程正梅 劉云連 付又香

摘要：該文針對現(xiàn)有實驗設(shè)備和開出的實驗項目學(xué)習(xí)效果不太理想的情況，運用MATLAB GUI工具進行了相關(guān)實驗項目的仿真平臺搭建研究，方便學(xué)生在實驗室以外的場地亦可以進行實驗的學(xué)習(xí)。根據(jù)仿真平臺效果測試，該平臺直觀、易懂、界面易操作。學(xué)生還可以進一步學(xué)習(xí)自己設(shè)計實驗項目，很大程度上幫助了該課程的學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：MATLAB GUI；信號與系統(tǒng)實驗；仿真平臺

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）12-0236-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

1概述

信號與系統(tǒng)是電信、電科、通信等電子類專業(yè)的必修課。該課程的知識結(jié)構(gòu)中所涉及的基本方法和理論需要大量的數(shù)學(xué)計算和公式的推導(dǎo)，使得課程的學(xué)習(xí)難度大大增加。作為一門專業(yè)必修課，其中的基本概念、基本分析方法、基本定理等知識已經(jīng)滲透到了通信和信號處理等多個領(lǐng)域，因此掌握好信號與系統(tǒng)這門課程是非常必要的。與之配套的信號與系統(tǒng)實驗也變得難以掌握和操作。針對這一情況，運用MATLAB GUI作為開發(fā)工具，搭建信號與系統(tǒng)實驗平臺就變得很有必要了。

MATLAB 是一款科學(xué)計算類軟件，因其強大的數(shù)據(jù)處理能力、分析能力和圖像可視化界面而受到大量用戶的認可。其中就圖形用戶界面（Graphical User Interface，GUI）設(shè)計方面，MATLAB也具有強大的優(yōu)勢[1]。本文中的信號與系統(tǒng)實驗仿真平臺就是利用MATLAB GUI的功能進行實現(xiàn)的，簡易的操作性，直觀的界面，實時的實驗結(jié)果，讓學(xué)生快速地掌握相關(guān)實驗項目的知識，并加深對理論課程知識結(jié)構(gòu)的把握。

2 仿真平臺結(jié)構(gòu)搭建

該仿真結(jié)構(gòu)搭建主要分為周期信號分析、連續(xù)LTI系統(tǒng)時域、頻域分析、連續(xù)系統(tǒng)的零極點分析以及二階網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)軌跡的顯示這五個實驗項目，當(dāng)然經(jīng)過學(xué)習(xí)，學(xué)生還可以自己設(shè)計實驗項目添加在仿真平臺中。如圖1所示為平臺結(jié)構(gòu)主界面。

3 仿真平臺設(shè)計研究

基于MATLAB GUI的信號與系統(tǒng)仿真平臺的設(shè)計，主要分為界面設(shè)計和回調(diào)函數(shù)設(shè)計兩部分。在界面設(shè)計中主要利用MATLAB用戶界面提供的GUI按鈕，針對不同的功能選擇不同的GUI按鈕進行界面的設(shè)計[2]。而回調(diào)函數(shù)則是可編程的.m文件，根據(jù)不同的實驗項目要求編寫不同的代碼，從而實現(xiàn)不同的功能，達到預(yù)期的實驗效果。

3.1主界面設(shè)計

如圖2所示，對應(yīng)主界面的用戶界面設(shè)計圖中列出了該仿真平臺目前設(shè)計的五個實驗項目名稱，圖2中文本的功能實現(xiàn)都是通過選擇text文本按鈕實現(xiàn)的，在相應(yīng)的string項中寫上對應(yīng)的文字即可。而圖中的“點擊進入”則是通過選擇按鈕pushbutton實現(xiàn)的，在對應(yīng)的string項中填上相應(yīng)的文字即可。圖中的axes1和axes2主要是用來實現(xiàn)圖1主界面中的兩張圖片的，通過編寫main.m文件實現(xiàn)圖片的顯示。根據(jù)實際需要，學(xué)生可以運行實驗仿真系統(tǒng)，進入實驗仿真環(huán)節(jié)。運行系統(tǒng)后再圖1的界面下選擇相應(yīng)的實驗項目“點擊進入”按鈕到相應(yīng)的實驗項目進行仿真。點擊“退出實驗平臺”按鈕則回到退出界面，如圖3所示，在點擊“退出實驗平臺”則結(jié)束實驗仿真。

3.2子界面的設(shè)計

4實驗仿真平臺效果測試

根據(jù)二階網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)軌跡的編輯界面設(shè)計，當(dāng)點擊主界面的“點擊進入”按鈕則會進入如圖5所示的子界面，在編輯框中輸入電路參數(shù)，點擊“狀態(tài)軌跡的顯示”按鈕，在3個軸對象中則會顯示相應(yīng)的狀態(tài)軌跡。如圖5所示，當(dāng)R的值為0時，電路的狀態(tài)軌跡顯示為“無阻尼”。如圖6所示，LC的比值為1，當(dāng)R=2時，對應(yīng)的是臨界阻尼狀態(tài)的軌跡。經(jīng)測試實驗仿真平臺的實驗效果可以達到預(yù)期的目標(biāo)。與理論課程中的知識相匹配，并且顯示更直觀，更易操作和理解。

面

5 結(jié)論與展望

基于MATLAB GUI界面的“信號與系統(tǒng)實驗”仿真平臺，界面設(shè)計簡易，界面呈現(xiàn)優(yōu)美，實驗結(jié)果圖像清晰，顯示結(jié)果直觀。通過實驗效果的顯示，可以使學(xué)生更好地理解理論知識結(jié)構(gòu)，提高學(xué)習(xí)興趣，改善了公式的推導(dǎo)的枯燥性，使得學(xué)習(xí)效果成倍增加[4]。根據(jù)設(shè)計操作的簡易性，學(xué)生還可以進行自主編輯界面和添加實驗項目，使得學(xué)習(xí)靈活性大大提高。

參考文獻：

[1] 余勝威，吳婷，羅建橋.MATLAB GUI設(shè)計入門與實戰(zhàn)[M].清華大學(xué)出版社，2016.

[2] 羅華飛.MATLAB GUI設(shè)計學(xué)習(xí)手記[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2017.

[3] 張鳴，閆紅梅.基于MATLAB GUI的信號與系統(tǒng)實驗平臺設(shè)計[J].實驗技術(shù)與管理，2016（1）：100-103.

[4] 張斌，伍鐵斌.基于MATLAB的計算機控制系統(tǒng)仿真教學(xué)研究[J].電腦知識與技術(shù)，2017（7）：133-134.

【通聯(lián)編輯：王力】