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第22卷 第1期
2011年3月
苏州市职业大学学报 Vol.22,No.1
Journal of Suzhou Vocational University Mar. , 2011
基于MATLAB的“信号与系统”实验平台设计
王 峰，周昌雄
(苏州市职业大学 电子信息工程系
,
江苏 苏州
215104
)
介绍了基于MATLAB的“信号与系统”课程的可视化虚拟实验平台.该实验平台包含了“信
摘 要：
号与系统”实验教学中典型仿真实例分析,通过交互式平台直观显示实验结果,帮助学生理解“信
号与系统”的原理和分析方法,以提高学生分析问题和综合应用能力..
MATLAB; GUI界面; 虚拟实验平台
关键词：
中图分类号：
G642.423
文献标志码：
A
文章编号：
1008-5475(2011)01-0022-03
Design of Experimental Platform for Signal and System Based on MATLAB
WANG Feng
，
ZHOU Chang-xiong
(Department of Electronic Information Engineering，Suzhou Vocational University, Suzhou 215104, China)
Abstract
:
The paper introduces the design of visually virtual experimental platform for signal
and system course based on MATLAB. The platform includes analysis of typical simulation in
experimental teaching of the course. It visually displays results through the interactive platform,
which helps the students understand the theory and analysis method of signal and system and
improves their capability for analysis and application.
Key words
:
MATLAB; GUI interface; virtual experimental platform
“信号与系统”是通信、电子信息技术专业的一门专业基础性课程，但是由于受到教学学时、实验设
备、实验人员和实验条件的限制，教学要求有时难以完全做到.基于上述考虑，将MATLAB仿真技术和
图形用户界面(graphical user interface，GUI)引入到教学中，开发设计了可视化的信号与系统虚拟实验
平台，通过仿真，可以让学生直观地观测到晦涩难懂的原理演示, 帮助学生理解和领会抽象的内容, 提
高学习的兴趣和积极性，培养学生的自主学习能力、独立思考能力和综合应用能力
[1-3]
.
1 实验平台构架
本虚拟实验系统具有可视化的特点，操作方便、直观.通过GUI界面，学生可以进入教师指定的实验
项目，进入相应的环境，设置和调整仿真参数，进行仿真试验;或者任意进入感兴趣的实验项目，打开参
考资料及问题解答，进行自学.同时，仿真实验平台还提供了对应实验项目的仿真实例，学生可以通过仿
真实验结果进行比较分析，自觉发现实验中存在的问题，锻炼独立思考问题、分析问题的能力
[3]
.
收稿日期：
2010-11-18;
修回日期：
2010-12-16
基金项目：
江苏省现代企业信息化应用支撑软件工程技术研发中心基金资助项目(
SX200906
)
作者简介：
王 峰(
1974-
),男,陕西商洛人,讲师,主要从事通信与信息系统研究.
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2011年第1期 王 峰等：基于MATLAB的“信号与系统”实验平台设计
1.1 实验项目
在进行虚拟实验平台设计时，强化“信号与系统”理论的基本思想和核心概念，为理解和应用理论提
供有力的帮助.
根据实验教学计划的要求，设计的虚拟实验平台包含了“信号与系统”实验教学中典型的实验项目，
具体实验有:信号的基本性质(主要分析各种基本信号的特点及翻转、折叠等性质);信号与系统时域分
析(主要进行连续与离散系统的分析);连续系统的频域分析(主要进行连续系统的频谱分析仿真);连续
系统的复频域分析(主要研究拉普拉斯变换及应用);离散系统的Z域分析(主要研究离散系统的Z变换及
系统稳定性分析);离散傅里叶变换(主要仿真DFT及FFT算法);滤波器设计(掌握IIR、FIR滤波器设计方
法，观察参数变化对滤波器的影响);声音信号分析(运用所学知识对声音信号进行处理).都附有帮助和
相关参考资料及问题解答.通过GUI界面上的按键，可以打开这些资料自学.
1.2 学习资料
利用所设计的实验平台的GUI界面可以直接调入MATLAB的参考学习资料、信号与系统课件、硬件
实验指导书、仿真实验指导书、信号与系统习题库等参考资料.在实验过程中，学生可以随时参考实验指
导书、设置仿真参数，进行仿真系统的调试和系统仿真结果的分析.通过仿真练习，学生对系统的电路组
成和连线、参数取值范围和实验结果等都有一定的了解和直观的认识，因此，在硬件模拟实验中，学生对
整个系统的硬件组成比较熟悉，对参数测试结果的正确性也有一个判定的范围.同时，通过仿真和实际
动手的操作，可以锻炼学生思考问题、分析问题和解决问题的能力.
