信號與系統(tǒng)分析動態(tài)模擬系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用

劉澤江

摘要：“信號與系統(tǒng)”是電子信息工程專業(yè)的核心課程，其理論性強，內(nèi)容抽象?！缎盘柵c系統(tǒng)》及《數(shù)字信號處理》是高等院校通信、電子、計算機、自動化等專業(yè)的核心課程，其中很多概念和分析方法廣泛應(yīng)用于通信、自動控制、信號與信息處理、電路與系統(tǒng)等領(lǐng)域。兩門課程物理概念抽象、理論性和數(shù)學(xué)性強，學(xué)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(shù)的飛速發(fā)展，利用計算機進行虛擬仿真成為一種國際潮流，國內(nèi)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(tǒng)分析動態(tài)模擬系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用展開探討。

關(guān)鍵詞：信號與系統(tǒng);優(yōu)秀課程;教學(xué)改革

引言

信號與系統(tǒng)課程是大學(xué)本科電子信息類專業(yè)的一門專業(yè)必修課，對專業(yè)課程的學(xué)習(xí)起到承上啟下的作用。信號與系統(tǒng)是理論性很強的課程，在理論課學(xué)習(xí)中，系統(tǒng)時域分析、傅里葉變換、拉普拉斯變換、Z變換等數(shù)學(xué)概念及公式繁多，容易使學(xué)生感到枯燥單一，缺乏學(xué)習(xí)積極性。因此，在信號與系統(tǒng)課程的教學(xué)中需要應(yīng)用新工科建設(shè)的理念，強化學(xué)生的工程素養(yǎng)和解決實際問題的能力，把理論和實踐相結(jié)合，提高動手實踐能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)高素質(zhì)的新工科人才。

1信號與系統(tǒng)課程實踐教學(xué)現(xiàn)狀

信號與系統(tǒng)課程實踐教學(xué)目前多為兩種形式。一種是采用信號與系統(tǒng)實驗箱的實驗教學(xué)方式。它是利用實驗電路板、信號發(fā)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(chǎn)生和測試、信號的取樣與恢復(fù)等實驗。利用信號與系統(tǒng)實驗箱教學(xué)的優(yōu)點是學(xué)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(jié)果波形。但應(yīng)用實驗箱進行實踐教學(xué)，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(shè)計類實驗會受到限制，難以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并且隨著實驗次數(shù)的增加，電路板耗損嚴重，更新?lián)Q代慢。另一種形式是引入仿真實驗軟件。目前，國內(nèi)外很多高校把 MATLAB軟件和信號與系統(tǒng)課程結(jié)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(fù)頻域等各種變換及系統(tǒng)分析，達到良好的學(xué)習(xí)和實驗效果。

2信號與系統(tǒng)分析動態(tài)模擬系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用

2.1相關(guān)背景引入

為了遵從工程應(yīng)用教學(xué)的特性，理論與工程實際的需緊密結(jié)合，理論知識教學(xué)之前要強調(diào)這些理論的工程背景。信號分析和系統(tǒng)分析的基本概念和基本分析方法包含了大量的公式推導(dǎo)，是具有一整套完整、嚴謹?shù)睦碚擉w系。這樣的理論體系對于初次接觸“信號與系統(tǒng)”課程的學(xué)生來說感到非常抽象，也降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。脫離工程背景的理論教學(xué)會導(dǎo)致學(xué)生對概念的理解不到位，難以達到良好的教學(xué)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(yǎng)學(xué)生運用理論知識解決實際問題能力的必要手段，讓學(xué)生能更好地掌握并運用所學(xué)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(tǒng)設(shè)計及功能

系統(tǒng)主界面如圖 1所示，由“信號分析”與“系統(tǒng)分析”兩大模塊及一個菜單“系統(tǒng)簡介視頻”組成?！靶盘柗治觥蹦K有十個按鈕，“系統(tǒng)分析”模塊有六個按鈕，點擊按鈕，進入相應(yīng)的信號或系統(tǒng)分析設(shè)計子系統(tǒng)界面?！跋到y(tǒng)簡介視頻”是 mp4文件，配有語音和字幕，介紹了系統(tǒng)設(shè)計的基本情況，演示該系統(tǒng)的使用方法，方便學(xué)生快速掌握系統(tǒng)操作。信號與系統(tǒng)分析動態(tài)模擬系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用隴東學(xué)院電氣工程學(xué)院任亞莉圖 1系統(tǒng)主界面圖 1中前十三個按鈕對應(yīng)的內(nèi)容屬于《信號與系統(tǒng)》課程，后面三個按鈕是濾波器設(shè)計內(nèi)容，屬于《數(shù)字信號處理》課程，每個按鈕對應(yīng)一個信號或系統(tǒng)分析設(shè)計子系統(tǒng)，實現(xiàn)相應(yīng)的信號與系統(tǒng)分析內(nèi)容，其中“非周期連續(xù)時間信號線性卷積”和“基于窗函數(shù)的 FIR數(shù)字濾波器設(shè)計”子系統(tǒng)實現(xiàn)的功能如表 1所示。

2.3加強實踐教學(xué)

“信號與系統(tǒng)”是一門理論和實踐、原理和應(yīng)用緊密結(jié)合的課程，其實驗教學(xué)與理論教學(xué)同樣重要。實驗驗證理論，使學(xué)生加深了對理論知識的理解;理論又可指導(dǎo)實踐，通過實踐培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識分析和解決實際工程問題的能力。結(jié)合“信號與系統(tǒng)”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(xiàn)計算機結(jié)果和編程的可視化，適合該課程模擬仿真實驗。通過實驗，學(xué)生能夠掌握信號的時域表示和頻譜分析、系統(tǒng)的響應(yīng)、卷積的計算等基本概念，理解調(diào)制與解調(diào)等信號的處理方法，應(yīng)用所學(xué)知識對系統(tǒng)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(xiàn)出來，鞏固學(xué)生對理論知識掌握的同時，充分激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。學(xué)生可以隨意修改實驗參數(shù)，對比實驗結(jié)果，確定昀佳分析參數(shù)，還可以自行設(shè)計線性系統(tǒng)進行仿真，培養(yǎng)了學(xué)生獨立思考能力和創(chuàng)新能力。

2.4課程體系建設(shè)

根據(jù)學(xué)生的自身情況，對教學(xué)內(nèi)容進行精講精練，重視基本理論和基本方法基礎(chǔ)上，突出重點和難點。課程教學(xué)內(nèi)容重視信號與系統(tǒng)基本理論和基本方法的講解，并強調(diào)其實際應(yīng)用，有利于學(xué)生增強對專業(yè)課學(xué)習(xí)的能動性。同時建立了“時域到變換域分析，信號到系統(tǒng)分析，連續(xù)系統(tǒng)到離散系統(tǒng)分析”的教學(xué)主線。重新設(shè)置重點、難點內(nèi)容以及教學(xué)基本要求等，調(diào)整教學(xué)大綱，及時更新授課內(nèi)容，收到了良好的教學(xué)效果。

結(jié)語

在日后的教學(xué)實踐中，我們要堅持以社會需求為導(dǎo)向，繼續(xù)完善課程體系，探索新的教學(xué)方法和理念，改進教學(xué)手段，提高教學(xué)效果，培養(yǎng)出適合時代發(fā)展的高素質(zhì)人才。

參考文獻

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