陳敏歌

摘 要 本文以MATLAB作為開發(fā)平臺，設(shè)計了基于MATLAB的數(shù)字信號處理實驗仿真平臺，改變了傳統(tǒng)的授課方式，將數(shù)字信號處理的算法實驗集中在一個平臺上，操作簡單方便，結(jié)果直觀準(zhǔn)確。并采用友好的GUI界面設(shè)計，用簡潔的文字、豐富的畫面將抽象的內(nèi)容展現(xiàn)在學(xué)生面前，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性。

關(guān)鍵詞 數(shù)字信號處理 仿真實驗平臺 MATLAB GUI

中圖分類號：G434 文獻標(biāo)識碼：A

Using MATLAB to Enjoy Digital Signal Processing Classroom Teaching

CHEN Min'ge

(College of Science, Shaanxi University of Science & Technology, Xi'an, Shaanxi 710021)

Abstract This paper represents digital signal processing experiment simulation platform using MATLAB.It changes the traditional teaching methods and focuses the content on a platform. Operation is simple and convenient, and result is visual and accurate. MATLAB provides an open environment, highly functional graphical rendering. Toolbox and its features is easy to learn, which makes the system development simple and fast. The system uses a friendly GUI interface design, using simple language. Rich picture explaining the abstract content will be displayed in the front of the students to improve student's learning enthusiasm and initiative.

Key words digital signal processing; simulation experiment system; MATLAB; GUI

0 引言

《數(shù)字信號處理》是一門非常重要的課程，它闡述了離散信號的特性和時域離散系統(tǒng)，通過對IIR和FIR濾波器的設(shè)計，分析了數(shù)字信號處理的實現(xiàn)方法。但由于該課程概念多，公式、性質(zhì)的推導(dǎo)和證明繁瑣，還需其他相關(guān)課程的基礎(chǔ)，被認為大學(xué)課程中較難的課程之一。

現(xiàn)在很多教師在課堂上都采用了多媒體教學(xué)，多媒體授課具有教學(xué)信息量大，信息傳遞便捷、交互性較強、感官刺激效果好等特點。但對于老師來說，要提高學(xué)生對這門課的認識，可從豐富教學(xué)手段入手，除了考慮制作具有動態(tài)效果的幻燈片之外，還可采用MATLAB這樣的軟件設(shè)計多媒體課件，而利用MATLAB強大的數(shù)值計算和信號處理功能直觀地分析和比較系統(tǒng)的各項性能指標(biāo)以及各種設(shè)計方法的優(yōu)劣，方便學(xué)生理解算法和簡化運算。在此我們利用MATLAB的圖形用戶界面（GUI）為設(shè)計工具，設(shè)計了與實驗內(nèi)容配套，與課堂教學(xué)相結(jié)合，將實驗內(nèi)容融入教學(xué)過程中的教學(xué)實驗輔助軟件。

1 基于MATLAB的教學(xué)平臺設(shè)計

對于該課程中所牽扯到的一些算法和實驗繁多、復(fù)雜，許多實驗還需要輸入?yún)?shù)，如果將系統(tǒng)設(shè)計成一個界面，使得系統(tǒng)繁重、擁擠，不能夠?qū)崿F(xiàn)友好、美化的界面設(shè)計要求。因此，在設(shè)計界面的時候，采用一個主界面和若干子界面，每個子界面是一個模塊，實現(xiàn)一個實驗或功能。設(shè)計界面總共包括八個模塊：開始引導(dǎo)模塊、主界面模塊、序列計算與變換、典型序列產(chǎn)生模塊、DTFT的計算及應(yīng)用模塊、Z變換的應(yīng)用模塊、DFT的變換與應(yīng)用模塊、FIR濾波器設(shè)計模塊、IIR濾波器設(shè)計模塊。

發(fā)揮MATLAB中GUI的強大功能，將工具與編程相結(jié)合創(chuàng)建軟件界面。圖形界面的操作可通過執(zhí)行函數(shù)代碼來完成。把函數(shù)代碼放在一個自定義的M文件中，而在“callback”中只寫上其文件名。當(dāng)操作該控件時，系統(tǒng)會自動執(zhí)行“callback”中所要求執(zhí)行的內(nèi)容，將子菜單界面所保存的文件名與主界面的菜單名關(guān)聯(lián)起來，實現(xiàn)整個軟件平臺設(shè)計。

圖 1 平臺歡迎界面

圖 2 平臺主界面

設(shè)計中，我們力求界面簡單，易操作。根據(jù)每個對象的句柄，找到對象（即圖形組件）的各項屬性，修改屬性，可得到不同的圖形效果。首先建立了一個靜態(tài)文本框，通過屬性設(shè)置可得到一個簡單清晰的界面。建立兩個按鈕，進行實驗按鈕的回調(diào)函數(shù)設(shè)為SY_zjm，這樣當(dāng)點擊按鈕時會進入主界面。關(guān)閉按鈕的回調(diào)函數(shù)中寫入close，點擊時關(guān)閉該界面。系統(tǒng)歡迎界面和平臺主界面如圖1、圖2所示：

2 FIR濾波器的設(shè)計實驗

圖3 FIR濾波器設(shè)計的界面

以有限脈沖響應(yīng)濾波器（FIR）設(shè)計為例，介紹使用該實驗平臺設(shè)計理想的濾波器。如：理想低通濾波器的頻率特性應(yīng)為，振幅特性在通帶內(nèi)為1，阻帶內(nèi)為0。在通帶內(nèi)的相位特性與 成線性關(guān)系。

為了構(gòu)造特性接近理想低通濾波器的實際濾波器，選擇不同的窗類型和窗長度，從圖3中可以清楚看到三種不同的窗函數(shù)的設(shè)計效果。實驗運行結(jié)果，如圖3所示。

3 結(jié)論

經(jīng)過一個學(xué)期的教學(xué)實踐，我們發(fā)現(xiàn)：利用MATLAB的強大功能制作的仿真實驗平臺在很大程度上方便了課堂教學(xué)，使教學(xué)內(nèi)容更直觀，理論知識和數(shù)學(xué)公式更易于理解，從而有效地提高教師的授課效率。同時虛擬仿真實驗與傳統(tǒng)模擬實驗相結(jié)合，有助于改善教學(xué)的薄弱環(huán)節(jié)，并可以作為實驗內(nèi)容的補充，激發(fā)了學(xué)員學(xué)習(xí)興趣，加深了對理論知識的理解。同時，MATLAB語言簡單易學(xué)、上手快，通過課堂學(xué)習(xí)和實驗操作，學(xué)生能夠很快掌握并且也能自己編寫一些小程序。

參考文獻

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