第9章 基于LabVIEW的数字信号处理实验_Part A.docxVIP

第9章 基于LabVIEW的数字信号处理实验 如前一章所述，LabVIEW软件作为一种高效的编程开发工具，由于其独特的一些优势，广泛用于涉及软件与硬件的系统综合实现。此外，其在国内外信号处理相关的教学实践中也广泛采用。LabVIEW是一种符合工程思维的数据流形式的编程软件，而且其本身提供了很多现成的信号处理函数，因此在编写相关程序时非常直观快捷，可以使学生的主要精力从具体细微的编程语法细节中转移到对各种信号处理概念和物理本质的理解。此外，LabVIEW可以非常方便的调用多种硬件设备，便于构建结合真实硬件与软件的完整系统，从而使学生可以在软件仿真的基础上快速实现对真实信号的实时处理，通过对真实信号处理系统的感性认识增强对基本概念的理解和吸收。 本章将介绍用LabVIEW实现的数字信号处理实验，其中9.1至9.7节只涉及信号处理软件仿真，着重于对数字信号处理课程中关键概念的理解，只需要LabVIEW软件即可开展。第9.8节同样是软件仿真，但突出高级信号处理算法的实际应用，其算法理论已超出本书的探讨范围，但通过这些仿真实验可以直观地看到现代信号处理技术的一些趣味应用，以提升学生的学习兴趣。第9.9节的实验需要数据采集硬件的支持，结合数据采集硬件与软件实现从真实信号采集到数字信号处理的完整系统，可以使学生获得更加直观的实验体验，深入理解课程中涉及的一些知识要点，同时培养学生的系统设计能力。这一部分内容可供有条件的学校选择采用。当然，读者也可利用LabVIEW的丰富功能和灵活性设计适应实际教学目标和条件的其他信号处理实验。最后，9.10节将简要介绍基于嵌入式硬件和LabVIEW开发实现数字信号处理应用的一些基本方法，当读者需要考虑数字信号处理算法的硬件实现时，可将该部分内容作为参考，此外也可供数字信号处理的初学者阅读。 9.1 信号序列生成 在LabVIEW中，波形生成主要可以通过两个选板来实现，其一是编程信号处理波形生成，另一个是编程信号处理信号生成。两个选板的主要区别是前者生成的数据类型是波形，而后者生成的数据类型是数组，也就是说前者包含采样率信息。这两个选板分别见图9-1和图9-2。 这两个选板中的函数所能够生成的信号类型包括基本的正弦波、三角波、锯齿波、方波等，也包括各种高斯信号、脉冲信号以及噪声信号。在波形生成选板中还包括两个Express VI，其中“仿真信号”可以仿真正弦波、三角波、锯齿波、方波等函数信号；而“仿真任意信号”则可以根据给定的数组生成任意波形序列。 图9-1 波形生成选板 图9-2 信号生成选板 实验1-1 产生离散数字序列 要求 设序列 xn={1,-1,0,2,3,-1}，起始位置为-2，用 提示 序列起始位置是-2，在零时刻之前，因此必须给出序列的时间向量tn={-2,-1,0,1,2,3}，然后利用LabVIEW中的 实现该题目要求的LabVIEW程序前面板和程序框图如图9-3所示。运行结果显示该序列能量为16。 图9-3 产生离散数字序列的前面板和程序框图 实用技巧 默认的XY图绘制图形，会将离散的点自动连接起来，而我们希望体现数字序列，因此可以在XY图的属性对话框的“曲线”页面中做一些配置来实现序列式的显示效果，具体如图9-4所示。除了XY图之外，对于波形图显示控件，也可以用同样方式配置显示效果。 图9-4 用XY图绘制离散序列时的属性配置 仿真练习 设序列 x1n={1,-1,0,2,3,-1}，x2n={2,3,1,-1,2,-1,3}，两个序列的起始位置均为-1，用LabVIEW分别画出序列 x1n、x2n 实验1-1中仅用到LabVIEW的一般绘图和计算功能，并未涉及“信号处理”函数选板中的“波形生成”和“信号生成”功能，在下面的几个实验中，我们将侧重使用“信号处理”选板中的功能。 实验1-2 基于Express VI产生连续信号的离散采样 示例 利用LabVIEW的“仿真信号”Express VI，仿真生成一个正弦信号的离散采样，正弦信号本身的频率和幅度可调，采样率为500 S/s。 提示 位于信号处理波形生成子选板中的“仿真信号”Express VI可根据指定参数生成正弦波、三角波、方波、锯齿波、直流信号等基本类型的信号。在LabVIEW程序框图中放入该Express VI后，会弹出如图9-5所示的对话框。 图9-5 仿真信号Express VI的配置对话框 在该对话框中我们可以按照该实验要求配置信号类型、频率、初始相位、幅值、采样率等信息。需要注意的是尽管我们在这里配置了所产生正弦波的频率、幅度等信息，但这些信息将来还是可以通过Express VI函数的外部输入参数来改变，因此在程序运行时可以通过前面板的控件去控制。此外，在该对话框中还有一个“采样数”的参数设置，该参