浅谈Matlab在数字信号处理课程中的应用

2010年第10期吉林省教育学院学报
No 10,2010
第26卷JOURNAL O F EDUCATI ONAL I NSTI TUTE OF JI LI N PROV I NCE Vo l 26(总238期)
Tota lN o 238
收稿日期:2010 03 05作者简介:杨 佳(1982
),女,吉林长春人,吉林建筑工程学院电气与电子信息工程学院,助教,硕士。

研究方向:信息工程。

浅谈M atlab 在数字信号处理课程中的应用
杨 佳1
,马占敖
2
(1、2 吉林建筑工程学院电气与电子信息工程学院,吉林长春130021)
摘要:由于数字信号处理课程内容公式多,理论和概念较抽象,不易于理解,学生在学习过程中难免会感觉到枯燥。

针对此问题,在课程中适当引入M a tlab 与多媒体相结合的教学方式,不仅可以将理论和数学公式可视化,使学生更直观理解所学知识,并能提高教学效率。

关键词:数字信号处理;M atl ab ;GU I
中图分类号:G 642.4 文献标识码:A 文章编号:1671 1580(2010)10 0151 02
一、引言
数字信号处理!不仅是高等学校电子信息专业重要的专业基础课,也是信息系统、信号与信息处理等专业硕士研究生入学考试科目之一,是理论与
实践、原理与应用紧密结合的课程[1]。

传统的数字信号处理课程侧重于算法的理论和推导,学生普遍反映这门课程难以理解和掌握。

因此,在课堂的教学过程中,应减少推导过程,注重对其物理意义和实际应用的讲解,并适当使用多媒体与具有计算功能和绘图功能的M a tlab 相结合的教学方式,将抽象的数学以可视化的形式展示给学生,让学生更容易理
解抽象的概念[2]。

二、M atlab 在教学中的应用
GU I DE 是M atlab 提供的一个可视化的图形界
面开发环境[3]
,在该环境中,用户只需要通过各种控件的操作就可以立刻显现仿真结果,更为灵活快捷。

本文通过如何利用GU I D E 来实现FFT 和数字滤波器的设计加以说明。

1.应用FFT 对信号进行频谱分析设计方法:首先创建新的GU I ,并将Push But ton 、S tatic Tex t 、Ed it Tex t 、Axes 四种控件放置在合适的位置上,设置控件参数并保存。

在其m 文件中加入程序如下:
(1)输入原序列的回调函数:a =str 2num (get(handles .edit1,'s tri n g )');axes (handles .axes1)
ste m (a ,∀.k ∀);title(∀原序列图像∀);x label(∀n ∀);y l a be l(∀x(n)∀)
(2)FFT 变换的幅频特性和相频特性曲线的回调函数
a=str2num (get(handles .edit1,∀str i n g ∀));N =str 2num (get(hand l e s .edit2,∀stri n g ∀));
y1=fft(a ,N );axes(handles .axes2)
ste m (abs(y1),∀.k ∀);title(∀幅频特性曲线∀)x label(∀n ∀);y label(∀幅度∀)ph=ang le(y1);axes(handles .axes3)ste m (ph ,∀.k ∀);title(∀相频特性曲线∀)x label(∀n ∀);y label(∀相位∀)(3)包络线按钮的回调函数axes(handles .axes3)a=str2num (get(handles .edit1,∀str i n g ∀));N =str 2num (get(hand l e s .edit2,∀stri n g ∀));y1=fft(a ,N );ho ld on
p l o t(abs(y1),∀.k :∀);ho ld off
回调函数输入完毕后,运行,并输入相关参数,仿真结果如图1所示。

2.数字滤波器的设计
数字滤波器设计常见的设计方法为脉冲响应不变法和双线性变换法,设计结果多以数学方式显示,不能直观对比两种设计方法对滤波器设计的影响。

M a tlab 仿真可直接通过输入技术指标绘制滤波器的幅频特性。

本例中以巴特沃斯低通滤波器为基础,
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分别采用脉冲响应不变法和双线性变换法设计数字滤波器。

