李天賦 朱齊媛

摘要 教育產(chǎn)業(yè)逐步緊跟時(shí)代發(fā)展潮流，面向現(xiàn)代化、便利化、高效化、大眾化發(fā)展。經(jīng)過分析當(dāng)今信號(hào)與系統(tǒng)學(xué)科的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀和需求，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)+發(fā)展趨勢(shì)，運(yùn)用移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一款基于Android系統(tǒng)的信號(hào)仿真APP，對(duì)學(xué)生了解并且深入學(xué)習(xí)信號(hào)與系統(tǒng)課程帶來更加便捷的途徑。解決學(xué)生在學(xué)習(xí)中因?yàn)閷?shí)驗(yàn)硬軟件的限制不能深入學(xué)習(xí)的問題，為學(xué)生提供可移動(dòng)、方便、快捷的服務(wù)，將學(xué)習(xí)變?yōu)檎嬲碾S時(shí)隨地、 “隨心所欲”。

【關(guān)鍵詞】Android APP 信號(hào)與系統(tǒng) 移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)

在模擬電路、數(shù)字電路以及信號(hào)與系統(tǒng)等課程的學(xué)習(xí)中，不單單需要學(xué)習(xí)理論知識(shí)，同時(shí)需要掌握相關(guān)計(jì)算機(jī)的軟件作為輔助學(xué)習(xí)的方法或者手段，這樣理性和感性的學(xué)習(xí)，可以更加有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性以及最大程度提升學(xué)習(xí)的效果。目前常見的電子線路仿真軟件主要有Proteus、Labview、Matlab等等……隨著信息技術(shù)日新月異的發(fā)展，相關(guān)軟件的熟悉、靈活運(yùn)用對(duì)于學(xué)生理解并掌握相關(guān)技術(shù)課程來說至關(guān)重要，然而計(jì)算機(jī)差強(qiáng)人意的移動(dòng)性以及軟件本身的復(fù)雜性會(huì)給學(xué)生的使用帶來諸多不便。

現(xiàn)代移動(dòng)技術(shù)、信息技術(shù)的發(fā)展，從各個(gè)角度影響著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，近幾年手機(jī)APP的發(fā)展，極大程度的豐富了手機(jī)應(yīng)用的市場(chǎng)，另外在教育教學(xué)領(lǐng)域也開始有了APP的身影并且未來的發(fā)展不可限量。一款基于智能手機(jī)平臺(tái)功能強(qiáng)大的APP可隨時(shí)隨地進(jìn)行信號(hào)與系統(tǒng)等課程的實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生提供可移動(dòng)、方便、高效、快捷的服務(wù)，將學(xué)習(xí)變?yōu)檎嬲碾S時(shí)隨地、“隨心所欲”，在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展快速的今天，利用碎片化的“微學(xué)習(xí)”儼然已經(jīng)成為了一股熱流。

1 基于Android系統(tǒng)的信號(hào)仿真APP主要實(shí)現(xiàn)的功能以及功能分析

1.1 基本信號(hào)（脈沖函數(shù)、三角函數(shù)、指數(shù)函數(shù)……）

這些主要是信號(hào)與系統(tǒng)課程教學(xué)中的核心函數(shù)，作為信號(hào)仿真體系中的主要函數(shù)、基本函數(shù)，可以構(gòu)成系統(tǒng)仿真所需的任意函數(shù)，至此看出，這類函數(shù)的重要性，所以在設(shè)計(jì)APP的基礎(chǔ)信號(hào)中，首要考慮的就是類似于脈沖函數(shù)、三角函數(shù)、高斯函數(shù)及指數(shù)函數(shù)等基礎(chǔ)函數(shù)。

1.2 線性時(shí)不變系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)和卷積

線性時(shí)不變系統(tǒng)，它是信號(hào)與系統(tǒng)的重要組成部分，是構(gòu)成系統(tǒng)分析的關(guān)鍵部分。在現(xiàn)代系統(tǒng)體系里，絕大多數(shù)的系統(tǒng)都是非線性系統(tǒng)，但是線性系統(tǒng)研究是夠成非線性系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)，通過對(duì)線性系統(tǒng)的分析和學(xué)習(xí)可以有效的提高對(duì)非線性系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，可以在最大程度上幫助非線性系統(tǒng)的分解分析和處理。線性系統(tǒng)滿足可加性和齊次性，可以通過這個(gè)條件判斷系統(tǒng)是否為線性系統(tǒng)。同樣，時(shí)不變特性也是信號(hào)與系統(tǒng)學(xué)習(xí)中非常重要的一個(gè)特性。其特點(diǎn)是就是系統(tǒng)的參數(shù)不隨時(shí)間而變化，即不管輸入信號(hào)作用的時(shí)間先后，輸出信號(hào)響應(yīng)的形狀均相同，僅是從出現(xiàn)的時(shí)間不同。

