LabVIEW在数字信号处理课程教学中的应用
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摘 要：针对数字信号处理课程的特点和Matlab软件在辅助教学过程中的不足，提出引入labview 和Matlab，作为该课程的辅助教学工具。首先介绍了Matlab在数字信号处理教学中存在的问题和LabVIEW 软件的特点，然后给出了两个应用LabVIEW改善课程教学的场景，最后通过对学生调查，显示学生对LabVIEW接受度高，将它应用到数字信号处理课程教学中能够有效提高学生的学习兴趣和教学效果。
关键词：数字信号处理；LabV1EW；Matlab
Application of LabVIEW in the teaching of digital signal processing
Tan Yong
Yangtze normal university, Chongqing, 408003, China
Abstract: In a retrospect of the characteristics of digital signal processing course and the drawbacks existing in the application of Matlab as a teaching assistant, this paper proposes LabVIEW to work together with Matlab. This paper firstly introduces the teaching characteristics of digital signal processing course and drawbacks enjoyed by Matlab, then a brief introduction of LabVIEW as well as its advantages. Next, two scenarios using LabVIEW to improve teaching of this course are given, and finally, a survey for preference between Matlab and LabVIEW of our students follows, which proves that the application of LabVIEW in the teaching process of digital signal processing course enhances students study interest dramatically and promotes the teaching efficiency.
Key words: Digital signal processing; LabVIEW; Matlab
数字信号处理是电子信息类专业的重要专业理论课，具有很强的理论性，在教学实践中为了减轻学生学习难度，通常要使用一些辅助手段对理论知识进行演示和说明，让学生更易理解和掌握相关知识点。当前，我国高校中主要应用的是Matlab软件，它采用较为直观的数学语言进行问题的描述和求解，具有适应面广、较容易学习和使用的特点。但在教学中，我们感到使用Matlab时尚存在如下问题：
(1)在提供图形用户界面(GUI)方面能力较弱。虽然伴随着版本的提高，提供了GUI工具，但使用繁琐，要完全掌握和应用仍然有一定难度。
(2)Matlab语言仍是文本式语言，抽象性较强。在求解较为复杂问题时，需要编写逻辑关系程序段，要花费较多时间和精力，降低了教学效率。
(3)Matlab动态演示功能较差，缺乏对数值运算过程直观形象的反映，表现力不够强。
针对以上问题，我们在教学中用好Matlab的同时，尝试将虚拟仪器领域广泛应用的LabVIEW引入该课程辅助教学中，取得了较好的效果。
1 LabVIEW与数字信号处理
LabVIEW的程序设计与传统文本程序设计语言如C，Pascal或Matlab显著不同，它使用的是图形化语言，通过使用功能节点结合图形化的程序流程控制结构来实现程序功能，程序设计过程形象直观，并且最大程度简化了如内存分配、程序调试、多线程等程序设计细节，使得用户能在最大程度上将精力放到解决问题上。
在程序结构上，LabVIEW将一个完整的程序分为前面板和程序框图，通过向前面板拖入图形控件就能简单快速地实现美观的程序界面。对于其中的显示控件，进行简单设置即可实现丰富的曲线、图形与图像的显示。因而LabVIEW在GUI和程序设计过程中的形象化上较Matlab有很大优势。
LabVIEW为实现测量与自动化应用中的数据分析提供了功能强大的数字信号处理函数节点，并按信号生成、信号运算、窗、滤波器、谱分析、变换功能及提供，方便了查找和应用。这些功能对于教学是完善的，而且易于使用。
2 LabVIEW辅助教学的几个场景
2.1 声音的现场采集
进入课程教学阶段，为了说明信号在实际生活中是无处不在的，我们在LabVIEW中应用Acquire Sound.vi(如图1所示)，通过简单设计，就可利用PC的声卡和麦克风实现在教室现场的声音采集，并立即在投影仪上显示出来。由于采集的是实际信号并连续动态地实时显示，学生能够直观看到信号的形态特征，认识到信号在生活中是无所不在的，激发起学生学习研究信号的兴趣。
图1 声音信号的采集
2.2 IIR滤波器的性能比较
在学习了典型的IIR滤波器之后，要对它们的性能如通带波纹、阻带波纹、过渡带宽度、线性相位等进行比较，要实现这个目标，在Matlab中常常要编写较长的程序，仅仅为了将各滤波器的幅频响应写在一个图中显示出来，就必须用到好多图形控制选项。而在LabVIEW下，无需任何图形控制命令，直接从函数选板中选出相应的滤波器函数节点，给予其冲击激励信号后再对输出信号作傅立叶变换即可得到各滤波器的频率传输特性曲线，然后在GRAPH控件中显示即可(如图2所示)。