西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文)开题报告题目：数字信号处理实验教学平台设计系别光电信息系专业光电信息工程班级 B100106姓名彭牡丹学号 B10010638导师稀华2013年11月20日1 毕业设计（论文）综述1.1 题目背景和意义自 20 世纪 60 年代以来，随着计算机和信息学科的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并迅速发展，目前已经形成为一门独立且成熟重要的新兴学科。
如今已广泛地应用于通信、语音、图像、遥感、雷达、航空航天、自动控制和生物医学[1]等多个领域。
特别在教学方面，此课程已普遍成为大学本科电子通信专业必修的主干课和重要的专业基础课，已成为信息化建设不可缺少的环节。
“数字信号处理”课程主要包括离散时间信号及系统、离散傅立叶变换DFT、快速傅立叶变换FFT、数字滤波器设计及实现和数字信号系统的应用等内容，如何帮助学生理解与掌握课程中的基本概念、分析方法以及综合应用能力，是教学所要解决的关键问题，但是该课程理论性强，公式繁琐，需要实验辅助学生理解。
因此研究数字信号处理虚拟实验技术能够有效地弥补数字信号处理理论教学的不足，所以本课题需要借助一些软件平台来完成数字信号处理课程中重要的实验内容的仿真分析。
1.2 国内外相关研究状况对于教学平台设计，现在教学方面有很多研究方法，不同的的科研目标用的是不同的软件平台，国内外也提出了多种研究方法。
例如，在做交互式教学实验平台设计时，周强、张兰、张春明[2]等人运用的是Tornado 软件。
此设计以 Tornado 专业课程为例，提出教学网络化的预期目标，结合课程内容的实践性特点，依据分层教学的指导理念，以先进的网站开发技术（Dreamweaver、B/S、ASP 等）为支撑手段，对面向 Tornado 的交互式教学实验平台进行设计与实现。
通过小范围测试，基本实现了教师发布教学信息、上机实验、问题互助解答、学生在线自测、师生交互平台等教学功能，并在此基础上凸显出对学生进行分级以提供个性化教学的特色。
在研究网络的教学实验平台设计，赵迎新、徐平平、夏桂斌[3]等人用的是无线传感器网络的研究方法。
此设计研究并开发了一种应用MSP430微控制器芯片和CC2420无线收发模块架构的无线传感器网络的教学实验平台，设计并实现了系统的总体架构、硬件电路、软件接口与数据汇聚模式，根据实践教学要求，设计了基于该平台系统的基本实验要求与操作步骤，给出了对不同层次实践教学的目标要求，最后给出教学实践效果的评价。
还有谢延红[4]提出的开放式 Linux 实验教学平台设计与实现。
此研究针对 Linux 实验教学中存在的实验环境不够灵活、实验学习时间受限和无法实时沟通的问题，此研究提出了“个网络平台，条技术路线，种参与角色，套实验教学网站”的开放式 Linux 实验教学理念。
依据此教学理念设计的开放式 Linux实验教学平台不仅为学生提供了一个开放的全天候实验环境，为师生们间的沟通和交流提供了一条高效的途径，而且有效解决了 Linux 实验教学中存在的上述问题，取得了较好的实验教学效果。
在研究“信号与系统”实验平台设计时，王峰、周昌雄[5]提出了基于MATLAB软件的研究。
此研究介绍了基于MATLAB的“信号与系统”课程的可视化虚拟实验平台.该实验平台包含了“信号与系统”实验教学中典型仿真实例分析，通过交互式平台直观显示实验结果，帮助学生理解“信号与系统”的原理和分析方法，以提高学生分析问题和综合应用能力。
在研究信号处理教学平台设计时，曹建华、周建江、刘越[6]提出了基于MATLABWeb Server信号处理教学平台的实现方法。
该方法的平台利用MATLAB的强大信号处理功能和通用的Browser/Server 模式实现信号分析处理的网络化实验教学。
对该教学平台的具体实现手段进行了描述，可供建立其它教学平台和科研参考。
在研究网络数学实验平台设计时，罗晓宾、谢治州、熊梅[7]提出的方法是基于MATLAB的研究。
在研究基于MATLAB网络系统工具和技术的网络数学实验平台开发中应用 MATLAB中的 MATLAB，Builder For,let 和MATLAB计算引擎设计开发了网络数学实验平台，文章详细介绍了该平台的总体设计架构以及平台实现的关键技术。
在数字信号处理方面：不同的科研对象采用的软件工具不同但都能达到预期的效果。
例如，孙继禹、杨明极、李冬明[8]等人在研究数字信号处理课程教学平台设计时提出了基于JSP的研究方法。
此设计针对数字信号处理学科传统集中教学方式存在的不足，借助于互联网技术和Web应用技术的迅速发展，设计了一套基于本学科的面向教师与学生的网络教学平台。
该平台应用JSP+MySql技术进行开发，采用模型-视图-控制器结构中的Struts框架。
对该平台的体系机构、功能进行了详细的分析，介绍了设计中所应用的的关键技术。
平台经过测试，运行稳定，能够实现规定的教学功能。
陈玲玲、刘阳、秦丽敏[9]他们在研究数字信号处理时提出了基于 labVIEW 的数字信号处理实验平台设计。
此设计针对数字信号处理理论的抽象和实验的复杂，开发了基于labVIEW的数字信号处理实验平台，该虚拟实验平台利用图形化编程语言labVIEW 的快捷"方便和强大的软件工具等特点，使得实验平台具有良好的人机界面和平滑的数据更改工具，只需简单的掌握便可进行实验和分析。
