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基于Matlab的數字信號處理實驗仿真系統的實現[1]_圖文

基于Matlab的數字信號處理實驗仿真系統的實現[1]_圖文

中國科 技 論 文 統計 源 期 刊 中 國科技核 心 期 刊














,

現 代 教 育技 術

基于

的數字 信號 處 理 實驗 仿 真 系 統 的實現


,





,

陳 前斌
,

,






重 慶 郵 電 學院 通 信 學 院

重慶



要 針對 數 字信 號 處 理 課 程 的 特點 和
,

軟件 在 可 視化 編 程 和 數 值 計算 的 優 勢
,

,

開 發 出一 套能 輔 助
。

《 字 信 號 處 理 》教 學 的 實 驗 仿真 系 統 數
關鍵詞

既 能豐富老 師 的教 學 手 段 編程
文 章編號

又 能提 高學 生 學 習 質量
一 一

數 字 信 號處 理


仿 真系統
文 獻標識 碼

中 圖分類號 廠



,

,



,

,



,

側 場

,

,
,




,



切 。八如

,
。

數字 信 號 處理是 應用 最快
學之一
測遙感

, ,

、

成 效 最 顯 著 的新 科
、

可 以 采用 像

這樣 的 軟 件 設 計 多 媒 體課 件

廣 泛地 應 用 在通 信 地址勘探
、

、

控制
、

生 物 醫學

、



、

航空航天

自動 化 儀 表 等 領
,

工 具簡 介


域 〔 〕 國 內外 高 校 都 為 相 關 專 業 的 學 生 開 設 了 這

公司于
, ,

年 推 出 的一

門課 程

。

我 校 除通 信 電子 信 息 類 的 專 業 外
、

計算機
、

套 高性 能 的 數 值計 算 和 可 視化 軟 件

經過

多年

科 學 與技 術

光 信 息 科 學 與技 術
、

、

地 理 信 息 系統

的 發 展 和 各 個領域 的專 家 的 共 同努 力

如 今它 己集
,

信 息安全 課程

、

、

生 物 醫 學 工程

測 控技術 與儀 器 等 專 業

數值 分 析 體

,
、

、

矩 陣運 算
、

、

信號處 理 和 圖形顯示 于 一
諸 如模 糊
圖像 處 理
、

都在 教 學 計 劃 中 相 繼 設 置 了 《數 字 信 號 處 理 》
。

形 成 了 用 于 各個 領 域 的 工 具箱 函 數

神經 網 絡
、

小 波分析
, ,

、

控 制 系統


、

數字 信 號 處 理 》課 程 的 特 點 是 概 念 多 《
性 質 的 推導 和 證 明 繁 瑣
, , ,

,



系 統辯 識
, ,

信 號處 理 等
。

其 強 大 的擴 展 功 能為各個 被譽 為
站在 巨人肩上
可 用 來 管理各

還 需 《信 號 與 系統 》

等相 關課 程 的 基 礎
程之一
。

被公認 為 大學 課 程 中最 難 的 課

領域 的應 用 提 供 了 基 礎 , 〕 的工 具
引人 了

學 生 對 上 課 內容 的 理解 往 往跟 不 上 老 師授 種窗 口
, ,

桌面
,

,

課 的 進 度 現在 很 多 大學教 師 在課 堂 上 采 用 了 多媒 體教 學 多 媒 體授 課具 有 教學 信 息 量 大 信 息 傳 遞
,

有助 于 提 高 工 作效 率
,

消除 了 各 種 版本 中
。

文 本 編 輯器 的 差 異

提高運 算速 度
,

制作 工 具

便捷

