基于matlabgui信號和系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺設(shè)計(jì)

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1、基于MATLABGUI信號和系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺設(shè)計(jì)　　摘要MATLAB軟件在電子信息類課程中應(yīng)用越來越廣泛，其中的交互式圖形用戶界面及其參數(shù)的可調(diào)性可使信號與系統(tǒng)的分析過程變得易于控制、直觀可視化，有利于提高“信號與系統(tǒng)”課程的教學(xué)質(zhì)量和效果。文章以GUI編輯界面建立GUI的方法，基于MATLAB對信號與系統(tǒng)中的典型實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了交互式設(shè)計(jì)，最后給出了部分實(shí)驗(yàn)的分析和結(jié)果，展示了MATLAB的GUI在“信號與系統(tǒng)”課程輔助教學(xué)中的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞GUI；信號與系統(tǒng)；課程教學(xué)中圖分類號：TP273文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1671-7597（2013）21-0029-02隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展

2、，社會要求高校學(xué)生既要有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，又要受過嚴(yán)格的工程技術(shù)訓(xùn)練。通過教學(xué)過程中的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，可以不斷地提高學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力。仿真實(shí)驗(yàn)作為一種實(shí)驗(yàn)實(shí)物的補(bǔ)充和科學(xué)研究手段，具有不受設(shè)備和環(huán)境條件限制，不受時間地點(diǎn)限制，也不需要維護(hù)和修理設(shè)備等特點(diǎn)，因而越來越多地受到人們的重視。6“信號與系統(tǒng)”課程是電子信息、通信工程、自動控制等電工電子類專業(yè)的主修課程，該課程具有較強(qiáng)的理論性與應(yīng)用性。傳統(tǒng)的教學(xué)中主要的做法是教師利用黑板講授，學(xué)生課后利用習(xí)題加深對教學(xué)內(nèi)容的理解。傳統(tǒng)的教學(xué)方式，一定程度上影響和制約了該課程的教學(xué)效果。因此，該課程迫切需要改革傳統(tǒng)的單一教學(xué)模式，加

3、強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)。本設(shè)計(jì)正是基于以上現(xiàn)狀和應(yīng)用背景提出的，利用MATLAB作為開發(fā)平臺，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)基于MATLAB的圖形交互式教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。應(yīng)用MATLAB具體形象地演繹“信號與系統(tǒng)”課程中的基本概念和理論方法，在交互式的可視化實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動性，加深學(xué)生對課程中抽象概念和理論的掌握和理解，有效提高“信號與系統(tǒng)”課程的教學(xué)質(zhì)量和效果。1GUI信號與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)有以下特點(diǎn)：1）具有常用連續(xù)時間信號的實(shí)現(xiàn)、周期信號的分析、連續(xù)LTI系統(tǒng)的時域分析、連續(xù)LTI系統(tǒng)的頻域分析和連續(xù)系統(tǒng)的零極點(diǎn)分析功能。2）界面有較強(qiáng)的可視性，操作方便簡單。3）系統(tǒng)涵蓋“信號

4、與系統(tǒng)”課程典型實(shí)驗(yàn)，提供的結(jié)果便于后續(xù)分析。4）系統(tǒng)可擴(kuò)展性強(qiáng)，可以后續(xù)添加更多實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。1.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)步驟6在本實(shí)驗(yàn)平臺的設(shè)計(jì)中，采用自頂向下的設(shè)計(jì)思路對界面布局進(jìn)行設(shè)計(jì)，即先設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)主界面，再設(shè)計(jì)各個實(shí)驗(yàn)子界面。界面設(shè)計(jì)完成后，借助于函數(shù)調(diào)用達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。在設(shè)計(jì)中，先編制各個實(shí)驗(yàn)子界面的回調(diào)函數(shù)，再編寫主界面的回調(diào)函數(shù)，各個回調(diào)函數(shù)的編寫順序是采用自底向上的設(shè)計(jì)方法。其具體的設(shè)計(jì)步驟如下：1）明確設(shè)計(jì)任務(wù)，劃分結(jié)構(gòu)，分析信號與系統(tǒng)各實(shí)驗(yàn)所實(shí)現(xiàn)的主要功能。2）利用MATLAB的GUI設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的主界面及擬定設(shè)計(jì)的“信號與系統(tǒng)”課程中具體實(shí)驗(yàn)的子界面。3）對

