基于matlab数字信号处理教学实验系统

基于matlab数字信号处理教学实验系统内容摘要：

a analysis and numerical calculation of the advanced technology and the interactive language environment. As a powerful scientific puting platforms, it almost to satisfy all puting requirements. As for simulation and program design and visualization of generality demand has increased, emphatically improve the MATLAB graphical user interface, greatly satisfy the needs of the users. GUIDE of matlab is a quick development graphics user interface for a teaching experiment software of digital signal process has been designed and DSP experiments,a new puter aided instruction mode is derived throught this system which bing matlab and active and this interface is friendly and open,this system is beneficial for the students to prehend DSP theory and improves the teaching effect and efficiency. Key words: digital signal process。 teaching experiment。 Matlab。 graphics user interface 第 2页 华北水利水电学院毕业设计 第 1章 绪论 课题研究的背景及意义 “数字信号处理 ”在电子信息专业中是一门很重要的课程，它涉及的知识广泛，包括微积分、概率论、信号与系统等。 学生在学习这方面的内容的时候，通常感觉比较抽象，对其中的基本理论和分析方法难以具体地理解和掌握。 为此，很多学校安排了实验课程，借助一些优良的软件平台（如 MATLAB等）来解决这一实际问题，帮助学生更好地理解和掌握数字信号处理中的基本理论和分析方法，激发他们的学习兴趣，从而达到良好的教学效果。 教学实验系统简介 数字信号处理实验环节在教学过程中是非常重要的，实验有助于学生理解和掌握所学的理论。 MATLAB 是用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。 作为强大的科学计算平台，它几乎满足所有的计算要求。 随着对仿真和程序设计通用性及可视化需求的日益增加，MATLAB着重改善了图形用户界面的制作，极大地满足了用户的需求。 MATLAB的 GUID是专门用于图形用户界面的快速开发环境， 现在大多数高校都借助于 MATLAB进行辅助教学， MATLAB语言是一种 非常适合信号分析与处理的语言，它的使用对学生理解数字信号处理中的许多基本理论起到极其重要的作用。 MATLAB 具有强大的图形用户界面生产能力，用户可以根据自己的需要设计图形界面。 本实验系统以 MATLAB 为开发平台，保证了该系统具有一定的通用性，它采用图形交互的界面，不仅可以用于实验教学，也可以用于辅助理论教学，操作起来非常方便，形象直观。 它开发了基本信号的产生，常用序列的计算，傅里叶变换，滤波器的设计等 MATLAB辅助分析与设计实验。 通过这个实验系统，可以将数字信号处理课程中许多抽象的理论知识形象地表示出来，使得原先实验中较难观察到的现象以及繁琐的设计计算等，都能较简单的解决。 该实 第 3页 华北水利水电学院毕业设计 验系统为学生提供了一个形象而全面的演示，激发学生的学习兴趣，加深学生对数字信号处理课程中理论知识的理解。 设计的目标任务 在许多高校的相关专业，数字信号处理都被列为专业必修课。 但是，它涉及的知识广泛，包括微积分、概率论、信号与系统等。 学生在学习这方面的内容的时候，通常感觉比较抽象，对其中的基本理论和分析方法难以具体地理解和掌握。 