| 标题 | 基于MATLAB GUI的“信号与系统实验”仿真平台搭建研究 |
| 范文 | 程正梅 刘云连 付又香 摘要：该文针对现有实验设备和开出的实验项目学习效果不太理想的情况，运用MATLAB GUI工具进行了相关实验项目的仿真平台搭建研究，方便学生在实验室以外的场地亦可以进行实验的学习。根据仿真平台效果测试，该平台直观、易懂、界面易操作。学生还可以进一步学习自己设计实验项目，很大程度上帮助了该课程的学习。 关键词：MATLAB GUI；信号与系统实验；仿真平台 中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2019）12-0236-02 開放科学（资源服务）标识码（OSID）： 1概述 信号与系统是电信、电科、通信等电子类专业的必修课。该课程的知识结构中所涉及的基本方法和理论需要大量的数学计算和公式的推导，使得课程的学习难度大大增加。作为一门专业必修课，其中的基本概念、基本分析方法、基本定理等知识已经渗透到了通信和信号处理等多个领域，因此掌握好信号与系统这门课程是非常必要的。与之配套的信号与系统实验也变得难以掌握和操作。针对这一情况，运用MATLAB GUI作为开发工具，搭建信号与系统实验平台就变得很有必要了。 MATLAB 是一款科学计算类软件，因其强大的数据处理能力、分析能力和图像可视化界面而受到大量用户的认可。其中就图形用户界面（Graphical User Interface，GUI）设计方面，MATLAB也具有强大的优势[1]。本文中的信号与系统实验仿真平台就是利用MATLAB GUI的功能进行实现的，简易的操作性，直观的界面，实时的实验结果，让学生快速地掌握相关实验项目的知识，并加深对理论课程知识结构的把握。 2 仿真平台结构搭建 该仿真结构搭建主要分为周期信号分析、连续LTI系统时域、频域分析、连续系统的零极点分析以及二阶网络状态轨迹的显示这五个实验项目，当然经过学习，学生还可以自己设计实验项目添加在仿真平台中。如图1所示为平台结构主界面。 3 仿真平台设计研究 基于MATLAB GUI的信号与系统仿真平台的设计，主要分为界面设计和回调函数设计两部分。在界面设计中主要利用MATLAB用户界面提供的GUI按钮，针对不同的功能选择不同的GUI按钮进行界面的设计[2]。而回调函数则是可编程的.m文件，根据不同的实验项目要求编写不同的代码，从而实现不同的功能，达到预期的实验效果。 3.1主界面设计 如图2所示，对应主界面的用户界面设计图中列出了该仿真平台目前设计的五个实验项目名称，图2中文本的功能实现都是通过选择text文本按钮实现的，在相应的string项中写上对应的文字即可。而图中的“点击进入”则是通过选择按钮pushbutton实现的，在对应的string项中填上相应的文字即可。图中的axes1和axes2主要是用来实现图1主界面中的两张图片的，通过编写main.m文件实现图片的显示。根据实际需要，学生可以运行实验仿真系统，进入实验仿真环节。运行系统后再图1的界面下选择相应的实验项目“点击进入”按钮到相应的实验项目进行仿真。点击“退出实验平台”按钮则回到退出界面，如图3所示，在点击“退出实验平台”则结束实验仿真。 3.2子界面的设计 4实验仿真平台效果测试 根据二阶网络状态轨迹的编辑界面设计，当点击主界面的“点击进入”按钮则会进入如图5所示的子界面，在编辑框中输入电路参数，点击“状态轨迹的显示”按钮，在3个轴对象中则会显示相应的状态轨迹。如图5所示，当R的值为0时，电路的状态轨迹显示为“无阻尼”。如图6所示，LC的比值为1，当R=2时，对应的是临界阻尼状态的轨迹。经测试实验仿真平台的实验效果可以达到预期的目标。与理论课程中的知识相匹配，并且显示更直观，更易操作和理解。 面 5 结论与展望 基于MATLAB GUI界面的“信号与系统实验”仿真平台，界面设计简易，界面呈现优美，实验结果图像清晰，显示结果直观。通过实验效果的显示，可以使学生更好地理解理论知识结构，提高学习兴趣，改善了公式的推导的枯燥性，使得学习效果成倍增加[4]。根据设计操作的简易性，学生还可以进行自主编辑界面和添加实验项目，使得学习灵活性大大提高。 参考文献： [1] 余胜威，吴婷，罗建桥.MATLAB GUI设计入门与实战[M].清华大学出版社，2016. [2] 罗华飞.MATLAB GUI设计学习手记[M].北京航空航天大学出版社，2017. [3] 张鸣，闫红梅.基于MATLAB GUI的信号与系统实验平台设计[J].实验技术与管理，2016（1）：100-103. [4] 张斌，伍铁斌.基于MATLAB的计算机控制系统仿真教学研究[J].电脑知识与技术，2017（7）：133-134. 【通联编辑：王力】 |
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