卷積運(yùn)算，它是廣義函數(shù)和泛函分析中的重要組成部分，是一種積分變換的數(shù)學(xué)方法，在許多方面都有廣泛的應(yīng)用，特別是在信號(hào)與系統(tǒng)的本科教學(xué)中，整門課程的安排針對(duì)信號(hào)和系統(tǒng)里的基本函數(shù)和基本運(yùn)算的介紹大約為全部理論的20%，剩余的80%基本上都是圍繞著卷積運(yùn)算展開和延拓的。

1.3 傅里葉級(jí)數(shù)

任何周期函數(shù)都可以用正弦函數(shù)和余弦函數(shù)構(gòu)成的無窮級(jí)數(shù)來表示，這稱為傅里葉級(jí)數(shù)，是一種特殊的三角級(jí)數(shù)。傅里葉級(jí)數(shù)具有正交性、收斂性和奇偶性，其中收斂性要滿足狄利赫里條件：在任何周期內(nèi)，x（t）須絕對(duì)可積;在任一有限區(qū)間中，x（t）只能取有限個(gè)最大值或最小值;在任何有限區(qū)間上，x（t）只能有有限個(gè)第一類間斷點(diǎn)。引入傅立葉級(jí)數(shù)復(fù)指數(shù)形式的好處有二：

（1）復(fù)數(shù)振幅同時(shí)描述了第n次諧波的振幅An和初相角Ⅷ;

（2）為研究信號(hào)的頻譜提供了路徑和有效支持。

l.4 連續(xù)時(shí)間的傅里葉變換

連續(xù)時(shí)間的傅里葉變換是一個(gè)特殊的把一組函數(shù)映射為另一組函數(shù)的線性式子。傅里葉變換主要是將時(shí)域上的信號(hào)轉(zhuǎn)化為頻域上分析，由于實(shí)際中的信號(hào)是由有用信號(hào)和噪聲組合成的，轉(zhuǎn)換到頻域上，能夠進(jìn)行頻譜分析，從而在頻譜中把兩者區(qū)分開，從而更好的分析我們研究的信號(hào)。傅里葉原理表明，任何連續(xù)的信號(hào)都可以表示為不同頻率的正弦波信號(hào)的無限疊加。而根據(jù)該原理創(chuàng)立的傅立葉變換算法利用直接測(cè)量到的原始信號(hào)，以累加方式來計(jì)算該信號(hào)中不同正弦波信號(hào)的頻率、振幅和相位。

l.5 數(shù)字信號(hào)的合成以及信號(hào)的轉(zhuǎn)換

在數(shù)字信號(hào)的合成過程中，主要是以頻率合成技術(shù)為主。一個(gè)電子性能的好壞，主要取決于信號(hào)源性能的好壞。頻率合成理論自20世紀(jì)30年代被提出來以后，已經(jīng)逐步發(fā)展為以下四種技術(shù)：直接頻率合成技術(shù)、鎖相頻率合成技術(shù)、混合式頻率合成技術(shù)和直接數(shù)字式頻率合成技術(shù)。數(shù)字信號(hào)的合成技術(shù)在通信、雷達(dá)、廣播、導(dǎo)航等領(lǐng)域都廣泛應(yīng)用。信號(hào)的轉(zhuǎn)換是將當(dāng)前信號(hào)轉(zhuǎn)化為所需的信號(hào)，方便進(jìn)行信號(hào)的處理、研究，目前可以將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)等等，根據(jù)自己的需要而選擇不同的轉(zhuǎn)換器，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換。