通过该虚拟实验平台可以更好的理解数字信号处理的相关知识和实验。
阙大顺、胡金、陈铖[10]他们提出的研究方法是基于VC++与Matlab的数字信号处理实验平台设计。
此设计针对数字信号处理课程的内容和特点，采用基于Matlab engine的VC++与Matlab混合编程方法，开发设计了数字信号处理实验平台，使抽象的理论实例化。
实践证明，该平台可以使学生更好地理解和掌握课程的基本理论，有利于提高学生分析问题的能力和综合实践能力。
在研究数字信号处理交互式教学平台设计与实现时，向友君、周文坤、徐向民[11]他们用的是Matlab软件。
此研究采用Matlab语言完成了数字信号处理交互式教学平台，该平台综合应用GUI及动态演示，把该课程抽象的理论和繁杂的计算变成简单直观的图形和动态演示，并用于课堂教学。
系统具有可操作性和实时性，内容丰富，使用方便，加强了学生对该课程基本原理和方法的理解和掌握，具有很好的教学效果。
同样有在研究数字信号处理教学实验软件包时，沈捷、王莉[21]他们用的是GU I（计算机辅助教学)综合软件，但是要实现此研究的目标Matlab软件还是不能缺少的。
此设计利用Matlab的GUIDE (图形用户界面设计向导)工具箱设计并实现了数字信号处理教学实验软件包的GUI (图形用户界面)。
该GUI将Matlab软件和多媒体硬件结合，融入数字信号处理课程的实验内容，形成了一种新的CAI (计算机辅助教学)方式。
CAI 的方式形象直观，便于学生对所学理论知识的理解，大大提高了教学的效果和效率。
此设计完成成也必须熟悉一种新的CAI 方式。
这种新的CAI实验仿真软件设计与实现方式被朱群雄、隋秀凤[13]在提出的。
此方法是计算机辅助教学软件是当前高校较为流行的研究课题，是提高教学质量的极为有效的手段。
通过以上方法的研究，很显然，不同的研究对象用的软件和方法都不一样各有各的优势，但是相比之下Matlab软件更适合数字信号处理教学平台设计与实现。
因为MATLAB语言在教学、科研等领域应用越来越广泛[14]。
因此选择 MATLAB 语言完成数字信号处理课程设计能够节省大量机时。
使学生把重点放到理解新的困难的概念上而不是编程上。
MATLAB 是一种高性能数值计算和可视化的软件，我们将其引入到课堂教学中，将抽象的理论用具体实例通过图形方式描述，一方面有助于学生理解相关的概念和基本理论。
另一方面弥补了硬件实验条件的不足，而且巩固和加深了学生对所学的电路、信号与系统、数字信号处理[15]等基本理论知识的理解和深化，提高了学生对“数字信号处理”的学习兴趣。
Matlab的GUIDE工具箱也是非常重要的，因为本文可以利用Matlab的GUIDE工具箱设计来实现“数字信号处理”教学实验软件包的图形用户界面GUI(Graphics User Interface)。
该GUI以窗口、弹出框、按键、动态文本框等友好界面形式构成，即便不懂Matlab语言编程，也可以非常方便地使用。
该GUI将Matlab软件和多媒体硬件结合，融入数字信号处理课程的实验内容，形成了一种新的CAI (计算机辅助教学)方式。
CAI的方式形象直观，便于学生对所学理论知识的理解，大大提高了教学的效果和效率。
2 研究方案2.1课题研究主要内容：本课题主要利用Matlab的GUIDE (图形用户界面设计向导)工具箱设计并实现数字信号处理实验教学平台，并且能够达到数字信号处理网络教学的基本要求，这样可以扩大学生的学习课堂，极大调动了学生学习数字信号处理的积极性。
2.2拟采用的方案1）构架实验平台。
本虚拟实验系统必须具有可视化的特点，操作方便、直观。
通过GUI界面，学生可以进入教师指定的实验项目或者可以根据自己的学习进度进行选择实验项目，进入相应的环境，设置和调整仿真参数，进行仿真试验学习。
完成上面设计必须列出实验项目，可以根据实验教学计划的要求，设计的虚拟实验平台项目包含于“数字信号处理”实验教学中重要的实验项目之中。
例如，序列的平移、序列的Z域分析等。
此实验平台的GUI界面可以直接调入MATLAB的参考学习资料、数字信号处理课件、硬件实验指导书、仿真实验指导书、数字信号处理习题库等参考资料。
2) 设计数字信号处理界面利用Matlab的GUIDE工具箱设计来创建GUI界面。
GUI是由窗口、光标、按键、菜单、文字说明等对象(object)构成的一个用户界面。
创建GUI界面必须具备的三个基本元素:组件、图形窗口和回应。
实验平台的GUI界面用到的控件有:按钮、文本框、坐标轴、下拉列表、单选按钮、复选按钮、滚动条等.所设计的GUI界面主要包括实验平台进入界面、实验名称界面、每一个实验项目界面及其对应的仿真实例、参考资料学习子界面等。
3) 进行实例仿真练习并且做出总结为下次做好铺垫。
图一为整个界面选择流程图图一界面选择流程图3 本课题研究的重点及难点，前期已开展工作3.1本课题研究的重点及难点：本课题重点是利用Matlab的GUIDE工具箱设计数字信号处理实验教学平台的实现。
在设计之前必须得熟练MATLAB语言和复习好数字信号处理相关知识。
本课题难点是如何将教材上的重点理论知识与Matlab软件相互结合并且能实现本次课题的研究目的。
使学生更好、更快的理解掌握重点难点的知识。