Matlab在電子信息類課程教學(xué)與實踐中的應(yīng)用

1、Matlab 在電子信息類課程教學(xué)與實踐中的應(yīng)用數(shù)字信號處理、 通信原理以及信號與系統(tǒng)等都是電子信息類 課程中的主干課程，該類課程涉及數(shù)學(xué)、電路等多門先修課程， 其主要特點是理論性強、直觀性差、數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)多，學(xué)生學(xué)習(xí) 難度較大。 長期以來， 電子信息類課程的教學(xué)一直采用黑板教學(xué) 的單一模式， 缺乏可視化的直觀表現(xiàn)， 這就嚴(yán)重影響和制約了課 程的教學(xué)效果。 即使在多媒體教學(xué)大量普及以后， 教師通常只是 把課本內(nèi)容搬到了屏幕上， 沒有從根本上解決理論性強、 直觀性 差的問題， 學(xué)生普遍反映課堂教學(xué)難于理解和掌握， 教學(xué)效果不 理想。為了幫助學(xué)生學(xué)習(xí)好這些專業(yè)課程， 進(jìn)而將所學(xué)理論靈活 地應(yīng)用于實

2、踐， 引入計算機仿真是一個行之有效的方法， Matlab 正是眾多仿真軟件中的佼佼者。一 Matlab 簡介Matlab 是 MathWorks 公司開發(fā)的適用于矩陣數(shù)值計算和系 統(tǒng)仿真的科學(xué)計算軟件。 Matlab 將高性能的數(shù)值計算和可視化 集成一體， 并提供了大量的內(nèi)置函數(shù)， 從而被廣泛地應(yīng)用于科學(xué) 計算、控制系統(tǒng)、信息處理等領(lǐng)域的分析、仿真和設(shè)計工作。Matlab 除了在科研單位備受青睞，在高校也被廣泛使用。 它編程簡單，功能強大，在電子、通信與信號處理仿真方面表現(xiàn) 不俗。 Matlab 具有可視化的圖形用戶界面，可用來開發(fā)相應(yīng)的 輔助教學(xué)軟件， 設(shè)計用于教學(xué)的交互式實時動態(tài)演示系統(tǒng)，

3、 有助 于教師的授課和學(xué)生的理解，從而可以獲得較好的教學(xué)效果。 Matlab 不僅可以作為理論教學(xué)的示范性工具，還可以作為實驗 教學(xué)的主要工具。利用 Matlab 仿真技術(shù)進(jìn)行實驗項目的開發(fā)， 能夠有效地彌補某些傳統(tǒng)實驗所帶來的不便和不足， 同時由于其 不受場地環(huán)境和設(shè)備的限制， 平時有些不容易實現(xiàn)的綜合性系統(tǒng) 實驗都可以利用 Matlab 仿真的方法輕而易舉地實現(xiàn)。二 Matlab 在數(shù)字信號處理中的應(yīng)用 數(shù)字信號處理這門課程理論性較強、 概念抽象， 涉及大量的 計算，在學(xué)習(xí)的過程中， 學(xué)生普遍反映對于基本的分析方法和基 本理論不能很好地理解與掌握，利用 Matlab 提供的函數(shù)進(jìn)行仿 真，

4、可演示信號處理的過程，并且將分析結(jié)果直觀地體現(xiàn)出來， 加深對相關(guān)理論的理解。示例1:通過FFT變換分析疊加了噪聲的信號，并且通過濾 波器濾除噪聲。設(shè)采樣頻率 Fs=1000Hz,信號頻率為100Hz,疊 加噪聲的頻率為300Hz?？删帉懭缦碌腗atlab程序演示信號疊 加噪聲后的時域、 頻域分布圖以及經(jīng)過濾波器處理后的時域、 頻 域分布圖，仿真結(jié)果見圖 1 。三 Matlab 在通信原理中的應(yīng)用通信原理這一課程理論性很強， 主要采用課堂教學(xué)與實驗相 結(jié)合的教學(xué)方式。 對于實驗教學(xué)而言， 為了跟上通信技術(shù)快速發(fā) 展的腳步， 滿足理論聯(lián)系實際的需要， 實驗室需購置大量的實驗 儀器，花費大量的人力和

5、物力， Matlab 的出現(xiàn)有效地緩解了這 一局面。采用 Matlab 對通信原理的實驗進(jìn)行軟件編程，使通信 原理實驗可以在個人計算機上進(jìn)行模擬， 進(jìn)而可以觀察波形、 分 析頻譜等性能。Matlab 的動態(tài)仿真軟件提供了可視化的系統(tǒng)仿真環(huán)境和多 個模型庫，在模型庫中提供了豐富的功能模塊， 采用模塊化設(shè)計， 如Sources （輸入源模塊）、Sinks （接收器模塊）和Continuous（連續(xù)模塊）等，可以方便、靈活地建立通用性較強的通信仿真 模型。下面以2ASK為例，介紹Matlab在通信原理課程中的應(yīng)用。示例2:帶有高斯白噪聲的2ASK系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)。首先 用正弦波發(fā)生器Sine Wav

6、e產(chǎn)生載波，由伯努利二進(jìn)制隨機數(shù)產(chǎn) 生器（ Bernoulli Binary Generator ）產(chǎn)生二進(jìn)制基帶脈沖序列， 將其作為信號加載到載波上， 調(diào)制后的信號在傳輸?shù)倪^程中遇到 的高斯白噪聲由高斯噪聲發(fā)生器（ Gaussian Noise Generator ） 加入，為了觀察波形的變化，將這幾組信號都加載到示波器上。 解調(diào)后的信號與原始信號的對比通過另外一個示波器來完成。 圖 2是帶有高斯白噪聲的2ASK系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)仿真框圖，圖 3 是示波器觀察到的仿真波形。圖3中，（a）為原信號、載波、調(diào)制后的信號、加入了高 斯白噪聲的信號以及解調(diào)后的輸出信號；（ b）為原信號與解調(diào) 后信號的對比。四 結(jié)論通過上述例子的演示可以看出， Matlab 不僅可以應(yīng)用于理 論教學(xué)，還可以應(yīng)用于實驗教學(xué)，由于 Matlab 包含了實驗室無 法提供的大量的模塊庫， 提高了設(shè)計實驗的靈活性。 針對那些對 本課程有濃厚興趣的學(xué)生， 教師可以結(jié)合課程的教學(xué)內(nèi)容