、

交 互性 較 強

、

感官 刺激 效果 好等特 點
,

。

得 到 了 極 大 的 改 進 和 擴展 補 充
,

使得 圖 像 制作 更 加

對 于講授 《 數字 信 號處 理 》課程 的老 師 來 說 要 提高 學 生 對 這 門課 的認識

簡便

,

圖 像 質 量 也有 很 大提 高 比如 產 生 波形
,
、

。

可 從 豐 富 教 學手 段 人
,

由于

在 數 字信號 處 理 領 域 有 著 巨 大 的



,

除 了 考 慮 制作 具 有 動態 效 果 的幻燈 片 之外





優勢
卷積

,

抽樣

、



碑 變換
, ,

、

、

收 稿 日期 作 者簡介

修 改 日期





濾 波器 設 計 等 都 可 以 很 容 易 地 實現 開發
。

特別是


李強 向



,



,

湖南 人

,

碩士

,

副教授

,

研究 方

視頻 壓 縮 編 碼 與傳 輸

的推 出 隨著 盯 系 統 的設計 采 用

這 種 應 用 變 得更 為廣 泛
















個系 統 的 框 架

,

塊 間 的 調用 關 系 如 何

一一
系 統 結構 的設 計
實 驗 仿 真 系 統 結構
, ,

—一



一 一一
設置
函數
,


。

中選擇 所需 的控 件

保存 并 編 程
屬性
,

中最重 要 的是
,


,



再 對 每 個 控 件 的 屬性 進行
,

這 里 需要 注 意 的是

屬 性設 置


控件 的





回調

開 發 一 個 系統

首 先需 要 建 立 一 個 原 型
。

即整
,

,

因 為 編 程 基本 上 都是 對
“ ”
。



它反 映 系統 的體 系結構
,

建立 原

件進 行

若其

屬 性設 置 不 好 將 不 能實
,

需 要 確定 系統 的體 系 結 構 由哪 些 模 塊組 成 需要 哪些 全局變量 等
, ,



現 對 它 進 行 編程

。

通過

界 面 設計 好 后

,

需 要 對 一 些控 件 進 行 編碼
,



分析

。

,

設計 出 如 圖

所 示 的 系統結 構 圖
。

圖 中每 個

實 現相 應 的 功 能 簡單
, ,

。

采用

語 言 進 行 編 程 比較
。

方 框代表一 個 圖形 用 戶 界 面

箭頭 表示 調 用關

下 面 介紹各個基本模塊 的 功 能

工 許 多 地方與 語言 相 似 且 由于 可 直接 調用 函 數 就 可 實現 具箱 的 開 發 許 多 功 能

限 于篇 幅

,

這 里 不 作 具 體介 紹

。

仿 真 系 統的 測 試 和 演 示
測 試 也 是 系統 開 發 中一 個 重 要 的 環 節
,

檢查 系

統 能 否 正 常運 行

、

模 塊 間 的調 用 是 否 正 確 以 及 能 否
。

實 現用 戶 預 期 的要 求
中的 錯 誤 作 及 時 修 改
沁波器設計
生成法波器

通 過 測 試 能 夠 對 隱藏 在 系統

,

使 系統 更加完善

。

在 系統 開
,

注波器 設 計

發過程 中

,

對每 一 個 開 發好 的 模 塊均 進 行 了 單 元 測
下 面介
,

窗函數的選擇



,

在 模 塊 組 裝 成 系 統 時進行 了集 成 測 試
即性 能測 試
。

紹 系 統確認 測 試 【

和演示過程



演示 模塊 塊

矩 形 窗

布 萊 克


漢 寧



哈 明 窗

其 是 否 完成 了 預 定 的 功 能
