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信号系统!基于LabVIEW的信号处理系统设计

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(吉林电子信息职业技术学院)

摘 要:运用LabVIEW虚拟仪器技术图形化集成设计平台,完成信号处理系统设计,系统包括波形发生、采样滤波等模块单元,可以对被测信号完成时域、频域及时频域分析,可以调整数据参数,动态直观显示处理后信号变化情况,应用到高职院校《信号与系统》课程教学中,事实证明收到了良好的教学效果.

关键词:LabVIEW;信号处理系统;设计

中图分类号:G434 文献标识码:A

随着计算机技术的发展,新技术层出不穷,并飞速改变着人们生产生活的各个领域,虚拟仪器技术由于它具有设计方便、开发速度快、软硬件配套齐全、系统运行稳定等诸多优点,越来越多的受到人们的广泛关注.这个概念由美国国家仪器公司(National Instrument,NI)于1986年第一次提出,近年来广泛应用于工业各领域中.其推出的LabVIEW(实验室虚拟仪器工程平台)作为国内使用最为广泛的虚拟仪器软件平台,用于数据分析、采集及硬件仪器控制,可以进行图形化编程设计.这一虚拟仪器平台的推出,开创了“软件即是仪器”的新领域,推动了虚拟仪器技术的发展.

《信号与系统》是高职院校电子信息类专业的专业基础课程,众多抽象的知识内容一直使该课程被专业学生认为是专业课中最难以理解的课程之首.学生在课堂上面对着众多公式根本提不起学习兴趣,这个长期困扰我们的顽疾亟须要通过改变教学方法手段来解决.

1.系统设计

信号处理系统的设计基于高职院校《信号与系统》的课程标准要求,内容情境设计参照项目化课程改革规范,运用“六步”教学法,确保设计内容能更好地服务课程教学.

信号处理系统由信号发生器、信号延迟处理模块、信号消噪处理模块和信号采样模块共四个主要部分组成.

(1)信号发生器

信号发生器由正弦信号发生器和周期信号发生器组成.它们的时域信号模型表示如下:

正弦信号发生器可以产生可调振幅、频率的正弦信号波形,模型表示为公式(1)

h(n)等于Rnsin(棕0n)u(n)0<,R≤1(1)

其中R表示正弦信号振幅,棕0表示正弦信号角频率.

周期信号发生器可以产生可调振幅、频率的周期信号波形,模型表示为公式(2)

h(n)等于h1(n)+h1(n-D)+h1(n-2D)等 (2)

其中,h1(n)等于b0啄(n)+b1啄(n-1)+b2啄(n-2)+等+bD-1啄[n-(D-1)],b0,b1,等bD-1均是同一周期内的参数,D表示该信号的周期.

(2)信号延迟处理模块

该模块可以根据使用者要求,调整延迟时间、延迟次数和衰减因数等参数.模型表示为公式(3)

h(n)等于啄(n)+a啄(n-D)+a2啄(n-2D)+等+an啄(n-ND)(3)

其中a表示衰减因数,D表示延迟的时间间隔,N表示延迟次数.

(3)信号消噪处理模块

利用虚拟仪器软件提供的各种FIR、IIR滤波器,如,巴特沃斯、切比雪夫等滤波器滤除信号中掺杂的高斯白噪声及交流噪声.

(4)信号采样模块

该模块可以通过设定采样频率,动态显示采样波形,通过观察信号显示界面,可以直观地观察采样频率地对于采样信号的影响,从而更好地理解采样定理的内容.

系统的整体设计选择在LabVIEW虚拟仪器软件平台上搭建,运用图形化设计方法.系统在使用中,可以在界面进入四个主模块,每个模块及下设的子系统都可以实现数据直观显示,系统交互性突出,界面友好,可扩展性强,可在原有系统中直接增加新的系统模块,大大降低了系统升级成本.

2.结束语

开发基于虚拟仪器技术的信号处理系统的创新之处在于教学理论与系统开发相结合.一方面让学生在课堂授课时对于一些信号的定量分析、处理形成图形化有直观认识;另一方面将其嵌入至实践教学中,在虚拟的信号处理系统中进行操作.运用虚拟仪器技术可以加强电子信息类专业教学资源库建设,激发学生的学习兴趣,降低课程群的实践教学环境开发成本,使教师得以更好地完成教学大纲和课程标准的教学要求,以达到理想的教学效果.

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  基金项目:教育部职业院校信息化教学指导委员会职业院校信息化教学研究课题(2013LX013).

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参考文献:

候国屏.LabVIEW7.1编程与虚拟仪器设计[M].1版.清华大学出版社,2005-02.

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