LabVIEW在數(shù)字信號處理實踐教學(xué)中的應(yīng)用

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1、第27卷第6期高師理科學(xué)刊Vol.27No.62007年11月JournalofScienceofTeachers′CollegeandUniversityNov.2007文章編號：1007-9831（2007）06-0090-03LabVIEW在數(shù)字信號處理實踐教學(xué)中的應(yīng)用陳興文，李敏，劉燕（大連民族學(xué)院機(jī)電信息工程學(xué)院，遼寧大連116600）摘要：針對數(shù)字信號處理實踐教學(xué)要求和LabVIEW軟件的功能，提出了將LabVIEW應(yīng)用于數(shù)字信號處理實踐教學(xué)中．介紹了數(shù)字信號處理教學(xué)的特點和LabVIEW軟件，指出了將LabVIEW應(yīng)用于數(shù)字信號處

2、理教學(xué)的優(yōu)點，給出了LabVIEW在數(shù)字信號處理教學(xué)中的應(yīng)用實例．實踐表明，將LabVIEW應(yīng)用于數(shù)字信號處理教學(xué)中，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到了提高教學(xué)質(zhì)量的目的．關(guān)鍵詞：LabVIEW；數(shù)字信號處理；頻域分析中圖分類號：TN911.72文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A0引言數(shù)字信號處理是以算法為核心的理論性很強(qiáng)的課程．目前關(guān)于數(shù)字信號處理的有關(guān)書籍大都是只講解算法、推導(dǎo)和證明算法，而與實際聯(lián)系很少或基本沒有．這樣就使得數(shù)字信號處理的有關(guān)概念顯得非常抽象，學(xué)生很難把書中所講的數(shù)學(xué)函數(shù)與實際的波形聯(lián)系起來，給學(xué)習(xí)帶來了很大的困難，降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，從而在很

3、大程度上影響了課程的教學(xué)效果．LabVIEW是美國國家儀器公司（NationalInstruments，NI）推出的一種基于“圖形”方式的集成化程序開發(fā)環(huán)境，是目前國際上唯一的編譯型圖形化編程語言．使用LabVIEW可以讓編程者享受到強(qiáng)大的圖形化編程語言所帶來的靈活性，而無需忍受傳統(tǒng)開發(fā)環(huán)境的復(fù)雜編程工作，這種直觀的圖形化環(huán)境實現(xiàn)了開發(fā)[1]工作的高效率．LabVIEW圖形化語言的直覺特性使學(xué)生們可以將注意力集中在被教授的理論知識上，而不是基于文本的工程軟件應(yīng)用開發(fā)的編程細(xì)節(jié)上．這樣學(xué)生在很短的時間內(nèi)就可以開發(fā)出復(fù)雜的應(yīng)用程序，可以把書本上理論

4、性較強(qiáng)的知識轉(zhuǎn)換成直觀性很強(qiáng)的圖形，從而可以加深對理論知識的理解，提高他們的學(xué)習(xí)興趣．基于LABVIEW的良好特性，開發(fā)了一套信號分析系統(tǒng)，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示．從圖1中可以看出，信號分析系統(tǒng)的功能包括數(shù)據(jù)采集、信號發(fā)生、時域分析、頻域分析、平滑濾波以及文件管理六大模塊，每個模塊又包含多種子模塊的功能．這些子模塊涵蓋了數(shù)字信號處理中的各種信號分析方法．信號采集模塊是實現(xiàn)信號分析的基礎(chǔ)，信號分析模塊是系統(tǒng)的核心．本文著重討論這2個模塊的設(shè)計原理和實現(xiàn)．圖1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖收稿日期：2007-09-10作者簡介：陳興文（1969-），男，遼寧錦州人，

5、副教授，從事計算機(jī)信息處理技術(shù)研究．E-mail：mycxw@dlnu.edu.cn第6期陳興文，等：LabVIEW在數(shù)字信號處理實踐教學(xué)中的應(yīng)用911信號采集模塊設(shè)計與實現(xiàn)[2]數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如圖2所示，由數(shù)據(jù)采集硬件、硬件驅(qū)動程序和數(shù)據(jù)采集函數(shù)３部分組成．驅(qū)動程序的用戶接口LabVIEW開發(fā)環(huán)境數(shù)據(jù)采集硬件硬件驅(qū)動程序數(shù)據(jù)采集程序圖2基于LabVIEW數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖數(shù)據(jù)采集的具體流程如圖3所示．通過對信號的數(shù)據(jù)采集，就可以直接對信號進(jìn)行時域分析，可以求取信號在時域中的特征參數(shù)，例如：峰值、均值、方差、有效值等，以及信號波形在不同時刻的相似性

6、和關(guān)聯(lián)性，例如：自相關(guān)函數(shù)、互相關(guān)函數(shù)．實驗結(jié)果見圖4．開始創(chuàng)建設(shè)備對象N是否要顯示采集波形？初始化與啟動ADYN是否要停止顯示波形讀取AD數(shù)據(jù)采集？Y用戶對AD數(shù)據(jù)進(jìn)行電壓值轉(zhuǎn)換釋放并停止AD設(shè)備是否要重新Y結(jié)束選擇通道？N圖3數(shù)據(jù)采集軟件流程圖圖4信號采集實驗結(jié)果2信號分析模塊設(shè)計與實現(xiàn)在動態(tài)測試技術(shù)中往往需要將時域信號變換到頻域加以分析，對信號的頻譜進(jìn)行分析，可以獲得信號中的各個頻率成分和頻率范圍，還有各個頻率成分的幅值分布和能量分布，從而可以得到主要幅度和能量分布的頻率值．常用的頻譜分析方法包括：幅值譜、功率譜、倒譜等．連續(xù)傅立葉變換不

7、能直接用計算機(jī)進(jìn)行處理，在實際中通常采用快速傅立葉變換（FFT）的方法，常[3]用的采樣點數(shù)為1024，2048等．本設(shè)計采用4096點的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析．在設(shè)計中，為了實現(xiàn)功率譜設(shè)計，采用信號的時域數(shù)字序列x(n)的傅立葉變換X(n)進(jìn)行計算，即1S(f)=

8、X(k)

9、2xN1S(f)=F?(k)X(k)xyN通過信號的功率譜分析，可以得到信號的功率譜密度函數(shù)．功率譜密度函數(shù)反映了信號在頻率上的能[4]量分布，突出信號頻譜圖中的主頻率．倒頻譜分析是近年發(fā)展起來的一種信號分析方法，廣泛應(yīng)用于故障診斷、語音分析和去除回波等．功率倒頻譜在實際工

10、程上常用的表達(dá)式為C(q)=C(q)=FFT[logG(f)]apx92高師理科學(xué)刊第27卷式中：C(q)被稱為幅值倒頻譜，或簡稱倒頻譜．本系統(tǒng)主要實