基于Matlab的“信號(hào)與系統(tǒng)”教學(xué)輔助平臺(tái)的設(shè)計(jì)

魯瑩++鐘麗輝++李莎++徐全元

摘要： 結(jié)合電子信息工程專業(yè)的教學(xué)改革，針對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)課“信號(hào)與系統(tǒng)”教學(xué)中存在的理論繁雜、教難學(xué)更難的問(wèn)題，基于Matlab的GUI編程方法設(shè)計(jì)教學(xué)輔助平臺(tái)。該平臺(tái)緊扣教學(xué)大綱，操作簡(jiǎn)單，形象直觀。平臺(tái)包含8個(gè)模塊，55個(gè)界面，內(nèi)容以章節(jié)為單位，包含課件，知識(shí)點(diǎn)，重要算法的動(dòng)態(tài)仿真及課后習(xí)題及解答。其中，算法仿真部分參數(shù)可調(diào)，不僅具有仿真結(jié)果，還附有matlab程序源代碼。實(shí)踐證明，結(jié)合該平臺(tái)進(jìn)行教學(xué)可較大提升教學(xué)效果和學(xué)習(xí)效率。此外，該平臺(tái)具有擴(kuò)展性，可作為其它信號(hào)處理類課程的教學(xué)輔助。

關(guān)鍵詞：Matlab GUI；信號(hào)與系統(tǒng)；教學(xué)輔助

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）26-0158-03

Development of Teaching Assistanceplatform for Signal and System Based on Matlab

LU Ying，ZHONG Li-hui*，LI Sha，XU Quan-yuan

（ College of Computer and Informatin， SouthWest ForestryUniversity， Kunming 650024， China）

Abstract：Signal and system is the professional basic course in the major of electronic and information engineering which is complex and difficult to teach and learn. Combined with the teaching reform of the major， we have designed teaching assistance platform for signal and system based on Matlab. The platform which related closely to the teaching problem has the advantages of simple operation and visual image.It includes 8modules（chapters） and 55 interfaces，which contains the courseware， key point， dynamic simulation of important algorithms and after-school exercises and answers. Among them， algorithm simulation part is adjustable which not only has the simulation results， but also shows MATLAB program source code. The practice has proved that the platform can greatly enhance the teaching effect and learning efficiency. In addition， it is scalable and can be used as a teaching aid for other signal processing courses.

Key words：Matlab GUI； signal and system； teaching assistance

“信號(hào)與系統(tǒng)”是電子信息工程專業(yè)的一門(mén)基礎(chǔ)主干課程，它以信號(hào)特性和處理等工程問(wèn)題為背景，結(jié)合高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、復(fù)變函數(shù)、電路分析等理論對(duì)確定性信號(hào)進(jìn)行時(shí)域、頻域和復(fù)頻域分析，是將學(xué)生從電路分析的知識(shí)領(lǐng)域引入信號(hào)處理與傳輸領(lǐng)域的關(guān)鍵課程，也對(duì)后續(xù)專業(yè)課程如“通信原理”、“數(shù)字信號(hào)處理”等起著承上啟下的作用[1]。該課程概念抽象，數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)較為繁雜，結(jié)果較難理解。該課程的傳統(tǒng)教學(xué)方式多采用單一的理論教學(xué)，或配有少數(shù)硬件設(shè)備諸如信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱等以進(jìn)行少學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。由于硬件設(shè)備價(jià)格昂貴，數(shù)量有限，加上實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的限制，學(xué)生主要依靠做習(xí)題來(lái)鞏固和理解教學(xué)內(nèi)容，對(duì)課程中大量應(yīng)用性較強(qiáng)的內(nèi)容不能實(shí)際動(dòng)手設(shè)計(jì)、仿真和分析，嚴(yán)重影響并制約了教學(xué)效果。為了從一定程度上緩解學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中存在理論和實(shí)踐嚴(yán)重脫節(jié)的問(wèn)題，論文采用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法及層次化思想，基于Matlab的圖形用戶界面GUI（Graphic User Interface）設(shè)計(jì)了“信號(hào)與系統(tǒng)”教學(xué)輔助平臺(tái)。借助該平臺(tái)，可幫助學(xué)生更好地理解和掌握信號(hào)處理中的基本理論和分析方法，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，從而達(dá)到良好的教學(xué)效果。

1平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)框圖

平臺(tái)的總體功能框圖如圖1所示。平臺(tái)和教學(xué)內(nèi)容保持一致，以章節(jié)內(nèi)容進(jìn)行劃分，包括8大模塊： 55個(gè)GUI界面。為簡(jiǎn)化每個(gè)基本模塊的設(shè)計(jì)，論文采用層次設(shè)計(jì)方法，將每個(gè)基本模塊又分解為若干個(gè)子模塊，子模塊下面還可以包括子模塊。章節(jié)模塊包含課件，知識(shí)點(diǎn)，重要算法的動(dòng)態(tài)仿真，課后習(xí)題及解答。其中算法仿真模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。限于篇幅，論文后續(xù)僅抽取部分章節(jié)進(jìn)行介紹。

2仿真平臺(tái)的Matlab GUI設(shè)計(jì)

2.1登錄界面

登錄界面是用戶訪問(wèn)平臺(tái)的第一個(gè)界面，如圖3所示。出于對(duì)安全性的考慮，用戶需要輸入正確的用戶名和密碼后方可進(jìn)入，其中用戶名和密碼存儲(chǔ)在excel文件中。