目前，我校的数字信号处理课程总共 48 个学时 ，其中有 6 个实验学时，要想在这么短的时间内让学生较好地掌握数字信号处理的理论知识，这是比较困难的，所以可以利用 MATLAB友好的人际交互界面，制作出形象、开放的教学实验系统，以此达到帮助学生更好的掌握数字信号处理理论知识的目的。 第 4页 华北水利水电学院毕业设计 第 2章 数字信号处理与开发环境的简介 数字信号处理的简介 随着信息技术的高速发展，信息时代和数字世界悄然到来，数字信号处理已成为一门重要的学科和一个极其重要的科学领域。 它被广泛地应用于电子信息工程、通信工程、语音、图像 、自动控制、雷达、遥感和生物工程等众多领域。 数字信号处理是把信号用符号或者是数字的形式表示成序列，通过通用（专用）信号处理设备或计算机，用数值计算的方法进行各种处理，它的目的是对真实世界的连续模拟信号进行测量或滤波，达到提取有用信息并加于利用的效果，例如检测、变换、增强、参数提取、频谱分析等。 数字信号处理系统具有以下一些明显的优点： （ 1）精度高。 模拟网络的精度由元器件决定，模拟元器件的精度很难达到 103以上，而数字系统只要 14位字长就可达到 104的精度。 在高精度系统中，有时只能采用数字系统。 （ 2）灵活性高。 数字系统的性能主要由乘法器的系数决定，而系数是存放在系数存储器中的，只需改变存储的系数，就可得到不同的系统，比改变模拟系统方便得多。 （ 3）可靠性强。 因为数字系统只有两个信号电平 “0”、 “l”，因而受周围环境温度以及噪声的影响较小，而模拟系统，各元器件都有一定的温度系数，且电平是连续变化的，易受温度、噪声、电磁感应等的影响。 如采用大规模集成电路，可靠性就更高。 （ 4）容易大规模集成。 这是由于数字部件有高度规范性，便于大规模集成、大规模生产，对电路参数要求不严，故产品成品率高。 尤其是对于低频信 号，例如地震波分析，需要过滤几赫兹到几十赫兹信号，用模拟网络处理时，电感器、电容器的数值、体积和重量都非常大，性能亦不能达到要求、而数字信号处理系统在这个频率处却非常优越。 （ 5）时分复用。 也就是利用数字信号处理器同时处理几个通道的信号。 处理器运算速度越高，能处理的信道数目也就越多。 （ 6）可获得高性能指标。 例如对信号进行频谱分析，模拟频谱仪在频率低端只能分析到 1OHz 以上频率．且难于做到高分辨率（足够窄的带宽），但在数字的谱分析中，已能做到 103Hz的谱分析。 又如有限长冲激响应数字滤波器，则可实现准 确的线性相位特性，这在模拟系统中是很难达到的。 （ 7）二维与多维处理。 利用庞大的存储单元，可以存储一帧或数帧图象信号，实现二维甚至多维信号的处理，包括二维或多维滤波、二维及多维谱分析等。 数字信号处理系统也有其局限性，例如，数字系统的速度还不算高，硬件的速度也只 第 5页 华北水利水电学院毕业设计 在几十兆赫以下，故不能处理很高频率的信号。 另外，系统比较复杂，因而价格昂贵等也是其缺点。 MATLAB简介与特点 MATLAB的简介 MATLAB是矩阵实验室（ Matrix Laboratory）的简称，MATLAB 是美国 MathWorks 公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和 Simulink两大部分，和 Mathematica、 Maple并称为三大数学软件。 它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。 MATLAB 可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。 GUIDE（ Graphical User Interface Development Enviroment）是 MATLAB中一个专门用于 GUI程序设计的向导设计器，通过 GUIDE可以很方便地设计出各种符合要求的图形用户界面，用户可以根据提示完成新界面的制作，却不必了解新界面内部是如何工作的。 GUI设计既可以以基本的 MATLAB程序设计为主，也可以用鼠标利用 GUID工具进行设计，也可以综合以上两种方法进行设计。 MATLAB的特点 （ 1）友好的工作平台和编程环境 MATLAB由一系列工具组成。 这些工具方便用户使用 MATLAB的函数和文件，其中许多工具采用的是图形用户界面。 包括 MATLAB桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。 随着 MATLAB的商业化以及软件本身的不断升级， MATLAB的用户界面也越来越精致，更加接近 Windows 的标准界面，人机交互性更强，操作更简单。 而且新版本的 MATLAB提供了完整的联机查询、帮助系统，极大的方便了用户的使用。 简单的编程环境提供了比较完备的调试系统，程序不必经。