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1、第23卷第3期电气电子教学学报Vol.23No.32001年6月JOURNALOFEEEEJun.2001MATLAB在数字信号处理教学中的应用朱幼莲(常州技术师范学院电信系常州:213001)a摘要MATLAB语言在教学、科研等领域应用越来越广泛。为了使学生掌握这一工程语言,提高学生综合应用知识的能力,本文结合数字信号处理教学改革,将MATLAB引入数字信号处理教学,可提高学生的学习效率与学习积极性,培养学生的创新能力。关键词MATLAB数字信号处理教学改革频率为FS,它们之间的关系为F=1öTP,TP=Nö0引言FS。为了帮助学生正确选择这些参数,解决实际
2、工“数字信号处理”是一门理论与实践、原理与应程问题,可用MATLAB做如下演示实验。用紧密相结合的课程,它是电子信息类专业的主干演示实验一:课程。但学生在学习这门课程时,普遍感到数字信号处理的概念抽象,对其中的分析方法与基本理论不能很好地理解与掌握。因此,如何帮助学生理解与掌握课程中的基本概念、基本原理、基本分析方法以及综合应用所学知识解决实际问题的能力,是“数字信号处理”课程教学所要解决的关键问题。为达到这一目的,教师首先要转变教学思想,在教学过程中,强调基本内容的深刻理解和基本概念的建立,淡化公式的推导和解题技巧,强化所学知识的综合应用与创新能力的培养;以
3、培养学生的能力为核心,打破理论教学与实践教学的界限,在EDA教室边理论教学边上机实验,使理论与实验有机结合起来。其次,教师必须不断地更新教学手段,“数字信号处理”课程中有许多抽象的数学概念,可以通过MATLAB演示实验,揭示其物理概念,帮助学生理解与掌握,从而提高学生的学习效率与学习积极性。图1频率分辨率的研究下面介绍的是我们在“数字信号处理”课程中应设x(t)的最高频率不超过3Hz,由抽样定理,用用MATLAB的几个实例。FS=10Hz对其抽样,不应产生混迭现象。设T=2516s,即抽样得x(n)的点数为256,那么,对x(n)1在理论教学用MATLAB演示
4、实验做DFT时,所能得到的最大频率分辨率F=1öTP以离散傅立叶变换(DFT)的参数选取为例:=01039Hz,如果信号x(t)由三个正弦信号组成,其DFT是数字信号处理的主要工具,用DFT对连续频率分别是f1=2Hz,f2=2102Hz,f3=2107Hz,用信号进行谱分析,关键要考虑两个问题,一个是谱分MATLAB模拟,其256点DFT的结果如图1(a)所析范围,另一个是谱的分辨率。令连续信号的记录时示。显然,由于f2-f1F,所以能分辨由f3a收稿日期
5、:2001年3月28日第23卷第3期朱幼莲:MATLAB在数字信号处理教学中的应用31产生的正弦分量。如果增加抽样点数N=1024,则从而可消除出现的一些难以确认的谱峰。TP=NöfS=1024ö10=10214s,频率分辨率F=1ö通过大量的MATLAB演示实验,可以加深学TP=010098Hz,这时DFT结果如图1(b)所示,可生对基本概念的理解,克服理论的空洞说服,增加理以分辨出f2产生的正弦分量,可见频率分辨率与数论的可信性。据的记录时间成正比。2实验教学中应用MATLAB演示实验二:设x(t)由三个正弦信号组成,其频率分别是f1“数字信号处理”是一门
6、实践性很强的课程,开=2167Hz,f2=3175Hz,f3=6175Hz,初相位分别设的实验主要有FFT的应用、数字滤波器设计两大++0°,90°,0°,fS=20Hz,取抽样点数N=16,则DFT类型。过去的方法是由学生用C、C等高级语言编的最大频率分辨率F=1öTP=20ö16Hz=1125Hz,写程序做计算机模拟。这种方法使学生大部分时间16点DFT的结果如图2(a)所示。如果在有效数据用于熟悉运算过程和编写程序,实验效率极其低下,后面补零,并保持记录时间TP不变,则DFT结果学生也感觉枯燥,做实验流于形式,缺乏进一步探索如图2(b、c、d、e、f)所
7、示。的兴趣。现在我们将MTALAB用于“数字信号处理”实验,由于MATLAB一条语句可以计算出任何复杂信号的频谱,可以设计出任何一种常规的模拟和数字滤波器。从而使学生可以有更多的时间利用所学基本原理和基本方法去学习新知识解决实际问题。并可对实验的深度和广度进行拓展,从而更生动、更直接地学习课程内容,培养创新能力和设计能力。(a)N=16;(b)补N个零;(c)补2N个零;(d)补3N个零;(e)补7N个零;(f)补29N个零图2TP不变补零后的DFT效果从MATLAB的演示实验二可以看出,图2(a)很难分清信号中究竟含有几个正弦分量,在有效数据后补零,并随着补
8、零数的增加,谱的外观越来越平滑,图2(
