白玉

（黑河學院理化系，黑龍江黑河164300）

1.引言

《信號與系統(tǒng)》作為一門電子信息類專業(yè)本科學生的專業(yè)基礎(chǔ)課程，實用性強、涉及面廣，并大量應(yīng)用于計算機信息處理的各個領(lǐng)域，應(yīng)用廣泛。因此，掌握信號與系統(tǒng)的基本方法和理論，無論對后續(xù)專業(yè)課的學習，還是對學生從事專業(yè)工作的能力，都具有重要的意義。

傳統(tǒng)的信號模擬是用硬件，對實驗儀器和實驗室的要求較高，不便于廣泛應(yīng)用，而且信號處理具有內(nèi)容繁多、概念抽象、設(shè)計復(fù)雜等特點，學生在學習時常常會感到枯燥，難以理解和掌握。而用軟件的形式對信號波形進行仿真具有可視性強、操作簡單方便、便于數(shù)據(jù)修改、文件保存、實驗效率高、實驗內(nèi)容豐富等優(yōu)點，且結(jié)果直觀易懂，便于學生對實驗數(shù)據(jù)現(xiàn)象進行分析。因此，該課程迫切需要以計算機為輔助手段，進行信號產(chǎn)生、信號與系統(tǒng)分析的可視化建模及仿真調(diào)試，也可以培養(yǎng)學生主動獲取知識和獨立解決問題的能力。具有仿真與圖形用戶界面功能的MATLAB軟件使《信號與系統(tǒng)》課程的演示教學成為了可能。可以利用計算機輔助學生完成《信號與系統(tǒng)》課程的數(shù)值計算、信號與系統(tǒng)分析的可視化建模及仿真調(diào)試。

2.MATLAB在《信號與系統(tǒng)》中的應(yīng)用

2.1 MATLAB在《信號與系統(tǒng)》中應(yīng)用的主界面

主界面構(gòu)成如圖1所示。通過這個界面可以看到本課件一共包括四個方面的內(nèi)容。主界面包括系統(tǒng)菜單與工具欄和一個菜單項Content。通過單擊菜單項中的菜單，可以實現(xiàn)不同界面之間的切換；在主界面的右側(cè)包括一個擁有四個按鈕的按鈕組，通過單擊這四個按鈕也可以切換不同的界面。

2.2 基本時域信號產(chǎn)生的界面

界面如圖2所示。主要是一些典型信號的表達式與波形，包括正弦信號、單位階躍信號、實指數(shù)信號、復(fù)指數(shù)信號以及矩形脈沖信號、取樣函數(shù)等一些常用信號。

圖1 主界面

圖2 基本連續(xù)系統(tǒng)時域信號的產(chǎn)生

例：正弦信號的實現(xiàn)

一個正弦信號可表示為x(t)=Asin(ωt＋φ)＝Acos(ωt＋φ－π/2)。式中，A為振幅，ω為角頻率（弧度/秒），φ為初始相角（弧度）。正弦信號是周期信號，其周期T為：T＝2π/ω＝1/f。具體語句的實現(xiàn)：

2.3 連續(xù)時間LTI系統(tǒng)響應(yīng)的界面

界面如圖3所示。利用MATLAB來求解連續(xù)時間LTI系統(tǒng)的響應(yīng)。包括零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)、全響應(yīng)以及單位沖激響應(yīng)與階躍響應(yīng)等。

圖3 連續(xù)時間LTI系統(tǒng)響應(yīng)

圖4 連續(xù)時間信號的傅里葉變換及性質(zhì)

2.4 連續(xù)時間信號傅里葉變換及性質(zhì)的界面

界面如圖4所示。利用MATLAB求解連續(xù)時間信號的傅里葉變換，并以圖形的方式直觀形象地給出了傅里葉變換的性質(zhì)。傅里葉變換包含了豐富的物理意義，它提示了信號的時域和頻域的關(guān)系，研究傅里葉變換及其性質(zhì)成為信號分析研究工作中最重要的內(nèi)容之一。

2.5 離散系統(tǒng)時域信號產(chǎn)生的界面

界面如圖5所示。界面包含一些典型信號的表達式與波形，包括單位階躍序列、矩形序列、正弦序列等一些常用信號。

2.6 離散系統(tǒng)時域響應(yīng)表示的界面

界面如圖6所示。界面包含一些系統(tǒng)函數(shù)的零極點分布與其時域特性的關(guān)系。通過零極點圖可以很清楚地判斷出系統(tǒng)的穩(wěn)定性，點擊不同的RadioButton可以很方便地選擇不同的系統(tǒng)函數(shù)。

圖5 離散系統(tǒng)時域信號的產(chǎn)生

圖6 離散系統(tǒng)時域響應(yīng)的表示

3.結(jié)論

本文用MATLAB開發(fā)的實驗系統(tǒng)平臺設(shè)計了多種實驗?zāi)K，在教學中它能夠提供大量的實例，在實驗中可以改變信號、模塊、仿真子系統(tǒng)等的參數(shù)，并觀察信號與系統(tǒng)的相應(yīng)變化。使學生對所學的書本知識有感性的認識和直觀的驗證，加深對信號與系統(tǒng)原理的理解。

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