信 號 產 生 模塊 所示
, ,



個 動 態 文 本框 中輸 人 參數值可 任選
頻率 為

,



正 弦信 號 的 幅 度 和 頻 率參 數 值

如圖

信號
頻率為

幅度 為
,

,

信號 按










刀不




幅度 為 鈕
,

點擊


在 對 應 的 坐 標軸 上 顯 示 該 信 號 點擊


點擊
,



系 統結構 框 圖

生 疊加 后 的信號

按鈕

可 進人



樣 模塊
信 號產 生 模塊

” 。

根 據用 戶 輸 人 的參數
,

,



幅度 和 頻 率

,

產 生 兩 個 正 弦信 號
。

對 這 兩 個正 弦 信

號疊 加 生 成要 處理 的模 擬 信 號

抽樣模 塊

根 據 用 戶設 置 的抽 樣 頻 率 對 模
,

擬 信號在 時域 上進行 抽樣 頻 譜演 示 模塊 進行 譜 分析
,

產 生 一 時 域 離 散 信號 用
,

。

” 對 時域 離 散 信 號
。

用來 顯 示 信號 的 頻 譜 圖

雄 波 器 生成 模塊

,

根 據 用 戶 輸 人 的截
。

止頻 率 和 衰 減 指 標 設 計 出 巴 特 沃 斯 數 字 低 通 濾 波

并 顯 示 出 濾波 器 的 幅度 特性 和 相位 特 性 曲線


魂波 器 生 成模 塊
、

根 據輸 入 的 窗 口 長

度和 截止 頻 率 用 窗 函數 法 設計 供 選擇 的 窗 函 數 有 矩 形 窗
漢 寧窗等
。

數 字 濾 波器
、

,


、



信 號產 生 模塊

布萊 克 曼 窗

哈曼窗

抽樣 模 塊
時 間間隔值
,

在如圖 秒
,

的 文 本框 中輸 人 抽 樣
,

實 驗 仿真 系 統 的 實 現

抽樣 頻 率為

對疊 加


按 照 系 統結 構 框 圖 的要 求
用戶界面
,

需 制作 巧 個 圖形
。

的 模 擬 信 號 進 行 等 間隔 抽 樣
的信號

,

點 擊按 鈕
。

抽 樣后

且 要 滿 足 模 塊 間 的調 用關 系

先 在 每個

產生 一 個時域 離散信號

從顯示結果





,


,

基于

的數字 信號 處 理實 驗仿 真 系 統 的 實 現
。



,

對 模擬 信 號 每 秒抽取 了



個點

結果 正確
” 。





按鈕

,

進人



性 成 濾 波 器 模塊



誰 波器演 示 模塊



抽樣模塊





生 成 濾 波器 模 塊
、 。

輸人窗 口 長度
。。 二 。
,

仿真 系 統 根 據 截 止 頻 率 和 選 定窗 函 數 可 以 設 計 出
在 文 本 框 中輸 入 窗 口 長 度 為
,

及 生 成 濾 波器模 塊

在 文本 框 中 輸 人 數

對應 的 低 通 濾 波 器 點
,

字低 通 濾 波 器 指 標

、

通帶截止 頻率
下同
,
、

截止頻率為
所示 的
,

點擊



矩形 窗
。



按鈕 濾波



進 行 歸一 化
,

,

阻帶 截 止頻 率
、

就可生成 圖
。
。

低通濾 波器
、


。

通 帶 最 大 衰減

阻帶最 小 衰減 按鈕

,



器 演示 模 塊 中

同時 顯示 出 設 計 出 的濾 波 器 的單 位 衰減 特 性 幅 頻 和 相頻特性 設計
。



點擊




生 成濾波 器
,



產生一個 所
” 。

取 樣響 應 波 形

、

數 字 低 通 濾 波器

。

其 幅頻 和 相頻 特 性 曲線 如 圖
按鈕
,

出 的濾 波 器特性 一 目了 然

點擊

, ’