设计方法:创建新的的GU I,并放置Push Tut ton、S tatic Tex t、Ed it Tex t、Axes控件并保存。

在其m 文件中输入#开始变换∃按钮的回调函数:
w p1=str2num(get(handles.edit1,∀string∀)); Ap=str2num(get(hand les.edit2,∀stri n g∀));
w s1=str2num(get(handles.edit3,∀string∀));
A s=str2num(get(handles.edit4,∀stri n g∀));T= str2num(get(handles.ed it5,∀string∀));fs=1/T;w p =wp1*p;i w s=w s1*p;i W p1=wp/T;W s1=w s/T; %脉冲响应不变法的技术参数
[N1,W n1]=buttord(W p1,W s1,Ap,As,∀s∀); %设计巴特沃斯低通滤波器
[b1,a1]=butter(N1,W n1,∀s∀);[numd1, dend1]=i m pinvar(b1,a1,fs);%设计数字滤波器w1=li n space(0,p,i500);h1=freqz(numd1, dend1,w1);axes(hand les.axes1)
plot(w1/p,i20*log10(abs(h1)));ax is([01 -800]);gri d on
x label(∀归一化频率∀);ylabe l(∀幅度/dB∀); axes(handles.axes2)
W p2=2*tan(wp/2)/T;W s2=2*tan(w s/2)/ T;[N2,W n2]=buttord(W p2,W s2,Ap,As,∀s∀);
[b2,a2]=butter(N2,W n2,∀s∀);[numd2, dend2]=bili n ear(b2,a2,fs);%双线性变换法设计数字滤波器
w2=li n space(0,p,i500);h2=freqz(numd2, dend2,w2);
plot(w2/p,i20*log10(abs(h2)));ax is([01 -800]);gri d on
x label(∀归一化频率∀);y labe l(∀幅度/dB∀);
回调函数输入完毕后,运行,并输入相关参数,仿真结果如图2所示。

三、结束语
通过以上实例可以看出,将M atlab仿真应用到数字信号处理课程的教学中,可以更清晰直观的使学生看到到信号频谱和滤波器的滤波特性,特别是将GU I融入教学中,可以增加用户和计算机的交互性,通过简单改变若干参数,就可直接看到改变后的效果。

这不仅可以使学生更清晰的理解所学知识,提高学习的积极性,并能节省绘图时间,
提高教学效率。

[参考文献]
[1]丛玉良,王本平,李石岗 数字信号处理课程改革的思路与实践[J].长春教育学院学报,2005,21(3):29.
[2]王希连 M atl ab软件在数字信号处理!课程教学中的应用研究[J].大学数学,2005,21(1):14-16.
[3]罗建军,杨琦 M ATLAB教程[M].北京:电子工业出版社, 2006:158-166.
D iscussion on Application ofMATLAB in D igital Signal Processing Teaching
Y ang Jia&M a ZhanA o
(Schoo l o f E lectronics and Infor m ati on Eng ineer i ng,Jilin Instit ute o f A rch itecture and C iv il Eng i neer i ng,Changchun130021,China)
Abstrac t:The dig ital signa l processing has a lot o f for m ulas,and t heor i es and concepts mo re abstract and diffi cult to understand, so tha t studen tsw ill i nev itably fee l bo ri ng in the learn i ng pro cess.Fo rsolv i ng t h is prob le m,w e used t he teach i ng m ethods o f the co m bina ti on ofM atlab and mu lti m edia teach i ng.N ot only theoretical andm a t he m atical for m ulas can be v i sua lized,but also mak i ng students m ore int u iti ve unde rstand i ng o f the know l edge,and i m prove teach i ng effi c i ency.
K ey word s:d i g ita l si gna l process i ng;m a tlab;GU I
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