5、各個子實(shí)驗(yàn)界面的控件按鈕進(jìn)行回調(diào)函數(shù)的編寫，使控件按鈕實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。4）對主界面進(jìn)行回調(diào)函數(shù)的編寫，功能上實(shí)現(xiàn)主界面與實(shí)驗(yàn)子界面的自由切換。5）系統(tǒng)總體的調(diào)試和完善。1.2實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)1）實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本實(shí)驗(yàn)平臺整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括7個模塊：主模塊、常用連續(xù)時間信號的實(shí)現(xiàn)模塊、周期信號的分析模塊、連續(xù)LTI系統(tǒng)的時域分析模塊、連續(xù)LTI系統(tǒng)的頻域分析模塊、連續(xù)系統(tǒng)的零極點(diǎn)分析模塊、退出實(shí)驗(yàn)平臺模塊。部分實(shí)驗(yàn)界面模塊下面又有子實(shí)驗(yàn)界面模塊，主界面中的控件按鈕可以實(shí)現(xiàn)切換到實(shí)驗(yàn)子界面。6系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)2）實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。圖2實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主界面主界

6、面是實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的初始界面，用于切換到“信號與系統(tǒng)”各個實(shí)驗(yàn)子界面。設(shè)計(jì)時主要采用的是對控件按鈕進(jìn)行函數(shù)編寫，實(shí)現(xiàn)切換到各個實(shí)驗(yàn)子界面，使系統(tǒng)易于操作，另外可以添加學(xué)校LOGO、風(fēng)景圖片等來美化實(shí)驗(yàn)主界面。如圖2所示是設(shè)計(jì)完成后的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主界面。在圖2界面中，用戶單擊選中索要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)按鈕控件，就會切換到對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)子界面。本實(shí)驗(yàn)平臺設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)包括以下幾種：常用連續(xù)時間信號的實(shí)現(xiàn)、周期信號的合成與分解、連續(xù)LTI系統(tǒng)的時域分析、連續(xù)LTI系統(tǒng)的頻域分析和連續(xù)系統(tǒng)的零極點(diǎn)分析（如圖3）。每個實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，用戶可以返回主界面，最后通過退出實(shí)驗(yàn)平臺界面退出本實(shí)驗(yàn)平臺。圖3連續(xù)系統(tǒng)的零極點(diǎn)分

7、析子界面2實(shí)驗(yàn)分析與結(jié)果6本實(shí)驗(yàn)平臺給出了零點(diǎn)位置對系統(tǒng)沖激響應(yīng)時域波形的影響、系統(tǒng)零極點(diǎn)分布與頻率特性的關(guān)系以及一般系統(tǒng)零極點(diǎn)分布與其幅頻特性的關(guān)系，其中每一部分均涉及零極點(diǎn)分布圖，還可對系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行討論。以下給出零點(diǎn)位置對系統(tǒng)沖激響應(yīng)時域波形及其分析，進(jìn)入本實(shí)驗(yàn)平臺圖3界面，設(shè)置參數(shù)，得到如圖4所示。圖4直觀地展現(xiàn)了系統(tǒng)函數(shù)零點(diǎn)位置對系統(tǒng)時域波形的影響，通過對圖4中三幅圖進(jìn)行觀察與對比，可得系統(tǒng)零點(diǎn)分布與系統(tǒng)時域特性之間存在著如下關(guān)系：1）連續(xù)時間系統(tǒng)函數(shù)的零點(diǎn)并不影響系統(tǒng)沖激響應(yīng)時域波的形狀，