开放式《信号与系统》教学与研究系统的设计

发布时间：2022-11-07 16:25:11 来源：网友投稿

摘要：针对《信号与系统》课程涉及的新技术、新理论发展很快，知识结构也更加综合，学生的学习理解难度增大，教师的教学方式也要不断更新，设计出了具有综合性强、实践性好，且具有先进性、开放性、典型性、创新性、灵活性、可扩展性的《信号与系统教学与研究系统》。此系统既可以满足学生的实验、实训、课程设计、毕业设计的使用，又可以满足教师的科研要求；从而提高学生理论联系实际和工程实践的能力，提高教师的科研水平。

关键词：开放式；应用；HDB3码；创新能力

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）35-0112-02

《信号与系统》是通信工程、电子信息专业的最重要的专业基础课；应用型人才培养的要求，对实践教学的要求越来越高。但市场现有通信实验设备存在以下的问题：

1.验证性实验偏多，而设计性实验偏少，不符合创新型人才培养的要求。

2.采用电子元器件及技术较为落后。对基础性教育不利，无法适应当前教学的需要。

3.不利于学生适应性训练。实验内容简单、陈旧，难以提高学生分析问题和解决问题的能力。

4.系统性、综合性较差。不利于学生综合素质的培养。使得教学不能跟上通信技术的发展。因此，研制一种性价比较高的信号与系统教学与研究系统显得尤为迫切和必要[1-6]。

一、研发“信号与系统教学与研究系统”的目的和意义

1.培养学生的工程实践应用能力；

2.培养学生的职业素养和综合技能；

3.培养学生的创新能力；

4.全面提升通信专业的人才培养质量；

5.提高教师的科研能力。

二、“信号与系统教学与研究系统”的组成

信号与系统教学与研究系统主要包含如下模块：

1.基本运算单元；

2.信号的合成；

3.线性时不变系统；

4.零输入响应与零状态响应；

5.二阶串联谐振、二阶并联谐振；

6.有源与无源滤波器；

7.PAM传输系统

8.FDM传输系统；

9.PAM抽样定理；

10.二阶网络状态矢量；

11.RC振荡器；

12.一阶网络；

13.二阶网络；

14.反馈系统应用；

15.二次开发模块；

16.信号产生模块；

17.MATLAB开放可编程设计与应用模块。

三、“信号与系统教学与研究系统”的主要特点

本文所设计的信号与系统教学与研究系统，与市场现有通信专业实验设备相比有以下优点。

1.紧扣教学大纲：保证基本内容，同时使重点内容更加突出。《信号与系统》教学与研究系统是以高等教育出版社的《信号与系统》（郑君里等）教材为背景，这样使本系统更具教学性、通用性。

2.实验的简洁性：由于这门课是一门基础课，很多学生对电子类实验设备、仪器仪表还不太熟悉，因而要求设计一些简单而又能突出基本性原理的实验内容。

3.实验的模块化：在ZH5004“信号与系统”实验箱中，对每一个实验单元均以一小模块来完成，电路在ZH5004型“信号与系统”实验箱的相应模块中画出，使老师、学生一目了然。

4.实验的可观察性：系统的暂态过程、系统在各种输入信号下的特性是“信号与系统”课程的一个重要方面，而这些实验结果的观察对于一般实验设备来说需配备复杂的信号源与性能较好的测量仪器（如存贮示波器）。这对实验室的建设与实验的开设的要求都是很高的。为此系统本身提供了丰富的信号源与可操作的测量手段，使实验室的建设经费大大降低，让实验室老师更易开设实验，让学生更容易学习基本知识。同时系统中也可根据老师的要求进行信号设计。

5.实验的可扩展性：学生在实验一般实验的同时，可以利用二次开发模块提供的基本元件改变实验中的某些元件参数，进一步开拓学生的思路。

6.实验的启发性：同以往一般实验设备不同，在系统中除了安排大量的测试项目外，还在实验思考一栏中按排了具有一定启发性、一定深度与扩展性的实验内容，供老师与学有余力的学生进行操作。

7.实验模块的互连性：《信号与系统》教学与研究系统中，对某些实验模块进行互连可以构成新的实验系统，这可以大大提高学生学习的兴趣，增强实验效果。

8.实验箱的可开发性：在《信号与系统》教学与研究系统中，提供了二次开发模块，学生可根据老师的要求，以信号与系统的知识自行进行实验设计，提高学生的动手能力。基于以上这些新特点，《信号与系统》教学与研究系统将在教学中起到应有的作用。

信号与系统教学与研究系统采用模块化的设计及综合性的设计，让学生熟悉当今通信系统的组成和所采用的先进的相关技术等；帮助学生在通信领域建立一个较为完整的架构体系。本系统着重体现在测试和设计上，目的是加强基础性教育、增强适应性训练、注重人才综合素质的培养，对通信系统概念有正确的常识性的理解，提高实践能力，为今后对新设备的操作、维护奠定一个良好的基础。本系统完全能够满足高等院校通信工程专业、电子信息专业的教学与研究需求。

参考文献：

[1]李建平，张文杰.信号与系统及其实验教学改革[J].电气电子教学学报，2007，增刊（29）：59-61.

[2]刘玉红，杨桂芹.通信原理软件实验平台设计[J].自动化与仪器仪表，2008，4（138）：18-20.

[3]文化锋，周宇.通信原理实验教学改革与探索[J].实验室科学，2007，（3）：27-28.

[4]夏平，等.通信原理实验教学体系构建与实践[J].电气电子教学学报，2008，2（30）：114-116.

[5]华容，隋晓红.信号与系统[M].北京：北京大学出版社，200.

[6]隋晓红.数字电路的抗干扰设计[J].煤矿机电，2004，（3）：23-25.

基金项目：黑龙江教育厅科学技术研究重点资助项目（编号：11511348）

作者简介：隋晓红（1969-），女，黑龙江省庆安县人，教授，工学硕士，主要从事扩频通信、信息处理的教学及科研工作。

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