2 信号与系统界面设计
2.1 GUI界面的创建方法
GUI是由窗口、光标、按键、菜单、文字说明等对象(object)构成的一个用户界面.用户通过一定的方
法激活这些图形对象，使计算机产生某种动作或变化，比如实现计算、绘图等.创建GUI界面必须具备的
三个基本元素:组件、图形窗口和回应.使用GUIDE创建在布局GUI的同时生成两个文件:
一是 FIG文件，包括GUI图像的窗口和所有子对象(包括用户控件和坐标轴)的完全描述以及所有对象的
包含用户用来发布与控制界面和回调函数，的各种函数其中不包含任何组件
属性值;另一个是M文件
[4]
，
的布置信息
[4]
.
2.2 实验平台的GUI界面
设计中用到的控件有:按钮、文本框、坐标轴、下拉列表、单选按钮、复选按钮、滚动条等.
所设计的GUI界面主要包括实验平台进入界面、实验名称界面、每一个实验项目界面及其对应的仿
真实例、参考资料学习子界面等
[5]
.图1是信号与系统虚拟平台的进入界面.其中GUI界面主要使用的控
件有1个静态文本框(static text)、7个按钮(push button).文本框主要用于文字的显示，按钮的功能有多
种，比如函数的调入、界面之间的跳转等.将所需控件拖入GUI界面，然后对各个控件按要求进行属性编
辑.在对各个属性按要求修改完之后，点击GUI界面上工具栏中的按钮“
面，MATLAB系统会自动生成相应的M文件
(源程序文件)，运行程序后，得到的结果如图
1所示.
当按下图1中信号与系统仿真按钮，即可
进入信号与系统实验界面，如图2所示.采用
上述的设置方法，可设计其他界面.
” 就可以运行设计的GUI界
3 系统仿真实例
系统设计时，考虑到“信号与系统”课程
理论多，学生难以消化，仅靠简单的几个实验
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苏州市职业大学学报 第22卷
学生很难掌握这门课程，同时考虑到学生自学的要求，将信号与系统实验分为8个模块，涵盖了“信号与
系统”课程中大部分内容.如声音信号分析模块中对采集的声音信号进行时域和频域分析，在FIR滤波器
设计中有窗函数设计、频率样本设计及最优设计等方法.以声音分析模块为例，在图1虚拟平台主界面点
击信号与系统仿真，进入图2界面，点击声音信号分析，即可打开声音信号分析实例界面如图3所示，其设
计分为输入模块、时域分析模块、频域分析模块三个模块，其信号源输入方式可有声卡输入、WAV文件
输入及信号发生器输入，通过单选框来实现，若要产生f=400 Hz,A=100,P=0.5 rad的正弦波，设置采样
频率8 000 Hz，采样点数2 000，单选信号发生器，设置相应的参数，点击“生成波形”，就会在图3界面看
到信号的波形，并可通过点击滑动条来调整图形，便于观察.
当需要对输入信号进行时域分析时，首先在“分析对象”复合栏中设置分析对象点数，然后点击“时
域分析”按钮，就可得到信号的周期、频率、副值、相位等参数，当需要对信号进行频域分析时，点击“频域
分析”按钮，就可得到信号的周期和频率，并可观察到信号的幅频特性曲线和相频特性曲线，便于对信号
进行观察和分析.
图4是频率为400 Hz正弦波与200 Hz高斯白噪声混迭后的信号波形，其时域波形比较混乱，时域分
析的频率为323.3 Hz,与原始正弦信号的频率相差比较大，若进行频域分析，其频率为400.4 Hz，结果
正确，观察其幅频特性，可发现信号的频率为400 Hz.
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4 结 论
主要介绍了基于MATLAB和图形用户界面GUI的信号与系统实验平台的设计思想和方法，并以具
体实验示例说明GUI界面的实现过程.该实验平台可以利用联网计算机进行虚拟实验，随时进入虚拟实
验环境，一边动手调整各种系统参数，一边实时观看实验结果，由浅入深地进行动态的交互式学习.不仅
有显示直观的优点,而且非常方便在计算机多媒体课堂上演示, 克服了实际试验仪器的部分缺点, 从而
有效地提高教学质量, 并达到改善教学效果的目的.
参考文献
:
[1] 李健华,马晓红,邱天爽,等.“信号与系统”课程体系解析 [J]. 电气电子教学学报,2010,32(2):14-16.
[2] 林汇,胡召玲,赵长胜,等. 高校开放实验室的建设和管理[J].实验技术与管理,2010,27(3):152-155.
[3] 周昌雄,俞兴明,王峰,等. 信号与系统[M]. 西安:西安电子科技大学出版社,2008:1-3.
[4] 王默玉,宗伟,刘春磊,等. 基于MATLAB图形用户界面的构造方式与应用[J]. 现代电力,2002,19(1):76-82.
[5] 杨新盛. 基于MATLAB的信号与系统仿真实验[J]. 广东白云学院学报,2009,16(4):52-56.
(责任编辑:
沈凤英
)
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