Matlab在電子信息類課程教學(xué)與實(shí)踐中的應(yīng)用

1、Matlab 在電子信息類課程教學(xué)與實(shí)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(diǎn)是理論性強(qiáng)、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(qiáng)、 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(shí)

2、踐， 引入計(jì)算機(jī)仿真是一個(gè)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(jì)算和系 統(tǒng)仿真的科學(xué)計(jì)算軟件。 Matlab 將高性能的數(shù)值計(jì)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(jì)算、控制系統(tǒng)、信息處理等領(lǐng)域的分析、仿真和設(shè)計(jì)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(qiáng)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(jì)用于教學(xué)的交互式實(shí)時(shí)動(dòng)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(shí)驗(yàn) 教學(xué)的主要工具。利用 Matlab 仿真技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開發(fā)， 能夠有效地彌補(bǔ)某些傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)所帶來的不便和不足， 同時(shí)由于其 不受場地環(huán)境和設(shè)備的限制， 平時(shí)有些不容易實(shí)現(xiàn)的綜合性系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)都可以利用 Matlab 仿真的方法輕而易舉地實(shí)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(qiáng)、 概念抽象， 涉及大量的 計(jì)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(shí)域、 頻域分布圖以及經(jīng)過濾波器處理后的時(shí)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(qiáng)， 主要采用課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)相 結(jié)合的教學(xué)方式。 對于實(shí)驗(yàn)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(shí)際的需要， 實(shí)驗(yàn)室需購置大量的實(shí)驗(yàn) 儀器，花費(fèi)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(shí)驗(yàn)進(jìn)行軟件編程，使通信 原理實(shí)驗(yàn)可以在個(gè)人計(jì)算機(jī)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(dòng)態(tài)仿真軟件提供了可視化的系統(tǒng)仿真環(huán)境和多 個(gè)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(jì)， 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(qiáng)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(jī)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(gè)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(shí)驗(yàn)教學(xué)，由于 Matlab 包含了實(shí)驗(yàn)室無 法提供的大量的模塊庫， 提高了設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)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