田熙燕+杜留鋒

摘要：該文借助MATLAB豐富的工具箱函數(shù)，完成了《數(shù)字信號(hào)處理》課程基礎(chǔ)運(yùn)算的仿真設(shè)計(jì)。系統(tǒng)分為主界面設(shè)計(jì)和分類界面設(shè)計(jì)兩部分，使用者點(diǎn)擊相應(yīng)實(shí)驗(yàn)界面，輸入?yún)?shù)可以完成相應(yīng)運(yùn)算實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，操作簡(jiǎn)單，結(jié)果形象直觀，靈活性強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào)處理；MATLAB；圖形用戶界面

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）30-7132-03

隨著現(xiàn)代各種電子信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化應(yīng)用越來(lái)越廣泛的，人們的生產(chǎn)生活方式呈現(xiàn)出全新的面貌，其核心就是數(shù)字信號(hào)的處理?！稊?shù)字信號(hào)處理》課程是電子、通信以及電氣等多個(gè)理工科專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程內(nèi)容多為復(fù)雜難理解的的數(shù)學(xué)理論和公式推導(dǎo)，在教學(xué)中穿插實(shí)驗(yàn)?zāi)軒椭鷮?duì)理論的掌握和應(yīng)用，而傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，大部分也都是驗(yàn)證性的，學(xué)生按部就班照本操作，不能很好地將理論與實(shí)踐的真正結(jié)合，達(dá)不到強(qiáng)化學(xué)生掌握基本知識(shí)理論的目的。根據(jù)我多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)太簡(jiǎn)單和太難的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生都不會(huì)表現(xiàn)出太大的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的基本原則應(yīng)該是適合學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，提高學(xué)生興趣。

MATLAB仿真圖形界面，實(shí)現(xiàn)功能多，便于學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)，適合大多數(shù)學(xué)生快速掌握和應(yīng)用，可作為學(xué)生學(xué)習(xí)《數(shù)字信號(hào)處理》課程的實(shí)驗(yàn)工具，幫助學(xué)生解決課程中遇到的問(wèn)題。

1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的GUI設(shè)計(jì)

1.1基本模塊

利用MATLAB的GUIDE工具箱，系統(tǒng)界面以各類按鈕、文本說(shuō)明、編輯對(duì)話框和坐標(biāo)軸等構(gòu)成，即使學(xué)生不是很精通MATLAB，也可以很方便地操作使用。

整個(gè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)六個(gè)GUI項(xiàng)目，課程知識(shí)概括全面，操作簡(jiǎn)單易學(xué)，結(jié)果直觀。具體的層次結(jié)構(gòu)劃分以下四個(gè)模塊：

1） 實(shí)驗(yàn)主界面模塊：顯示系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，點(diǎn)擊項(xiàng)目按鈕進(jìn)入對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)詳細(xì)內(nèi)容。

2） 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目模塊：所對(duì)應(yīng)的六個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的具體內(nèi)容。

3） 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容模塊：指導(dǎo)對(duì)當(dāng)前實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的操作，主要以文本形式出現(xiàn)。

4） 實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示模塊：以圖形和文本形式輸出。

完整的實(shí)驗(yàn)界面包括整個(gè)系統(tǒng)的主界面和分類項(xiàng)目界面，點(diǎn)擊主界面的選項(xiàng)可以進(jìn)入任一個(gè)子實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目界面，任一個(gè)子界面都能回到主界面。如圖2所示，用戶可以根據(jù)自己的需要點(diǎn)擊相應(yīng)的按鈕，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目子界面，點(diǎn)擊“退出”按鈕，可直接退出該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，通過(guò)界面上各個(gè)控件就可以控制數(shù)據(jù)的輸入、圖形的演示等功能，方便對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果的對(duì)照分析。

