数字信号处理教学辅助软件设计与实现.doc

数字信号处理教学辅助软件设计与实现 DOIDOI: 0引言数字信号处理技术在无线电通信、数字电视与媒体、生物医学、数字音频与仪器等领域应用非常广泛。数字信号处理知识在电子信息工程及相近信息类专业人才知识构成中占有相当重要分量。数字信号处理是电子信息工程专业重要专业课程,该课程理论性强,概念抽象,不易理解,教学内容量大,前后知识联系紧密,普遍存在教师不易教、学生学****难问题。 MATLAB是一款功能强大、效率高、交互性好数值计算与可视化高级语言,它将数值剖析、矩阵运算、信号处理与图形显示有机融合为一体,形成一个用户界面友好、操作方便环境[1]。MATLAB软件在信号处理方面应用主要是数值计算与仿真剖析,包括函数波形绘制、函数运算、信号时域剖析、信号频谱剖析等,可帮助学生更深入理解数字信号处理理论知识。本文将MATLAB强大数值剖析与数据可视化功能运用于数字信号处理基本原理与方法展示,开发了一套数字信号处理课程教学辅助软件,进行多媒体教学。 1系统总体设计系统包括序列、信号变换与滤波器3大板块20余项功能,如图1所示。序列板块包括单位脉冲序列、阶跃序列、矩形序列、实指数序列、复指数序列与正弦序列产生与展示,序列运算、时域采样过程与采样恢复过程演示。序列?换指序列几种重要变换,如DTFT、Z变换、DFT与Chirp-Z变换过程及相关特性展示。数字滤波器设计是数字信号处理课程重点内容,序列变换研究最终目就是要设计滤波器。本科阶段主要学****选频滤波器,包括高通滤波器、低通滤波器、带通滤波器与带阻滤波器。从单位脉冲特点来看,分为无限长脉冲响应滤波器(IIR,InfiniteImpulseResponse)与有限长脉冲响应滤波器(FIR,FiniteImpulseResponse)两种。在对滤波器没有线性相位要求时,通常设计为IIR滤波器。IIR数字滤波器通常运用脉冲响应不变法或双线性变换法进行数字域与模拟域频率与系统函数变换,然后借助模拟滤波器设计方法辅助设计。当要求线性相位时,通常采用FIR滤波器。每种滤波器有多种不同设计方法,按模拟滤波器、IIR滤波器与FIR滤波器3个子板块进行展示。系统采用演示版与实验版双版本设计,如图2所示。演示版对3大功能板块中各项内容进行演示,适合在课程教学过程中使用。实验版不仅包括各项内容展示,还可完成一些基本课程实验。 2系统实现 MATLAB提供图形用户接口(GraphicalUserInterfaceDevelopment,GUI)具有强大图形界面开发功能。本系统借助MATLABGUI环境,设计符合用户使用****惯外观,便于交互式使用。本文选取序列及其运算、时域采样、频域采样与序列变换等几个具有代表性功能模块来展示系统实现方法与效果。 ,基本序列模块图形展示采样序列δ(n)、矩形序列R(n)、实指数序列anu(n)、单位阶跃序列u(n)、正弦序列sin(wn)与复指数序列Ae-jwn等几种常见序列。为便于操作与比较,安排在同一界面展示几种不同序列,通过点击不同按钮进行切换;为了提高界面友好性,系统提供了图形控制展台供用户调整图形外观。序列运算模块实现了加法、乘法、翻转与卷积等序列运算。图3是常见序列展示程序界面,图4展示了序列基本运算。本部