LabVIEW在数字信号处理教学中的应用 (1)

数字信号处理课程教学文档。

２００８年第１０期（总第６８期）

LabVIEW在数字信号处理教学中的应用

严正国　　吴洋洋

西安石油大学　　陕西西安　　７１００６５

摘　要：针对数字信号处理教学中存在的问题以及ＬａｂＶＩＥＷ软件的功能及特点，提出了将该软件应用于数字信号处理教学中。并以实例证明了应用ＬａｂＶＩＥＷ作为计算机辅助教学工具的优点。实践表明，将ＬａｂＶＩＥＷ应用在数字信号处理教学中达到了提高教学质量的目的。关键词：ＬａｂＶＩＥＷ　　数字信号处理

数字信号处理是电子信息工程、通信等专业的一门重要的专业课，随着现代计算机信息技术的不断发展，这门课程愈来愈显示出其重要的理论地位及应用价值。但是，由于该课程是一门以算法为核心的理论性很强的学科，其内容以讲解算法、推导和证明算法为主，所涉及的有关概念也比较抽象，因而学生很难将书中所讲的数学函数与实际的波形联系起来，从而大大降低了学生学习的积极性，也在很大程度上影响了本课程的教学效果。

如何有效地将理论和实践联系起来，提高学生学习兴趣是数字信号处理课程教学中亟待解决的问题。而ＬａｂＶＩＥＷ恰可以将数字信号处理课程的原理以图形的方式加以验证，为该课程的教学提供了一种崭新的思路与方法。

语言）的图形化集成开发环境。其使用灵活方便，无需进行传统开发环境的复杂编程工作，只需运用已开发好的图形控件就可以轻松快捷地开发相应应用程序的用户界面。直观的图形化环境实现了开发工作的高效率。

ＬａｂＶＩＥＷ自带的信号处理套件可用于联合时频分析、数字滤波器设计、超高精度的频谱分析以及小波与滤波器组设计。且其以数据流图作为编程工具，特别适合于对波形、频谱等特别感兴趣的数字信号处理方面的应用与开发。

二、ＬａｂＶＩＥＷ应用在教学中的优点

将ＬａｂＶＩＥＷ应用于教学中，可以在短时间内开发出相应的应用程序，不仅可以将书本上理论性较强的知识转换成直观性很强的图形，加深学生对理论知识的理解，而且可以将理论与应用相结合，提高学生的学习兴趣。

１．生动直观的图形加深学生对抽象概念的理解在数字信号处理课程中，采样定理和信号频谱分析的诸多概念较为抽象，学生理解起来较困难，因此可利用ＬａｂＶＩＥＷ设计周期信号频率测量应用程序。设计前面板如图１所示，该应用程序中通过修改信号参数各选项

一、ＬａｂＶＩＥＷ简介

ＬａｂＶＩＥＷ　（Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　Ｖｉｒｔｕａｌ　ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ，实验室虚拟仪器工程平台）是美国国家仪器公司（Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）推出的一种基于Ｇ语言（Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｌａｎｇｕａｇｅ，图形化编程

收稿日期：２００８－０６－２６

作者简介：严正国，硕士研究生，讲师，系副主任。

可以设定各种不同的周期信号，通过修改ｓａｍｐｌｉｎｇｉｎｆｏ来设定采样频率和采样长度。

２３

数字信号处理课程教学文档。

图１　周期信号频率测量系统前面板

应用该程序通过选择合适的采样频率在无噪声的条件下，只需采三个点就可以精确地测量出周期信号的频率及幅度，既可以无失真地回复出原信号，也可以使学生理解采样定理的内容。

另外，频谱分析中谱分辨率及频谱泄露等概念较难理解。在该应用程序中只需通过设定不同的采样长度与采样频率，便可让学生轻松掌握：谱分辨率是采样频率与采样长度的比值。当采样长度不变时提高采样频率，谱分辨率降低；当采样频率不变时增加采样长度，谱分辨率提高。而在该应用程序中通过设定采样是否为信号的整周期就可使学生理解：在非整周期采样时会发生频谱泄露。

２．教学与实践相联系，大大提高了学生学习的兴趣利用ＬａｂＶＩＥＷ对飞机导行系统进行模拟仿真，其设计前面板如图２所示，该系统通过改变飞机位置即可收到不同的导航信号，从而指示航向。

图２　飞机导航系统前面板

２４

　２００８年第１０期（总第６８期）

通过该系统演示使学生了解飞机导航系统的基本原理：飞机导航系统是在飞机跑道两侧分别放置９００Ｈｚ和１８００Ｈｚ的信号发生装置，当飞机处于跑道中间位置时两个信号的强度相同，当飞机偏离一侧时该侧的信号强度增强，然后通过检测导航信号来指示航向。该系统的设计不仅能大大提高学生的学习兴趣，而且使学生明白数字信号处理课程不是单纯的数学理论推导，而是有广泛的实际应用价值，这对于培养工科院校学生理论与实践相结合的能力尤为重要。

三、结束语

通过上文可以看出ＬａｂＶＩＥＷ软件具有灵活、开放、人机界面友好、使用方便等特点。将其应用到理论性很强的数字信号处理教学中，学生能直观地理解抽象的理论知识并掌握数字信号处理课程的分析方法和处理结果，这在调动学生的学习积极性、提高学生学习兴趣等方面都有极大的作用，尤其在提高工科院校学生的应用能力方面有极为重要的作用。实践表明，在数字信号处理教学中使用该软件作为计算机辅助教学不仅解决了教学上的实践问题，而且提高了学生兴趣。

参考文献

［１］侯国屏，王坤，叶齐鑫．　ＬａｂＶＩＥＷ７．１编程与虚拟仪器设计［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００５

［２］陈瑾．　ＮＩ　ＬａｂＶＩＥＷ　７　Ｅｘｐｒｅｓｓ常见问题解

答［Ｊ］．电子技术，２００３，７