基于MATLAB GUI的“信號與系統實驗”仿真平臺搭建研究

程正梅 劉云連 付又香

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

關鍵詞：MATLAB GUI；信號與系統實驗；仿真平臺

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）12-0236-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1概述

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

MATLAB 是一款科學計算類軟件，因其強大的數據處理能力、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）設計方面，MATLAB也具有強大的優勢[1]。本文中的信號與系統實驗仿真平臺就是利用MATLAB GUI的功能進行實現的，簡易的操作性，直觀的界面，實時的實驗結果，讓學生快速地掌握相關實驗項目的知識，并加深對理論課程知識結構的把握。

2 仿真平臺結構搭建

該仿真結構搭建主要分為周期信號分析、連續LTI系統時域、頻域分析、連續系統的零極點分析以及二階網絡狀態軌跡的顯示這五個實驗項目，當然經過學習，學生還可以自己設計實驗項目添加在仿真平臺中。如圖1所示為平臺結構主界面。

3 仿真平臺設計研究

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

3.1主界面設計

如圖2所示，對應主界面的用戶界面設計圖中列出了該仿真平臺目前設計的五個實驗項目名稱，圖2中文本的功能實現都是通過選擇text文本按鈕實現的，在相應的string項中寫上對應的文字即可。而圖中的“點擊進入”則是通過選擇按鈕pushbutton實現的，在對應的string項中填上相應的文字即可。圖中的axes1和axes2主要是用來實現圖1主界面中的兩張圖片的，通過編寫main.m文件實現圖片的顯示。根據實際需要，學生可以運行實驗仿真系統，進入實驗仿真環節。運行系統后再圖1的界面下選擇相應的實驗項目“點擊進入”按鈕到相應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”則結束實驗仿真。

3.2子界面的設計

4實驗仿真平臺效果測試

根據二階網絡狀態軌跡的編輯界面設計，當點擊主界面的“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，點擊“狀態軌跡的顯示”按鈕，在3個軸對象中則會顯示相應的狀態軌跡。如圖5所示，當R的值為0時，電路的狀態軌跡顯示為“無阻尼”。如圖6所示，LC的比值為1，當R=2時，對應的是臨界阻尼狀態的軌跡。經測試實驗仿真平臺的實驗效果可以達到預期的目標。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 結論與展望

基于MATLAB GUI界面的“信號與系統實驗”仿真平臺，界面設計簡易，界面呈現優美，實驗結果圖像清晰，顯示結果直觀。通過實驗效果的顯示，可以使學生更好地理解理論知識結構，提高學習興趣，改善了公式的推導的枯燥性，使得學習效果成倍增加[4]。根據設計操作的簡易性，學生還可以進行自主編輯界面和添加實驗項目，使得學習靈活性大大提高。

參考文獻：

[1] 余勝威，吳婷，羅建橋.MATLAB GUI設計入門與實戰[M].清華大學出版社，2016.

[2] 羅華飛.MATLAB GUI設計學習手記[M].北京航空航天大學出版社，2017.

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

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

【通聯編輯：王力】