1.2界面平臺(tái)部分功能演示

下面選取幾個(gè)實(shí)例，對(duì)上述GUI界面功能進(jìn)行演示，以展示其設(shè)計(jì)效果。

1） 序列的基本運(yùn)算

序列自身運(yùn)算包含翻轉(zhuǎn)、移位和尺度變換，設(shè)置對(duì)應(yīng)的參數(shù)，對(duì)指定序列進(jìn)行變換。

打開(kāi)GUIDE編輯界面，從控件工具欄拖拽按鈕PushButton、文本編輯框Edit Text、坐標(biāo)系A(chǔ)xes和靜態(tài)文本Static Text等控件。雙擊彈出屬性對(duì)話框，設(shè)置分布位置與控件大小比例。界面見(jiàn)圖3。

上圖分為左、右兩個(gè)區(qū)域。左邊區(qū)域?qū)崿F(xiàn)的是序列的翻轉(zhuǎn)、移位和尺度變換，點(diǎn)擊“產(chǎn)生序列x（k）={1，2，3，4，5；k=0，1，2，3，4}”按鈕，可產(chǎn)生演示序列，輸入?yún)?shù)，可進(jìn)行相應(yīng)的演示，其中，對(duì)尺度變換部分用靜態(tài)文本Static Tex進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明；右邊區(qū)域，實(shí)現(xiàn)的是序列加法和乘法的演示，因?yàn)榧映诉\(yùn)算較為簡(jiǎn)單，故演示序列設(shè)為固定的兩個(gè)，沒(méi)有進(jìn)行任意序列的設(shè)計(jì)。

“實(shí)驗(yàn)說(shuō)明”按鈕同樣是彈出實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)介，幫助對(duì)理論知識(shí)的先行復(fù)習(xí)；點(diǎn)擊“返回”將彈出實(shí)驗(yàn)主界面并關(guān)閉該子界面；“退出”關(guān)閉該子界面。

2） 序列的卷積和界面演示

離散卷積和，可以計(jì)算系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)，即系統(tǒng)零狀態(tài)響應(yīng)等于激勵(lì)與系統(tǒng)單位取樣響應(yīng)的卷積，卷積運(yùn)算在離散序列處理領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，關(guān)系式如下：

[y（k）=x（k）*h（k）=m=-∞∞x（m）h（k-m）]

本部分GUI實(shí)現(xiàn)的是有限長(zhǎng)序列的卷積，這也和實(shí)際信號(hào)處理情況相吻合。通過(guò)界面演示兩給定序列的卷積，深刻理解卷積的運(yùn)算步驟過(guò)程：翻轉(zhuǎn)、移位，相乘，累加。實(shí)驗(yàn)操作為打開(kāi)GUIDE編輯界面，從控件工具欄拖拽按鈕PushButton、坐標(biāo)系A(chǔ)xes、按鈕組Button Group和單選按鈕RadioButton等控件，按鈕組和兩個(gè)單選按鈕組合“演示速度”選擇面板。設(shè)置控件屬性，設(shè)計(jì)控件分布位置與大小比例。

界面在進(jìn)行卷積過(guò)程演示時(shí)，由于循環(huán)和暫停延遲控制，界面為動(dòng)態(tài)顯示，如圖4截取了演示過(guò)程中的4張圖，演示速度設(shè)置為“慢”。界面演示時(shí)，除了顯示序列h（m）的翻轉(zhuǎn)、移位外，還在圖的下方給出各個(gè)y（k）值的對(duì)應(yīng)計(jì)算簡(jiǎn)式，便于結(jié)合卷積定義式對(duì)過(guò)程的理解。

2 界面設(shè)計(jì)部分

另外，界面還提供了操作者自行進(jìn)行設(shè)計(jì)部分。通過(guò)點(diǎn)選相應(yīng)按鈕，把文件名填入到edit框中，由操作界面讀取作為參考，該部分的每個(gè)操作實(shí)現(xiàn)，都需要自己編程、調(diào)試再運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)的流程，在界面上都用“=》”做了簡(jiǎn)單指示，具體步驟，可點(diǎn)選按鈕“設(shè)計(jì)說(shuō)明”進(jìn)行查看，過(guò)比較來(lái)加深認(rèn)識(shí)設(shè)計(jì)方法的優(yōu)越性和簡(jiǎn)便性。

3 總結(jié)

本文設(shè)計(jì)了一個(gè)學(xué)習(xí)濾波器的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)例演示和自主設(shè)計(jì)兩部分功能，操作簡(jiǎn)單，結(jié)果直觀，可作為學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)課程內(nèi)容的輔助工具，幫助學(xué)生解決課程中遇到的問(wèn)題，增強(qiáng)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論知識(shí)的興趣。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李光平，韓一石.地方工科院校數(shù)字信號(hào)處理課程的教學(xué)思考[J].科技信息，2011（18）：6-7.

