基于GUI的信號與系統(tǒng)實驗仿真平臺設(shè)計

唐亮 吳揚(yáng) 宮麗娜

摘要：將GUI應(yīng)用到信號與系統(tǒng)課程中，設(shè)計了一個基于GUI的信號與系統(tǒng)實驗仿真平臺，該平臺根據(jù)西安思源學(xué)院學(xué)生特點，結(jié)合信號與系統(tǒng)課程教學(xué)內(nèi)容將教學(xué)過程中枯燥的公式、煩瑣的算法以直觀生動圖形演示出來，不僅改善了課堂教學(xué)效果并提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

關(guān)鍵詞：GUI;信號與系統(tǒng);仿真平臺

中圖分類號：TP319 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）10-0264-02

本文針對西安思源學(xué)院學(xué)生在完成信號與系統(tǒng)實驗中遇到的問題，設(shè)計一套基于GUI的信號與系統(tǒng)實驗仿真平臺，該平臺把課程內(nèi)容中所要求掌握的枯燥公式、煩瑣算法以及各種信號函數(shù)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€個靈活可調(diào)的m程序和友好的GUI界面。通過該仿真平臺操作者在驗證理論知識的基礎(chǔ)上，通過自己修改、編寫程序代碼、調(diào)整參數(shù)，進(jìn)一步加深對信號的產(chǎn)生運(yùn)算、時域頻域分析、復(fù)頻域分析和實現(xiàn)以及數(shù)字濾波器設(shè)計等知識的理解和掌握。

1平臺的設(shè)計流程

平臺的界面設(shè)計是整個平臺設(shè)計的關(guān)鍵，本平臺的界面布局設(shè)計采用自頂向下的設(shè)計方法，即先設(shè)計主界面，再設(shè)計各個實驗子界面。界面設(shè)計完成后，只是一些靜態(tài)的畫面而已，沒有什么內(nèi)涵，還不能用于實驗操作，要想達(dá)到實驗?zāi)康模仨毥柚诤瘮?shù)調(diào)用嘲。設(shè)計中，各個回調(diào)函數(shù)的編寫順序則是采用自底向上的設(shè)計方法，即先完成各個實驗子界面回調(diào)函數(shù)的編寫，再編寫主界面的回調(diào)函數(shù)，設(shè)計流程圖如圖1所示。

2基于GUI的平臺界面及各個模塊功能

2.1平臺界面介紹

利用GUI的圖形用戶界面設(shè)計主引導(dǎo)界面和各個子界面，然后通過編寫各個控件的回調(diào)函數(shù)去實現(xiàn)引導(dǎo)界面功能以及信號與系統(tǒng)的一些簡單實驗?zāi)K子界面以及兩個“退出實驗系統(tǒng)”“關(guān)于實驗系統(tǒng)”，主界面組成如圖2所示。

在主界面上，用戶點擊任一按鈕即可進(jìn)入子界面進(jìn)行實驗。如點擊主界面上的“退出實驗系統(tǒng)”按鈕將彈出“退出仿真實驗平臺窗口”提示，如果點擊“否”則保持點擊按鈕前的狀態(tài)，點擊“是”則關(guān)閉主引導(dǎo)界面，界面如圖3所示。

2.2基本序列和基本信號的產(chǎn)生模塊

信號與系統(tǒng)課程中首先會介紹常用的基本信號和基本序列，這些是學(xué)習(xí)該課程的基礎(chǔ)，學(xué)生必須掌握這些基本信號的表達(dá)式及特點，為后期的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。本平臺所設(shè)計的基本序列和基本信號的產(chǎn)生界面分別如圖4和圖5所示，后期學(xué)生還可以將此作為開發(fā)界面繼續(xù)根據(jù)課程學(xué)習(xí)需求添加其他基本信號。

2.3傅里葉分析模塊

通過傅里葉級數(shù)的學(xué)習(xí)已經(jīng)知道，一個周期信號可以分解為直流分量和不同頻率諧波分量的代數(shù)和。通過本實驗平臺的設(shè)計，可幫助使用者很好地理解傅里葉級數(shù)的分析過程。圖6給出了一個幅值為5的方波信號的傅里葉級數(shù)展開過程，從圖中可以看出，傅里葉級數(shù)所取得諧波數(shù)越多，相加后的波形越接近原方波信號。

3總結(jié)

基于GUI的信號與系統(tǒng)實驗平臺根據(jù)西安思源學(xué)院學(xué)生特點設(shè)計，操作簡單，不需要用戶編寫太多程序，只需根據(jù)需求輸入相關(guān)參數(shù)，就可直觀明了地看到結(jié)果。通過本平臺的使用，教師上課變得生動活潑，學(xué)生學(xué)的深刻透徹，極大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)信號類課程的學(xué)習(xí)興趣。