進人

演示 模塊

圖 圖



滾波器特性演 示 模塊

濾 波器 生成 模塊

濾 波器濾 波演 示模塊
《 模塊




濾波

演 示 模塊 進 行 濾波
,

此模塊 可 演 示 整個 濾波 過程


,

器 濾 波效 果 的演示

,

濾 波 的對 象 采 用 了 醫 學 上 人

它將 抽 樣 模 塊 產 生 的 離 散 信 號 通 過

濾波器生成

體心 電 圖 信號
高頻 干 擾
用 信息
。
,

,

該 信 號 在 測 量 過 程 中受 到 了 工 業 低 通 濾 波器后

,

并 顯 示 出 濾 波前 后 的 時 域 離 散
,

通過所設計 的
,



信號 和 濾波 前 后 信 號 的頻 譜 圖 截取 序 列 前
后 序列 的 模 值 示
, ,

如圖

所示
,

。

通過

除 了 高頻 干 擾

心 得 到 能 夠 作 為 少 析心 臟 功 能 的 有 所示 的

點作

對 信 號 作譜 分析
。
,

求變 換


點擊 圖

濾波
,



按鈕后
,

,

心電

顯 示 出信 號 的 幅 度 譜
,

如圖

圖 信號 濾 波 前 后 的 時 域 信 號 和 頻 譜 如 圖

所示

。

濾 波 前信 號 有 對稱 的兩條 主 譜 線
對 應 模 擬 信號 頻 率 為

分別對 應 濾

濾 波前 信 號 序 列 幅 度 起 伏 較 大

不規則

存在高

波 前 時 域離散信 號 的兩個頻 譜 分 量 器

,

通 過低 通 濾 波

頻干 擾

。

,

濾 波后 信號 幅度 平 滑
。

,

起 到 了濾 波 的作

的頻譜分 量被 濾 除
。

從 信 號 濾 波前 后 的 頻 譜 圖 域 的 比 較 也 可 得 出
下轉第

。

濾 波前 后 在 頻 譜 圖 中 主 譜 線 兩 邊 產 生 很 多 旁
是 由 于 對 序 列 截斷 引 起 的譜 間干 擾

類 似結 論



,




—一















一一

共 同解決 問 題


,

才 能 成 功地 完 成 實驗

提 商學 習 興 趣
,

給學 生 充分 的 自由度 以 實 現學 生 興趣

佳配 置

,

學生學 習熱情高
。

確定 解 決 方法

實驗教學 體 會 與 總 結
在 設 計綜合 性 實驗 時 教 師 多交流
、
,


、
,

。

實驗 題 目 的 宏 觀 約 束 小
自主
、


,

能 力 等 的最

積極地查 閱資



,

混 流 裝 配 綜合性 開 放 實驗 得 以順 利成 功地 完

與 系 領 導 的 重視 和 支 持 是 分 不 開 的

一一
,



。

結束 語

通 過 混 流 裝 配 綜 合 性 開 放 實 驗 的順 利 實施

,



得 了 一 定 的 效果

受到 了 學 生 的廣泛贊 譽
, ,

,

實驗 既

鍛 煉 了 學 生 綜 合 運 用知 識 的 能 力
團 隊 精神 和 協 作 能 力 習 打 下 了 良好 的基 礎
,

也 提 高 了學 生 的

實 驗指 導 教師 要 與任課
,

創 新 意 識 和 創造 性解決 問 題 的 能力
。

培 養 了學 生 的

多溝 通
,

、

多 討論
,

此外 也要 了解實 驗
。

為 他 們后 續 的學 習和 企 業 實

學 生 的 知識 背 景

。

以 便 明 確 實 驗 方 案 和 實施 手 段
,

對 于 學 生 不 了解 的 知識點 先 要 明 確實驗 的教學 目的
不 是 一 味地 示 教 的 原 因而 搞

。

需要 在 實驗 指導 書 中指

對 于 綜合 性 開 放實驗 的指 導
,

實驗指 導 教 師 首
,

參考 文 獻

齊二 石
,

針 對性地 進 行指 導
。
,



劉子先 豐 田 生 產 方式 及其應用 仁


企 業 管理

,