[2] 程佩青.數(shù)字信號(hào)處理教程[M]. 3版.北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[3] 夏平，向?qū)W軍，吉培榮，基于MATLAB的信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)體系教學(xué)實(shí)踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2004，26（5）：73-74.

[4] 張剛，賀利芳.基于Matlab的“數(shù)字信號(hào)處理”課程教學(xué)探索[J].高等教育研究：成都，2007，24（2）：45-46.

[5] 李筠，錢雯磊.具有圖形用戶界面的數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)[J].光學(xué)技術(shù)，2007，33（11）：299-302.

[6] 張登奇，楊慧銀.信號(hào)的頻譜分析及MATLAB實(shí)現(xiàn)[J].湖南理工學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，23（3）：29-33.

[7] 沈捷，王莉.數(shù)字信號(hào)處理教學(xué)實(shí)驗(yàn)軟件包的GUI設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2008，25（2）：88-91.endprint

摘要：該文借助MATLAB豐富的工具箱函數(shù)，完成了《數(shù)字信號(hào)處理》課程基礎(chǔ)運(yùn)算的仿真設(shè)計(jì)。系統(tǒng)分為主界面設(shè)計(jì)和分類界面設(shè)計(jì)兩部分，使用者點(diǎn)擊相應(yīng)實(shí)驗(yàn)界面，輸入?yún)?shù)可以完成相應(yīng)運(yùn)算實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，操作簡(jiǎn)單，結(jié)果形象直觀，靈活性強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào)處理；MATLAB；圖形用戶界面

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）30-7132-03

隨著現(xiàn)代各種電子信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化應(yīng)用越來(lái)越廣泛的，人們的生產(chǎn)生活方式呈現(xiàn)出全新的面貌，其核心就是數(shù)字信號(hào)的處理?！稊?shù)字信號(hào)處理》課程是電子、通信以及電氣等多個(gè)理工科專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程內(nèi)容多為復(fù)雜難理解的的數(shù)學(xué)理論和公式推導(dǎo)，在教學(xué)中穿插實(shí)驗(yàn)?zāi)軒椭鷮?duì)理論的掌握和應(yīng)用，而傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，大部分也都是驗(yàn)證性的，學(xué)生按部就班照本操作，不能很好地將理論與實(shí)踐的真正結(jié)合，達(dá)不到強(qiáng)化學(xué)生掌握基本知識(shí)理論的目的。根據(jù)我多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)太簡(jiǎn)單和太難的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生都不會(huì)表現(xiàn)出太大的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的基本原則應(yīng)該是適合學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，提高學(xué)生興趣。

MATLAB仿真圖形界面，實(shí)現(xiàn)功能多，便于學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)，適合大多數(shù)學(xué)生快速掌握和應(yīng)用，可作為學(xué)生學(xué)習(xí)《數(shù)字信號(hào)處理》課程的實(shí)驗(yàn)工具，幫助學(xué)生解決課程中遇到的問(wèn)題。

1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的GUI設(shè)計(jì)

1.1基本模塊

利用MATLAB的GUIDE工具箱，系統(tǒng)界面以各類按鈕、文本說(shuō)明、編輯對(duì)話框和坐標(biāo)軸等構(gòu)成，即使學(xué)生不是很精通MATLAB，也可以很方便地操作使用。

整個(gè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)六個(gè)GUI項(xiàng)目，課程知識(shí)概括全面，操作簡(jiǎn)單易學(xué)，結(jié)果直觀。具體的層次結(jié)構(gòu)劃分以下四個(gè)模塊：

