滤波器生成模块根据用户输人的截
止频率和衰减指标设计出巴特沃斯数字低通滤波 器,并显示出滤波器的幅度特性和相位特性曲线。 (5)FIR滤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FIR数字滤波器,可 供选择的窗函数有矩形窗、布莱克曼窗、哈曼窗、 汉宁窗等。 2.2实验仿真系统的实现 按照系统结构框图的要求,需制作15个图形 用户界面,且要满足模块间的调用关系。先在每个 万   方数据 f2)抽样模块在如图3的文本框中输入抽样 时间间隔值0.125秒(抽样频率为8 Hz),对叠加 的模拟信号进行等间隔抽样,点击按钮“抽样后 的信号”,产生一个时域离散信号。从显示结果
图2信号产生模块

万   方数据

114

实验技术与管理

共同解决问题,才能成功地完成实验。
(5)提高学习兴趣实验题目的宏观约束小, 给学生充分的自由度以实现学生兴趣、能力等的最 佳配置,学生学习热情高,自主、积极地查阅资 料,确定解决方法。

混流装配综合性开放实验得以顺利成功地完
成,与系领导的重视和支持是分不开的。

5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,也提高了学生的 创新意识和创造性解决问题的能力,培养了学生的 团队精神和协作能力,为他们后续的学习和企业实 习打下了良好的基础。 参考文献(References):
[t]齐二石,刘子先.丰田生产方式及其应用[J].企业管理, 1998(3):37?38.

4实验教学体会与总结
在设计综合性实验时,实验指导教师要与任课 教师多交流、多沟通、多讨论,此外也要了解实验
学生的知识背景,以便明确实验方案和实施手段。 对于学生不了解的知识点,需要在实验指导书中指 出。对于综合性开放实验的指导,实验指导教师首 先要明确实验的教学目的,针对性地进行指导,而 不是一味地示教。要鼓励学生探索和创新。 综合性开放实验的成绩,不能由于分组、人多 的原因而搞“一刀切”,要综合全面地考虑。比如 混流装配实验从以下几个方面对学生进行评价:实 验的预习准备工作、现场的表现、实验预习报告、 正式报告、个人总结的内容等。 以往过多的实验内容均是在计算机上进行的, 对于混流装配综合性开放实验,学生表现出极大的 兴趣和积极性,表明这种实验形式是值得肯定的。 应该多提供学生自己动手的机会和场所,发挥学生 的主观能动性,变被动学习为主动学习。

[2]张守魁.综合性开放实验——学生素质教育与能力培养的好课
堂[J].实验技术与管理,2002,19(4):72—74. [3]李军,贵文龙,吕春梅.《生产计划与控制》课程教学的改革 与实践.桂林电子工业学院学报,2004,24(4):124—127. [4]陈杰.工业工程本科教学实验体系研究[J].实验室研究与探 索,2004,23(5):9—10. [5]杨晓英,马伟,李济顺,等.现代工业工程教学实验系统的规 划设计[J].河南科技大学学报(自然科学版),2004,25
(2):17—20.

[6]徐建一,冉凡英.可编程程序控制器引入电工学教学的体会 『J].实验技术与管理,2004,24(1):103.105.

(上接第83页)

“]IR滤波器演示模块”,演示用FFT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

并分析原因;在讲数字滤波器的设计时,根据不同
的截止频率和衰减值设计出对应的IIR滤波器。选 择不同的窗函数、窗口长度和截止频率设计出不同 的FIR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,也可在自己的微机上运行,通过设 置不同的参数,设计不同类型的滤波器,对不同信 号进行滤波,观测并自己分析波形特性。
图7滤波前后时域波形图和频谱图

参考文献(References):
[1]丁玉美,高西全.数字信号处理[M].西安:西安电子科技大

4实验仿真系统对课堂教学的帮助
本系统可使用在《数字信号处理》整个教学 过程中。比如,讲解信号的抽样、序列的概念时, 可使用信号产生模块和抽样模块作演示;在讲授用 “DFT对信号进行谱分析内容”时,通过调用 万   方数据

学出版社,2001. [2]楼顺天,李博菡.基于Matlab的系统分析与设计[M].西安: 西安电子科技大学出版社,1998. [3]王艳芬,史良,王刚.基于Maflab软件环境的《数字信号处 理》课程新实验开发[J].实验技术与管理,2002,19(3):
6l一63.

基于Matlab的数字信号处理实验仿真系统的实现
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数: 李强, 明艳, 陈前斌, 蹇洁, LI Qiang, MING Yan, CHEN Qian-Bin, JIAN Jie 重庆邮电学院,通信学院,重庆,400065 实验技术与管理 EXPERIMENTAL TECHNOLOGY AND MANAGEMENT 2006,23(5) 9次

参考文献(3条) 1.丁玉美.高西全 数字信号处理 2001 2.楼顺天.李博菡 基于Matlab的系统分析与设计 1998 3.王艳芬.史良.王刚 基于Matlab软件环境的<数字信号处理>课程新实验开发[期刊论文]-实验技术与管理 2002(03)

相似文献(10条) 1.学位论文 李凯 WINDOWS平台下高速数字信号处理实时实现问题的研究及35千伏馈电系统数字实时仿真的实现 1999
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5.学位论文 陈元捷 Systolic阵列仿真系统及在数字信号处理中的应用 1989 6.期刊论文 李强.明艳 语音频谱分析仿真系统的实现 -科学咨询2009,""(26)
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引证文献(10条) 1.张斌.吴从兵 基于MATLAB下信号处理课程的教学研究[期刊论文]-皖西学院学报 2009(2) 2.蔡晓津.李晗 基于MATLAB的信号分析与处理仿真软件设计[期刊论文]-温州大学学报(自然科学版) 2009(2) 3.李强.MING Yan.吴坤君 基于Matlab的通信原理演示系统的设计与应用[期刊论文]-实验技术与管理 2008(8) 4.关雪梅.陈纯锴 基于Matlab的通信原理实验教学的研究[期刊论文]-实验技术与管理 2008(5) 5.闫晋锋.张启升 "数字信号处理"课程教学方法的探索[期刊论文]-科技信息(科学·教研) 2007(25) 6.刘二林.王颖 "信号与系统"课程教学的实践与探索[期刊论文]-中国电力教育 2010(1) 7.刘雄英 电磁场与微波技术课程形象化教学方法探讨[期刊论文]-实验技术与管理 2007(6) 8.陈朝 MATLAB实验仿真在通信原理课程教学中的应用[期刊论文]-实验技术与管理 2007(5) 9.雷学堂.徐火希 基于MATLAB的语音滤波实验设计[期刊论文]-实验技术与管理 2007(4) 10.朱婷婷.赵林 基于Matlab的信息隐藏课程的仿真实验设计[期刊论文]-实验技术与管理 2009(12)

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