信號與系統分析動態模擬系統開發及應用

劉澤江

摘要：“信號與系統”是電子信息工程專業的核心課程，其理論性強，內容抽象?！缎盘柵c系統》及《數字信號處理》是高等院校通信、電子、計算機、自動化等專業的核心課程，其中很多概念和分析方法廣泛應用于通信、自動控制、信號與信息處理、電路與系統等領域。兩門課程物理概念抽象、理論性和數學性強，學生對其中的分析方法與基本理論不能很好地理解與掌握。如何找到一種切實可行的途徑來解決這一問題，一直是努力解決的難題。近年來，隨著計算機硬件性能的不斷提升和計算機軟件技術的飛速發展，利用計算機進行虛擬仿真成為一種國際潮流，國內也逐步開始了這一方面的工作，取得了積極的成果。本文就信號與系統分析動態模擬系統開發及應用展開探討。

關鍵詞：信號與系統;優秀課程;教學改革

引言

信號與系統課程是大學本科電子信息類專業的一門專業必修課，對專業課程的學習起到承上啟下的作用。信號與系統是理論性很強的課程，在理論課學習中，系統時域分析、傅里葉變換、拉普拉斯變換、Z變換等數學概念及公式繁多，容易使學生感到枯燥單一，缺乏學習積極性。因此，在信號與系統課程的教學中需要應用新工科建設的理念，強化學生的工程素養和解決實際問題的能力，把理論和實踐相結合，提高動手實踐能力和創新能力，培養高素質的新工科人才。

1信號與系統課程實踐教學現狀

信號與系統課程實踐教學目前多為兩種形式。一種是采用信號與系統實驗箱的實驗教學方式。它是利用實驗電路板、信號發生器、示波器等器件測試、觀察、分析信號的波形，如可以完成常用信號的產生和測試、信號的取樣與恢復等實驗。利用信號與系統實驗箱教學的優點是學生可以在電路板上搭建簡單實驗電路，測量輸入輸出信號，觀測實驗結果波形。但應用實驗箱進行實踐教學，只能完成部分驗證性實驗，實驗電路板等硬件器材覆蓋知識點有限，設計類實驗會受到限制，難以調動學生的學習興趣，并且隨著實驗次數的增加，電路板耗損嚴重，更新換代慢。另一種形式是引入仿真實驗軟件。目前，國內外很多高校把 MATLAB軟件和信號與系統課程結合起來，利用 MATLAB強大的計算能力和信號處理工具箱完成時域、頻域、復頻域等各種變換及系統分析，達到良好的學習和實驗效果。

2信號與系統分析動態模擬系統開發及應用

2.1相關背景引入

為了遵從工程應用教學的特性，理論與工程實際的需緊密結合，理論知識教學之前要強調這些理論的工程背景。信號分析和系統分析的基本概念和基本分析方法包含了大量的公式推導，是具有一整套完整、嚴謹的理論體系。這樣的理論體系對于初次接觸“信號與系統”課程的學生來說感到非常抽象，也降低了學生的學習興趣。脫離工程背景的理論教學會導致學生對概念的理解不到位，難以達到良好的教學效果。通過引入工程背景，再從這個背景中凝練理論問題，也是培養學生運用理論知識解決實際問題能力的必要手段，讓學生能更好地掌握并運用所學到的理論知識，并提高白身的動手能力以及分析問題和解決問題的能力。

2.2系統設計及功能

系統主界面如圖 1所示，由“信號分析”與“系統分析”兩大模塊及一個菜單“系統簡介視頻”組成?！靶盘柗治觥蹦K有十個按鈕，“系統分析”模塊有六個按鈕，點擊按鈕，進入相應的信號或系統分析設計子系統界面?！跋到y簡介視頻”是 mp4文件，配有語音和字幕，介紹了系統設計的基本情況，演示該系統的使用方法，方便學生快速掌握系統操作。信號與系統分析動態模擬系統開發及應用隴東學院電氣工程學院任亞莉圖 1系統主界面圖 1中前十三個按鈕對應的內容屬于《信號與系統》課程，后面三個按鈕是濾波器設計內容，屬于《數字信號處理》課程，每個按鈕對應一個信號或系統分析設計子系統，實現相應的信號與系統分析內容，其中“非周期連續時間信號線性卷積”和“基于窗函數的 FIR數字濾波器設計”子系統實現的功能如表 1所示。

2.3加強實踐教學

“信號與系統”是一門理論和實踐、原理和應用緊密結合的課程，其實驗教學與理論教學同樣重要。實驗驗證理論，使學生加深了對理論知識的理解;理論又可指導實踐，通過實踐培養學生綜合運用所學知識分析和解決實際工程問題的能力。結合“信號與系統”課程的特點，采用軟件Matlab進行虛擬實驗。Matlab具有完備的圖形處理功能，實現計算機結果和編程的可視化，適合該課程模擬仿真實驗。通過實驗，學生能夠掌握信號的時域表示和頻譜分析、系統的響應、卷積的計算等基本概念，理解調制與解調等信號的處理方法，應用所學知識對系統進行時域和變換域分析等。Matlab仿真可以簡化求解、快速分析，得出逼真的圖形，使原本抽象的知識和概念具體生動的表現出來，鞏固學生對理論知識掌握的同時，充分激發了學生的學習興趣和熱情。學生可以隨意修改實驗參數，對比實驗結果，確定昀佳分析參數，還可以自行設計線性系統進行仿真，培養了學生獨立思考能力和創新能力。

2.4課程體系建設

根據學生的自身情況，對教學內容進行精講精練，重視基本理論和基本方法基礎上，突出重點和難點。課程教學內容重視信號與系統基本理論和基本方法的講解，并強調其實際應用，有利于學生增強對專業課學習的能動性。同時建立了“時域到變換域分析，信號到系統分析，連續系統到離散系統分析”的教學主線。重新設置重點、難點內容以及教學基本要求等，調整教學大綱，及時更新授課內容，收到了良好的教學效果。

結語

在日后的教學實踐中，我們要堅持以社會需求為導向，繼續完善課程體系，探索新的教學方法和理念，改進教學手段，提高教學效果，培養出適合時代發展的高素質人才。

參考文獻

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