1） 實(shí)驗(yàn)主界面模塊：顯示系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，點(diǎn)擊項(xiàng)目按鈕進(jìn)入對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)詳細(xì)內(nèi)容。

2） 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目模塊：所對(duì)應(yīng)的六個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的具體內(nèi)容。

3） 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容模塊：指導(dǎo)對(duì)當(dāng)前實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的操作，主要以文本形式出現(xiàn)。

4） 實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示模塊：以圖形和文本形式輸出。

完整的實(shí)驗(yàn)界面包括整個(gè)系統(tǒng)的主界面和分類項(xiàng)目界面，點(diǎn)擊主界面的選項(xiàng)可以進(jìn)入任一個(gè)子實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目界面，任一個(gè)子界面都能回到主界面。如圖2所示，用戶可以根據(jù)自己的需要點(diǎn)擊相應(yīng)的按鈕，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目子界面，點(diǎn)擊“退出”按鈕，可直接退出該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，通過(guò)界面上各個(gè)控件就可以控制數(shù)據(jù)的輸入、圖形的演示等功能，方便對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果的對(duì)照分析。

1.2界面平臺(tái)部分功能演示

下面選取幾個(gè)實(shí)例，對(duì)上述GUI界面功能進(jìn)行演示，以展示其設(shè)計(jì)效果。

1） 序列的基本運(yùn)算

序列自身運(yùn)算包含翻轉(zhuǎn)、移位和尺度變換，設(shè)置對(duì)應(yīng)的參數(shù)，對(duì)指定序列進(jìn)行變換。

打開(kāi)GUIDE編輯界面，從控件工具欄拖拽按鈕PushButton、文本編輯框Edit Text、坐標(biāo)系A(chǔ)xes和靜態(tài)文本Static Text等控件。雙擊彈出屬性對(duì)話框，設(shè)置分布位置與控件大小比例。界面見(jiàn)圖3。

上圖分為左、右兩個(gè)區(qū)域。左邊區(qū)域?qū)崿F(xiàn)的是序列的翻轉(zhuǎn)、移位和尺度變換，點(diǎn)擊“產(chǎn)生序列x（k）={1，2，3，4，5；k=0，1，2，3，4}”按鈕，可產(chǎn)生演示序列，輸入?yún)?shù)，可進(jìn)行相應(yīng)的演示，其中，對(duì)尺度變換部分用靜態(tài)文本Static Tex進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明；右邊區(qū)域，實(shí)現(xiàn)的是序列加法和乘法的演示，因?yàn)榧映诉\(yùn)算較為簡(jiǎn)單，故演示序列設(shè)為固定的兩個(gè)，沒(méi)有進(jìn)行任意序列的設(shè)計(jì)。

“實(shí)驗(yàn)說(shuō)明”按鈕同樣是彈出實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)介，幫助對(duì)理論知識(shí)的先行復(fù)習(xí)；點(diǎn)擊“返回”將彈出實(shí)驗(yàn)主界面并關(guān)閉該子界面；“退出”關(guān)閉該子界面。

2） 序列的卷積和界面演示

離散卷積和，可以計(jì)算系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)，即系統(tǒng)零狀態(tài)響應(yīng)等于激勵(lì)與系統(tǒng)單位取樣響應(yīng)的卷積，卷積運(yùn)算在離散序列處理領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，關(guān)系式如下：

[y（k）=x（k）*h（k）=m=-∞∞x（m）h（k-m）]

本部分GUI實(shí)現(xiàn)的是有限長(zhǎng)序列的卷積，這也和實(shí)際信號(hào)處理情況相吻合。通過(guò)界面演示兩給定序列的卷積，深刻理解卷積的運(yùn)算步驟過(guò)程：翻轉(zhuǎn)、移位，相乘，累加。實(shí)驗(yàn)操作為打開(kāi)GUIDE編輯界面，從控件工具欄拖拽按鈕PushButton、坐標(biāo)系A(chǔ)xes、按鈕組Button Group和單選按鈕RadioButton等控件，按鈕組和兩個(gè)單選按鈕組合“演示速度”選擇面板。設(shè)置控件屬性，設(shè)計(jì)控件分布位置與大小比例。