2.2主界面

登錄成功后則進(jìn)入系統(tǒng)主界面，如圖4所示。主界面以菜單的形式列出每一章節(jié)的內(nèi)容。

2.3參數(shù)可調(diào)的連續(xù)信號(hào)運(yùn)算

摘要： 結(jié)合電子信息工程專業(yè)的教學(xué)改革，針對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)課“信號(hào)與系統(tǒng)”教學(xué)中存在的理論繁雜、教難學(xué)更難的問(wèn)題，基于Matlab的GUI編程方法設(shè)計(jì)教學(xué)輔助平臺(tái)。該平臺(tái)緊扣教學(xué)大綱，操作簡(jiǎn)單，形象直觀。平臺(tái)包含8個(gè)模塊，55個(gè)界面，內(nèi)容以章節(jié)為單位，包含課件，知識(shí)點(diǎn)，重要算法的動(dòng)態(tài)仿真及課后習(xí)題及解答。其中，算法仿真部分參數(shù)可調(diào)，不僅具有仿真結(jié)果，還附有matlab程序源代碼。實(shí)踐證明，結(jié)合該平臺(tái)進(jìn)行教學(xué)可較大提升教學(xué)效果和學(xué)習(xí)效率。此外，該平臺(tái)具有擴(kuò)展性，可作為其它信號(hào)處理類課程的教學(xué)輔助。

關(guān)鍵詞：Matlab GUI；信號(hào)與系統(tǒng)；教學(xué)輔助

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）26-0158-03

Development of Teaching Assistanceplatform for Signal and System Based on Matlab

LU Ying，ZHONG Li-hui*，LI Sha，XU Quan-yuan

（ College of Computer and Informatin， SouthWest ForestryUniversity， Kunming 650024， China）

Abstract：Signal and system is the professional basic course in the major of electronic and information engineering which is complex and difficult to teach and learn. Combined with the teaching reform of the major， we have designed teaching assistance platform for signal and system based on Matlab. The platform which related closely to the teaching problem has the advantages of simple operation and visual image.It includes 8modules（chapters） and 55 interfaces，which contains the courseware， key point， dynamic simulation of important algorithms and after-school exercises and answers. Among them， algorithm simulation part is adjustable which not only has the simulation results， but also shows MATLAB program source code. The practice has proved that the platform can greatly enhance the teaching effect and learning efficiency. In addition， it is scalable and can be used as a teaching aid for other signal processing courses.

Key words：Matlab GUI； signal and system； teaching assistance

“信號(hào)與系統(tǒng)”是電子信息工程專業(yè)的一門(mén)基礎(chǔ)主干課程，它以信號(hào)特性和處理等工程問(wèn)題為背景，結(jié)合高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、復(fù)變函數(shù)、電路分析等理論對(duì)確定性信號(hào)進(jìn)行時(shí)域、頻域和復(fù)頻域分析，是將學(xué)生從電路分析的知識(shí)領(lǐng)域引入信號(hào)處理與傳輸領(lǐng)域的關(guān)鍵課程，也對(duì)后續(xù)專業(yè)課程如“通信原理”、“數(shù)字信號(hào)處理”等起著承上啟下的作用[1]。該課程概念抽象，數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)較為繁雜，結(jié)果較難理解。該課程的傳統(tǒng)教學(xué)方式多采用單一的理論教學(xué)，或配有少數(shù)硬件設(shè)備諸如信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱等以進(jìn)行少學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。由于硬件設(shè)備價(jià)格昂貴，數(shù)量有限，加上實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的限制，學(xué)生主要依靠做習(xí)題來(lái)鞏固和理解教學(xué)內(nèi)容，對(duì)課程中大量應(yīng)用性較強(qiáng)的內(nèi)容不能實(shí)際動(dòng)手設(shè)計(jì)、仿真和分析，嚴(yán)重影響并制約了教學(xué)效果。為了從一定程度上緩解學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中存在理論和實(shí)踐嚴(yán)重脫節(jié)的問(wèn)題，論文采用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法及層次化思想，基于Matlab的圖形用戶界面GUI（Graphic User Interface）設(shè)計(jì)了“信號(hào)與系統(tǒng)”教學(xué)輔助平臺(tái)。借助該平臺(tái)，可幫助學(xué)生更好地理解和掌握信號(hào)處理中的基本理論和分析方法，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，從而達(dá)到良好的教學(xué)效果。

1平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)框圖

平臺(tái)的總體功能框圖如圖1所示。平臺(tái)和教學(xué)內(nèi)容保持一致，以章節(jié)內(nèi)容進(jìn)行劃分，包括8大模塊： 55個(gè)GUI界面。為簡(jiǎn)化每個(gè)基本模塊的設(shè)計(jì)，論文采用層次設(shè)計(jì)方法，將每個(gè)基本模塊又分解為若干個(gè)子模塊，子模塊下面還可以包括子模塊。章節(jié)模塊包含課件，知識(shí)點(diǎn)，重要算法的動(dòng)態(tài)仿真，課后習(xí)題及解答。其中算法仿真模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。限于篇幅，論文后續(xù)僅抽取部分章節(jié)進(jìn)行介紹。

2仿真平臺(tái)的Matlab GUI設(shè)計(jì)

2.1登錄界面

登錄界面是用戶訪問(wèn)平臺(tái)的第一個(gè)界面，如圖3所示。出于對(duì)安全性的考慮，用戶需要輸入正確的用戶名和密碼后方可進(jìn)入，其中用戶名和密碼存儲(chǔ)在excel文件中。

2.2主界面

登錄成功后則進(jìn)入系統(tǒng)主界面，如圖4所示。主界面以菜單的形式列出每一章節(jié)的內(nèi)容。

2.3參數(shù)可調(diào)的連續(xù)信號(hào)運(yùn)算