2 APP客戶端的設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

如表1所示，根據(jù)系統(tǒng)分析，系統(tǒng)的信號(hào)仿真平臺(tái)由用戶界面（客戶層）和控制信號(hào)生成（應(yīng)用層）兩部分組成，通過android studio開發(fā)平臺(tái)，對(duì)xml布局文件編寫調(diào)整形成直觀的用戶界面，調(diào)用MPAndroidChart圖表庫生成相應(yīng)的圖形界面;運(yùn)用JNI技術(shù)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層功能。客戶層主要用于與客戶的信息交互，信息顯示以及簡(jiǎn)單的信息處理;應(yīng)用層主要負(fù)責(zé)將客戶反饋的信息進(jìn)行功能的實(shí)現(xiàn)，例如客戶想要實(shí)現(xiàn)一個(gè)三角函數(shù)信號(hào)，觸發(fā)點(diǎn)擊事件后，經(jīng)過處理數(shù)據(jù)，運(yùn)行指定代碼，實(shí)現(xiàn)信號(hào)生成。通過這樣的方法，讓客戶更加直觀明了的認(rèn)識(shí)該APP的功能，更加方便快捷的滿足客戶要求。

2.2 功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.2.1 界面設(shè)計(jì)

界面采用直接抽屜盒展示內(nèi)容的方式，清晰的將基本信號(hào)、線性時(shí)不變系統(tǒng)和卷積、傅里葉級(jí)數(shù)、傅里葉變換和數(shù)字信號(hào)及轉(zhuǎn)換的功能呈現(xiàn)在客戶面前，界面簡(jiǎn)潔，增添搜索欄，讓客戶更容易上手，使用起來方便快捷。部分界面如圖l所示。

2.2.2 部分功能設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)過程：

matlab信號(hào)實(shí)現(xiàn)一>分析信號(hào)圖像一>生成C代碼一>導(dǎo)入c/.h文件一>調(diào)用AndroidNative Development Kit （NDK）方法一>信號(hào)實(shí)現(xiàn)。

以脈沖函數(shù)為例：

（1） matlab源碼：

function [xl]=Lab3_l（a，Delta）

FO：Delta：8-Delta;

xl=a*[ones（l，round（4/Delta》zeros（l，round（4/Delta》];

plot（t，xl）;

（2）生成信號(hào)圖像分析，如圖2所示。

（3）生成C代碼（部分），如下所示：

static float rt_roundf_snf（float u）{

floaty;

if《fioat） fabs（u）< 8.388608E+6F）{

if（u>=0 5F）{

y= （float） floor（u+ 0.5F）;

） else if（u>-0.5F）{

y=U * 0.OF;

） else{

y= （fioat） ceil（u - 0.5F）;

）

，else{

y=U;

）

returny;

}

（4）導(dǎo)入源文件和頭文件，如圖3所示。

（5） Android Native Development Kit（NDK）方法調(diào)用代碼（部分），如下所示：

JNIEXPORT jobjecrArray JNICALL

Java com xqdd function ldiagramfragment_ funcrions_basic_l signalImpulseFragment_impulse（JNIEnv *env， jobjectinstance，jfloat a，jfloat delta）{

Lab3_ljnitialize（）;

emxArray_reaI32_T *xl;

emxInitArray_rea132_T（&xl， 2）;

}

3 APP系統(tǒng)測(cè)試與仿真

APP系統(tǒng)測(cè)試與仿真如圖4、圖5、圖6所示。

4 結(jié)語

當(dāng)今，我們的生活已經(jīng)無法離開網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)無處不在，一種新的模式興起，必定會(huì)對(duì)傳統(tǒng)模式形成沖擊。教育也不例外，傳統(tǒng)的教育教學(xué)模式已經(jīng)無法滿足人們迫切獲取知識(shí)的訴求。提高學(xué)生自學(xué)能力和動(dòng)手能力是各大高校所亟待解決的問題，但是由于教學(xué)資源的限制和制約，不能很好的滿足學(xué)生的需求，于是打破傳統(tǒng)的教學(xué)方式，運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)充分發(fā)揮學(xué)生的思維能力，提高動(dòng)手能力的移動(dòng)教學(xué)APP應(yīng)運(yùn)而生。

項(xiàng)目將進(jìn)一步研究和開發(fā)實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：進(jìn)一步完善信號(hào)與系統(tǒng)課程的全部函數(shù)功能、最大程度的實(shí)現(xiàn)界面人性化、將互聯(lián)網(wǎng)+教育帶進(jìn)各大高校和課堂、打造碎片化的“微學(xué)習(xí)”新模式。

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