界面在進(jìn)行卷積過(guò)程演示時(shí)，由于循環(huán)和暫停延遲控制，界面為動(dòng)態(tài)顯示，如圖4截取了演示過(guò)程中的4張圖，演示速度設(shè)置為“慢”。界面演示時(shí)，除了顯示序列h（m）的翻轉(zhuǎn)、移位外，還在圖的下方給出各個(gè)y（k）值的對(duì)應(yīng)計(jì)算簡(jiǎn)式，便于結(jié)合卷積定義式對(duì)過(guò)程的理解。

2 界面設(shè)計(jì)部分

另外，界面還提供了操作者自行進(jìn)行設(shè)計(jì)部分。通過(guò)點(diǎn)選相應(yīng)按鈕，把文件名填入到edit框中，由操作界面讀取作為參考，該部分的每個(gè)操作實(shí)現(xiàn)，都需要自己編程、調(diào)試再運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)的流程，在界面上都用“=》”做了簡(jiǎn)單指示，具體步驟，可點(diǎn)選按鈕“設(shè)計(jì)說(shuō)明”進(jìn)行查看，過(guò)比較來(lái)加深認(rèn)識(shí)設(shè)計(jì)方法的優(yōu)越性和簡(jiǎn)便性。

3 總結(jié)

本文設(shè)計(jì)了一個(gè)學(xué)習(xí)濾波器的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)例演示和自主設(shè)計(jì)兩部分功能，操作簡(jiǎn)單，結(jié)果直觀，可作為學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)課程內(nèi)容的輔助工具，幫助學(xué)生解決課程中遇到的問(wèn)題，增強(qiáng)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論知識(shí)的興趣。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李光平，韓一石.地方工科院校數(shù)字信號(hào)處理課程的教學(xué)思考[J].科技信息，2011（18）：6-7.

[2] 程佩青.數(shù)字信號(hào)處理教程[M]. 3版.北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[3] 夏平，向?qū)W軍，吉培榮，基于MATLAB的信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)體系教學(xué)實(shí)踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2004，26（5）：73-74.

[4] 張剛，賀利芳.基于Matlab的“數(shù)字信號(hào)處理”課程教學(xué)探索[J].高等教育研究：成都，2007，24（2）：45-46.

[5] 李筠，錢雯磊.具有圖形用戶界面的數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)[J].光學(xué)技術(shù)，2007，33（11）：299-302.

[6] 張登奇，楊慧銀.信號(hào)的頻譜分析及MATLAB實(shí)現(xiàn)[J].湖南理工學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，23（3）：29-33.

[7] 沈捷，王莉.數(shù)字信號(hào)處理教學(xué)實(shí)驗(yàn)軟件包的GUI設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2008，25（2）：88-91.endprint

摘要：該文借助MATLAB豐富的工具箱函數(shù)，完成了《數(shù)字信號(hào)處理》課程基礎(chǔ)運(yùn)算的仿真設(shè)計(jì)。系統(tǒng)分為主界面設(shè)計(jì)和分類界面設(shè)計(jì)兩部分，使用者點(diǎn)擊相應(yīng)實(shí)驗(yàn)界面，輸入?yún)?shù)可以完成相應(yīng)運(yùn)算實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，操作簡(jiǎn)單，結(jié)果形象直觀，靈活性強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào)處理；MATLAB；圖形用戶界面

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）30-7132-03

隨著現(xiàn)代各種電子信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化應(yīng)用越來(lái)越廣泛的，人們的生產(chǎn)生活方式呈現(xiàn)出全新的面貌，其核心就是數(shù)字信號(hào)的處理?！稊?shù)字信號(hào)處理》課程是電子、通信以及電氣等多個(gè)理工科專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程內(nèi)容多為復(fù)雜難理解的的數(shù)學(xué)理論和公式推導(dǎo)，在教學(xué)中穿插實(shí)驗(yàn)?zāi)軒椭鷮?duì)理論的掌握和應(yīng)用，而傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，大部分也都是驗(yàn)證性的，學(xué)生按部就班照本操作，不能很好地將理論與實(shí)踐的真正結(jié)合，達(dá)不到強(qiáng)化學(xué)生掌握基本知識(shí)理論的目的。根據(jù)我多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)太簡(jiǎn)單和太難的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生都不會(huì)表現(xiàn)出太大的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的基本原則應(yīng)該是適合學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，提高學(xué)生興趣。