要 鼓 勵學 生 探 索 和 創新

,

綜 合性 開 放實驗 的 成績
一刀切
、

不 能 由于 分 組

、

人多
比如

張 「 〕 守魁 綜 合性開放實 驗

要 綜 合全 面 地 考 慮
、

。



實 〕 驗技術 與管理
,

,



學 生 素質 教 育 與能 力 培 養的好 課
,



李 〔〕 軍 【

貴文 龍

,

呂春梅

《生 產計劃 與控 制 》課程教學 的改 革
,

混流 裝 配 實驗從 以 下 幾 個方 面 對 學 生 進行評 價


、

與實踐 桂林 電 子工業 學 院學報

儀只

,



驗 的預 習 準 備 工 作
正 式報告
、

現 場 的表現
。

實驗 預 習 報 告

陳杰 工 業 工 程 本 科 教 學 實驗 體 系研 究 【

實驗室研 究 與探

個 人 總 結 的 內容等


,

,

以科
,

,



以 往 過 多 的 實驗 內容 均 是 在計 算 機 上 進 行 的

」 曉英 楊

馬偉

,

李 濟順

,

等 現 代工 業 工 程 教學 實驗 系 統 的 規
自然 科 學 版
,

對 于 混 流裝 配 綜 合 性 開 放實驗
興 趣 和 積 極性 的主 觀能動 性
,

,

學 生 表 現 出極 大 的
。
,

劃設計 〔


河 南科 技 大 學 學 報



,

表 明這 種 實驗 形 式 是 值 得 肯 定 的
變 被 動 學 習 為 主 動學 習
。

徐 」 建一

,

冉 凡 英 可 編程 程 序 控 制 器 引 人 電 工 學 教 學 的體 會
,

應 該 多 提 供學 生 自己 動手 的 機 會 和 場所
,

發 揮學 生

實 」 驗技術 與管理

以拼

,



上接 第





濾 波 器 演示 模塊
,



,

演示 用

對 序 列 譜分析
,

的頻譜 圖

觀 測 截 斷效 應 中 的譜 間 干 擾 和 泄漏 現 象 在 講數 字濾 波 器 的設 計 時
、

并分 析 原 因

根據 不 同
。

的 截止 頻 率 和 衰減 值 設 計 出對 應 的

濾波 器



擇 不 同的窗 函 數


窗 口 長 度 和 截 止頻 率設 計 出不 同

濾波 器
。
,

,

并 顯 示濾波 器 的 幅 度 和 相 位 特 性 等
。



這 個 系 統 的 演 示 可 把 該課 程 的 大 部分 內容 聯 系

起來

使學 生 對各個 章 節 的 內容能 融 會 貫 通
,

學生

得 到 這 個軟 件
置不 同 的參數

也 可 在 自己 的微機 上 運 行

,

通 過設

,

設計 不 同類 型 的 濾波器

,

對 不 同信

號 進行 濾 波


,

觀 測 并 自己 分 析 波形 特性

。

渝 波 前 后時域 波 形 圈和 頗譜 圈

參考 文 獻 《
丁玉 美 仁〕
,

高西 全 數 字 信號處 理 【
李博苗 基 于

西安

西安 電 子 科 技 大

實 驗仿 真 系統 對課堂 教 學 的幫 助
本 系 統可 使 用 在 《 字 信 號 處 理 》整 個 教 學 數
過程 中

。

學 出 版社

樓 【 〕 順天
、

,

記曲 的 系 統 分 析 與 設 計 〔
,

西安

西 安 電子 科 技 大 學 出 版社
王 〔 」 艷芬
,

比如

,

講 解 信 號 的 抽樣

序列 的概 念 時

,

,

史良

,

王剛 基于

軟件 環 境 的 《 字 信 號 處 數
, ,

可 使 用 信 號 產 生 模 塊 和 抽 樣 模塊作 演 示

在 講授 用 通過調用

理 》課 程 新實驗 開 發 【 了 實 驗 技 術 與管 理


對信號進行譜分析 內容




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