《信號與系統》課程教學改革研究

《信號與系統》課程教學改革研究

高 坤 濱州學院航空工程學院

《信號與系統》課程是電子電氣類專業的專業課程，本課程是以原理為主的理論性課程。針對該課程的特點，本文以培養高水平應用型人才為目標，引入MATLAB軟件教學，設計仿真實驗，從而激發學生學習《信號與系統》的興趣，加深學生對本課程中的基本概念和理論的理解，通過實踐證明教學方法取得了良好的教學效果。

信號與系統；MATLAB；高水平應用型人才

引言

信號與系統是一門以原理為主的理論性課程，是我校電子電氣類專業的專業必修課程。該門課程在在電子電氣類專業本科生人才培養方案中起到非常重要的作用，在課程體系建設中起著承上啟下的作用。該課程主要討論時域、頻率域等系統的特性分析。它是研究線性系統的關鍵性課程。針對我校高水平應用型人才培養目標，電子電氣類專業的理論類課程需要進行教學改革。為了適應應用技術型教學的需要，我校課程的設置也進行了相應的改革。本文以我校為例，以培養應用型人才為目標，引入MATLAB軟件教學，設計仿真實驗，本文以濾波器的設計為例，從而激發學生學習《信號與系統》的興趣，加深學生對本課程概念、理論的理解。

1.濾波器的設計

1.1 濾波器

濾波器作為一種選頻裝置作用就是很大程度衰減干擾成分，通過特定的頻率來達到濾波的作用。如下圖1的線性時不變系統輸入輸出關系在時域下表示為：y(n)=x(n)＊h(n)（1-1）

圖1 線性時不變系統

圖2 ChebyshevⅠ型模擬濾波器頻率響應

圖3 模擬濾波器的幅頻響應

1.2 模擬濾波器的設計

設計模擬濾波器，一般情況下遵循以下述步驟：首先根據不同用途給出濾波器的性能指標：上邊界頻率，通常有截止頻率（適合于低通和高通），下邊界頻率 （使合于帶通和帶阻），通帶波紋Rp，阻帶衰減Rs和濾波器類型，確定濾波器階數和周期，其次就是設計模擬原型濾波器，最后經過頻率變換可以得到不同類型的濾波器。MATLAB信號處理工具箱中有確定最小階數、設計濾波器、頻率轉換的的固定函數。

（1）設計帶通ChebyshevⅠ型模擬濾波器，通帶頻率Wρ1=0.35＊pi rad/s，Wρ2=0.65＊pi rad/s阻帶頻率Ws1的值為0.2＊pi rad/s，Ws2的值為0.8＊pi rad/s;通帶波紋Rρ=1dB；阻帶衰減Rs=60dB。運行結果如圖2所示。

圖4 濾波器的輸入信號和輸出信號

（2）編寫巴特沃斯模擬濾波器：通帶周期段為1/2000～1/1000,兩邊的寬度為1/500s,通帶波紋1dB,阻帶衰減100dB為其設計性能要求。如果存在信號為x(t)=sin2πf1t +0.5＊cosπf2t+0.5sin2πf3t，其中f1=100Hz，f2=1500Hz，f3=2900Hz。信號的采樣周期為1/10000s，繪制出原始信號和輸出信號。運行結果如圖3和圖4。

通過MATLAB仿真實驗，使枯燥的理論知識直觀化、清晰化，使學生熟練中午濾波器的基本知識和基本理論，加深學生對濾波器的理解。

2.結束語

針對我校應用型人才培養目標，電子電氣類專業的教學也需要向應用技術型教學進行改革。為了適應應用技術型教學的需要，本文以我校為例，將MATLAB軟件引入到《信號與系統》教學中，從而激發學生學習的興趣，加深學生對本課程概念、理論的理解，實踐證明取得了良好的效果。

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濱州學院2015年度專業核心課程建設項目（BYHXKC201515），濱州學院科研基金項目（BZXYG1520），山東省精品課程電氣工程核心課程群（2013BK004）