MATLAB仿真圖形界面，實(shí)現(xiàn)功能多，便于學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)，適合大多數(shù)學(xué)生快速掌握和應(yīng)用，可作為學(xué)生學(xué)習(xí)《數(shù)字信號(hào)處理》課程的實(shí)驗(yàn)工具，幫助學(xué)生解決課程中遇到的問(wèn)題。

1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的GUI設(shè)計(jì)

1.1基本模塊

利用MATLAB的GUIDE工具箱，系統(tǒng)界面以各類按鈕、文本說(shuō)明、編輯對(duì)話框和坐標(biāo)軸等構(gòu)成，即使學(xué)生不是很精通MATLAB，也可以很方便地操作使用。

整個(gè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)六個(gè)GUI項(xiàng)目，課程知識(shí)概括全面，操作簡(jiǎn)單易學(xué)，結(jié)果直觀。具體的層次結(jié)構(gòu)劃分以下四個(gè)模塊：

1） 實(shí)驗(yàn)主界面模塊：顯示系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，點(diǎn)擊項(xiàng)目按鈕進(jìn)入對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)詳細(xì)內(nèi)容。

2） 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目模塊：所對(duì)應(yīng)的六個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的具體內(nèi)容。

3） 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容模塊：指導(dǎo)對(duì)當(dāng)前實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的操作，主要以文本形式出現(xiàn)。

4） 實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示模塊：以圖形和文本形式輸出。

完整的實(shí)驗(yàn)界面包括整個(gè)系統(tǒng)的主界面和分類項(xiàng)目界面，點(diǎn)擊主界面的選項(xiàng)可以進(jìn)入任一個(gè)子實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目界面，任一個(gè)子界面都能回到主界面。如圖2所示，用戶可以根據(jù)自己的需要點(diǎn)擊相應(yīng)的按鈕，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目子界面，點(diǎn)擊“退出”按鈕，可直接退出該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，通過(guò)界面上各個(gè)控件就可以控制數(shù)據(jù)的輸入、圖形的演示等功能，方便對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果的對(duì)照分析。

1.2界面平臺(tái)部分功能演示

下面選取幾個(gè)實(shí)例，對(duì)上述GUI界面功能進(jìn)行演示，以展示其設(shè)計(jì)效果。

1） 序列的基本運(yùn)算

序列自身運(yùn)算包含翻轉(zhuǎn)、移位和尺度變換，設(shè)置對(duì)應(yīng)的參數(shù)，對(duì)指定序列進(jìn)行變換。

打開(kāi)GUIDE編輯界面，從控件工具欄拖拽按鈕PushButton、文本編輯框Edit Text、坐標(biāo)系A(chǔ)xes和靜態(tài)文本Static Text等控件。雙擊彈出屬性對(duì)話框，設(shè)置分布位置與控件大小比例。界面見(jiàn)圖3。

上圖分為左、右兩個(gè)區(qū)域。左邊區(qū)域?qū)崿F(xiàn)的是序列的翻轉(zhuǎn)、移位和尺度變換，點(diǎn)擊“產(chǎn)生序列x（k）={1，2，3，4，5；k=0，1，2，3，4}”按鈕，可產(chǎn)生演示序列，輸入?yún)?shù)，可進(jìn)行相應(yīng)的演示，其中，對(duì)尺度變換部分用靜態(tài)文本Static Tex進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明；右邊區(qū)域，實(shí)現(xiàn)的是序列加法和乘法的演示，因?yàn)榧映诉\(yùn)算較為簡(jiǎn)單，故演示序列設(shè)為固定的兩個(gè)，沒(méi)有進(jìn)行任意序列的設(shè)計(jì)。

