摘 要

信号与系统是两个使用极为广泛的基本概念，关于信号的处理涉及到许多方面的内容，它在科学研究、医疗、民用电子技术等领域发挥着愈来愈重要的作用。在这样一个大环境下，用信号与系统的知识去解决问题是研究人员必备的一项基本能力，但是信号与系统的教学过程却异常缓慢且复杂，创造出一种便于同学们学习的教学模式也就显得极为重要。本次设计的主要目的就是设计出一款功能齐全的《信号与系统》课程演示系统，它有助于同学们对这门课程的理解，使抽象的知识变得具象化，简化信号与系统处理问题的方法，加深对这一领域的探索。利用MATLAB自带的GUI图形界面编程和仿真能力，将两者相互结合，在MATLAB软件中打开GUI窗口，创建所需设计的课程界面。制作过程主要运用MATLAB编程的方法，利用MATLAB的基本函数实现各种信号波形的仿真变换，并利用回调函数实现两图形界面的连接，本次设计总共有两个大方面的仿真实验，在最后的子界面窗口可以输入相应的变量参数，将信号函数的仿真结果更加直观地显示出来。显示出来的仿真波形，能够通过改变输入进行变化，通过观察和分析不同信号函数的仿真结果，真正理解这门课程。这样的教学模式，能够大大缩短学习周期，高效地完成信号与系统的教学任务，实现本次设计的主要目的。

关键词：信号与系统，MATLAB，图形用户界面

Abstract

Signal and system are the two basic concepts of use is very extensive, the signal processing on involves many aspects, it is in the medical scientific research field, civil electronic technology plays an increasingly important role. In such a large environment, Using the knowledge of signals and systems to solve problems is a basic requisite for researchers, but the teaching process of the signal and system is very slow and complex, creating a convenient for students to learn the teaching mode is also very important. The design of the main purpose is to design a full-featured "signal and system" course demonstration system, it helps the students to understand the course, make the abstract knowledge become concrete, a simplified method for signal and system to deal with problems, deepen the exploration of this area.MATLAB using GUI graphical interface programming and simulation capabilities, combine the two, open the GUI window in the MATLAB software, and create the curriculum interface for the required design. The production process is mainly used MATLAB programming methods, simulation transform various signal waveform using the basic function of MATLAB, and use the callback function to connect the two graphical interface, the design of a simulation experiment in two aspects, In the last sub interface window, we can input the corresponding variable parameters, and the simulation results of the signal function are more intuitively displayed. The simulation waveform displayed can be changed by changing the input, and by observing and analyzing the simulation results of different signal functions, we can really understand the course. Such a teaching model can greatly shorten the learning cycle, effectively complete the teaching task of signals and systems, and achieve the main purpose of this design.

Keywords: Signal and System, MATLAB, Graphical user interface

目录

摘要 I

Abstract II

1 绪论 1

1.1论文写作背景 1

1.2国内外研究现状 1

1.3研究课题的意义 2

1.4本文的研究内容 2

2 GUI介绍 3

2.1 MATLAB GUI简介 3

2.2方案的设计 3

2.2.1设计方案 3

2.2.2操作步骤 3

2.2.3 组件的介绍 5

2.2.4 基本函数 6

2.2.5 GUI编程 6

2.3 GUI的设计流程以及基本结构 6

2.3.1 GUI的设计流程 6

2.3.2 系统的基本结构 7

2.4 GUI的设计规则 7

2.5本章小结 8

3 连续时间信号与系统的MATLAB GUI实现 9

3.1引导界面设计 9

3.2基本信号时域分析 10

3.2.1信号的基本变换 10

3.2.2信号的奇偶分量分析 10

3.3卷积变换 11

3.4信号的傅里叶变换 12

3.4.1周期矩形脉冲信号的频谱分析 12

3.4.2矩形脉冲的傅里叶变换分析 13

3.4.3傅里叶变换的时移特性分析 13

3.4.4傅里叶变换的频移特性分析 14

3.4.5抽样信号的傅里叶变换 14

3.4.6抽样定理 15

3.5拉氏变换即频响特性 15

3.6傅氏变换与通信系统 16

3.6.1理想低通对矩形脉冲的响应分析 16

3.6.2信号的调制与解调 17

3.6.3抽样信号恢复连续时间信号 17

3.7本章小结 18

4 离散时间信号与系统的MATLAB GUI实现 19

4.1离散时间信号的卷积 19

4.2基本函数Z变换分析 19

4.3 Z变换的基本性质 20

4.3.1 Z变换的线性和位移性 20

4.3.2时域卷积 22

4.4离散时间系统频率响应 22

5 结论 24

参考文献 25

致谢 26

1 绪论

1.1论文写作背景

随着科技的发展，数字信号处理在科学领域占据越来越重要的地位，并且有着广泛的用途，其中对各种信号的波形仿真可以加深科学人员对这一方面进行探索。深入了解这一方面的知识已经刻不容缓，而信号与系统正是这一方面占比较重的一门学科。信号与系统这门课程是电子信息类专业学生的必修课程，该课程主要处理方法和实践理论主要应用于信息处理的各大领域，在通信系统、数字信号分析、系统分析等方面占有较大的比重^【13】。但是它的教学却异常困难，一方面，信号与系统的概念太过抽象，它基于高等数学的问题，运用大量的公式进行求解，并且涵盖很多的学科和广泛的数学算法。另外，由于数字处理的对象是高速数字集成电路，在研究过程中需要大量的运算得出结果，这使得教学的过程难以迅速进行， 同学们的理解也只能停留在表层^【16】。 所以通过MATLAB的图形用户界面设计出来的教学系统， 利用MATLAB软件的仿真功能对信号进行处理，能够大量减少数学计算，操作方法更加简单，仿真结果易于修改和保存，并且仿真图形直观，便于学生对数字信号的处理现象进行剖析和理解^【3】。 将抽象的理论知识通过仿真图形更直观的传达给学生，便于同学们的学习，提高学生们对这一方面的兴趣，深入探索这一领域的知识，消除在理解方面的隔阂，使得学习由被动变为主动，因此设计出一款便于教学的软件已经迫在眉睫，一款基于GUI的信号与系统教学软件已经成为每个大学必须研究的内容。

1.2国内外研究现状