開放式《信號與系統》教學與研究系統的設計

摘要：針對《信號與系統》課程涉及的新技術、新理論發展很快，知識結構也更加綜合，學生的學習理解難度增大，教師的教學方式也要不斷更新，設計出了具有綜合性強、實踐性好，且具有先進性、開放性、典型性、創新性、靈活性、可擴展性的《信號與系統教學與研究系統》。此系統既可以滿足學生的實驗、實訓、課程設計、畢業設計的使用，又可以滿足教師的科研要求；從而提高學生理論聯系實際和工程實踐的能力，提高教師的科研水平。

關鍵詞：開放式；應用；HDB3碼；創新能力

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）35-0112-02

《信號與系統》是通信工程、電子信息專業的最重要的專業基礎課；應用型人才培養的要求，對實踐教學的要求越來越高。但市場現有通信實驗設備存在以下的問題：

1.驗證性實驗偏多，而設計性實驗偏少，不符合創新型人才培養的要求。

2.采用電子元器件及技術較為落后。對基礎性教育不利，無法適應當前教學的需要。

3.不利于學生適應性訓練。實驗內容簡單、陳舊，難以提高學生分析問題和解決問題的能力。

4.系統性、綜合性較差。不利于學生綜合素質的培養。使得教學不能跟上通信技術的發展。因此，研制一種性價比較高的信號與系統教學與研究系統顯得尤為迫切和必要[1-6]。

一、研發“信號與系統教學與研究系統”的目的和意義

1.培養學生的工程實踐應用能力；

2.培養學生的職業素養和綜合技能；

3.培養學生的創新能力；

4.全面提升通信專業的人才培養質量；

5.提高教師的科研能力。

二、“信號與系統教學與研究系統”的組成

信號與系統教學與研究系統主要包含如下模塊：

1.基本運算單元；

2.信號的合成；

3.線性時不變系統；

4.零輸入響應與零狀態響應；

5.二階串聯諧振、二階并聯諧振；

6.有源與無源濾波器；

7.PAM傳輸系統

8.FDM傳輸系統；

9.PAM抽樣定理；

10.二階網絡狀態矢量；

11.RC振蕩器；

12.一階網絡；

13.二階網絡；

14.反饋系統應用；

15.二次開發模塊；

16.信號產生模塊；

17.MATLAB開放可編程設計與應用模塊。

三、“信號與系統教學與研究系統”的主要特點

本文所設計的信號與系統教學與研究系統，與市場現有通信專業實驗設備相比有以下優點。

1.緊扣教學大綱：保證基本內容，同時使重點內容更加突出。《信號與系統》教學與研究系統是以高等教育出版社的《信號與系統》（鄭君里等）教材為背景，這樣使本系統更具教學性、通用性。

2.實驗的簡潔性：由于這門課是一門基礎課，很多學生對電子類實驗設備、儀器儀表還不太熟悉，因而要求設計一些簡單而又能突出基本性原理的實驗內容。

3.實驗的模塊化：在ZH5004“信號與系統”實驗箱中，對每一個實驗單元均以一小模塊來完成，電路在ZH5004型“信號與系統”實驗箱的相應模塊中畫出，使老師、學生一目了然。

4.實驗的可觀察性：系統的暫態過程、系統在各種輸入信號下的特性是“信號與系統”課程的一個重要方面，而這些實驗結果的觀察對于一般實驗設備來說需配備復雜的信號源與性能較好的測量儀器（如存貯示波器）。這對實驗室的建設與實驗的開設的要求都是很高的。為此系統本身提供了豐富的信號源與可操作的測量手段，使實驗室的建設經費大大降低，讓實驗室老師更易開設實驗，讓學生更容易學習基本知識。同時系統中也可根據老師的要求進行信號設計。

5.實驗的可擴展性：學生在實驗一般實驗的同時，可以利用二次開發模塊提供的基本元件改變實驗中的某些元件參數，進一步開拓學生的思路。

6.實驗的啟發性：同以往一般實驗設備不同，在系統中除了安排大量的測試項目外，還在實驗思考一欄中按排了具有一定啟發性、一定深度與擴展性的實驗內容，供老師與學有余力的學生進行操作。

7.實驗模塊的互連性：《信號與系統》教學與研究系統中，對某些實驗模塊進行互連可以構成新的實驗系統，這可以大大提高學生學習的興趣，增強實驗效果。

8.實驗箱的可開發性：在《信號與系統》教學與研究系統中，提供了二次開發模塊，學生可根據老師的要求，以信號與系統的知識自行進行實驗設計，提高學生的動手能力。基于以上這些新特點，《信號與系統》教學與研究系統將在教學中起到應有的作用。

信號與系統教學與研究系統采用模塊化的設計及綜合性的設計，讓學生熟悉當今通信系統的組成和所采用的先進的相關技術等；幫助學生在通信領域建立一個較為完整的架構體系。本系統著重體現在測試和設計上，目的是加強基礎性教育、增強適應性訓練、注重人才綜合素質的培養，對通信系統概念有正確的常識性的理解，提高實踐能力，為今后對新設備的操作、維護奠定一個良好的基礎。本系統完全能夠滿足高等院校通信工程專業、電子信息專業的教學與研究需求。

參考文獻：

[1]李建平，張文杰.信號與系統及其實驗教學改革[J].電氣電子教學學報，2007，增刊（29）：59-61.

[2]劉玉紅，楊桂芹.通信原理軟件實驗平臺設計[J].自動化與儀器儀表，2008，4（138）：18-20.

[3]文化鋒，周宇.通信原理實驗教學改革與探索[J].實驗室科學，2007，（3）：27-28.

[4]夏平，等.通信原理實驗教學體系構建與實踐[J].電氣電子教學學報，2008，2（30）：114-116.

[5]華容，隋曉紅.信號與系統[M].北京：北京大學出版社，200.

[6]隋曉紅.數字電路的抗干擾設計[J].煤礦機電，2004，（3）：23-25.

基金項目：黑龍江教育廳科學技術研究重點資助項目（編號：11511348）

作者簡介：隋曉紅（1969-），女，黑龍江省慶安縣人，教授，工學碩士，主要從事擴頻通信、信息處理的教學及科研工作。