“實(shí)驗(yàn)說(shuō)明”按鈕同樣是彈出實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)介，幫助對(duì)理論知識(shí)的先行復(fù)習(xí)；點(diǎn)擊“返回”將彈出實(shí)驗(yàn)主界面并關(guān)閉該子界面；“退出”關(guān)閉該子界面。

2） 序列的卷積和界面演示

離散卷積和，可以計(jì)算系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)，即系統(tǒng)零狀態(tài)響應(yīng)等于激勵(lì)與系統(tǒng)單位取樣響應(yīng)的卷積，卷積運(yùn)算在離散序列處理領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，關(guān)系式如下：

[y（k）=x（k）*h（k）=m=-∞∞x（m）h（k-m）]

本部分GUI實(shí)現(xiàn)的是有限長(zhǎng)序列的卷積，這也和實(shí)際信號(hào)處理情況相吻合。通過(guò)界面演示兩給定序列的卷積，深刻理解卷積的運(yùn)算步驟過(guò)程：翻轉(zhuǎn)、移位，相乘，累加。實(shí)驗(yàn)操作為打開(kāi)GUIDE編輯界面，從控件工具欄拖拽按鈕PushButton、坐標(biāo)系A(chǔ)xes、按鈕組Button Group和單選按鈕RadioButton等控件，按鈕組和兩個(gè)單選按鈕組合“演示速度”選擇面板。設(shè)置控件屬性，設(shè)計(jì)控件分布位置與大小比例。

界面在進(jìn)行卷積過(guò)程演示時(shí)，由于循環(huán)和暫停延遲控制，界面為動(dòng)態(tài)顯示，如圖4截取了演示過(guò)程中的4張圖，演示速度設(shè)置為“慢”。界面演示時(shí)，除了顯示序列h（m）的翻轉(zhuǎn)、移位外，還在圖的下方給出各個(gè)y（k）值的對(duì)應(yīng)計(jì)算簡(jiǎn)式，便于結(jié)合卷積定義式對(duì)過(guò)程的理解。

2 界面設(shè)計(jì)部分

另外，界面還提供了操作者自行進(jìn)行設(shè)計(jì)部分。通過(guò)點(diǎn)選相應(yīng)按鈕，把文件名填入到edit框中，由操作界面讀取作為參考，該部分的每個(gè)操作實(shí)現(xiàn)，都需要自己編程、調(diào)試再運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)的流程，在界面上都用“=》”做了簡(jiǎn)單指示，具體步驟，可點(diǎn)選按鈕“設(shè)計(jì)說(shuō)明”進(jìn)行查看，過(guò)比較來(lái)加深認(rèn)識(shí)設(shè)計(jì)方法的優(yōu)越性和簡(jiǎn)便性。

3 總結(jié)

本文設(shè)計(jì)了一個(gè)學(xué)習(xí)濾波器的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)例演示和自主設(shè)計(jì)兩部分功能，操作簡(jiǎn)單，結(jié)果直觀，可作為學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)課程內(nèi)容的輔助工具，幫助學(xué)生解決課程中遇到的問(wèn)題，增強(qiáng)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論知識(shí)的興趣。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李光平，韓一石.地方工科院校數(shù)字信號(hào)處理課程的教學(xué)思考[J].科技信息，2011（18）：6-7.

[2] 程佩青.數(shù)字信號(hào)處理教程[M]. 3版.北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[3] 夏平，向?qū)W軍，吉培榮，基于MATLAB的信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)體系教學(xué)實(shí)踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2004，26（5）：73-74.

[4] 張剛，賀利芳.基于Matlab的“數(shù)字信號(hào)處理”課程教學(xué)探索[J].高等教育研究：成都，2007，24（2）：45-46.

[5] 李筠，錢雯磊.具有圖形用戶界面的數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)[J].光學(xué)技術(shù)，2007，33（11）：299-302.

[6] 張登奇，楊慧銀.信號(hào)的頻譜分析及MATLAB實(shí)現(xiàn)[J].湖南理工學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，23（3）：29-33.

[7] 沈捷，王莉.數(shù)字信號(hào)處理教學(xué)實(shí)驗(yàn)軟件包的GUI設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2008，25（2）：88-91.endprint