【Matlab和LabVIEW在数字信号处理教学中的应用】数字信号处理教材

时间：2019-03-30 03:32:38　来源：雅意学习网本文已影响人

　　摘要：针对数字信号处理课程内容抽象、理论性强、学生接受困难的问题，对采用Matlab和LabVIEW语言开发课堂演示程序的方法进行了研究。利用实例对编程方法进行了说明，对两种语言的特点进行了对比分析。实际应用证明，采用这种方法可明显增强学生的学习兴趣、明确学习目的、提高感性认识、强化理论学习效果，对培养学员的实践意识和实践能力具有重要意义。
　　关键词：数字信号处理；Matlab；LabVIEW
　　中图分类号：G43文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)16-3902-04
　　Application of Matlab and LabVIEW in Digital Signal Processing Course
　　GUAN Cheng-bin, XING Fu-cheng, FANG Wei, CONG Yu
　　(Department of Electronic and Information Engineering, NAAU, Yantai 264001, China）
　　Abstract: To resolve the problem that digital signal processing course is nonobjective, full of theory, and it is difficult for students to ac cept, the methods of programming the demos of digital signal processing with Matlab and LabVIEW are studied. The methods are intro duced with examples. The characters of the two languages are compared and analyzed. The practices show that by teaching with the dem os, the goals are made sure, the perceptual knowledge is improved, the theory study effect is consolidated. It is significative to train the stu dents’practice consciousness and ability.
　　Key words: digital signal processing; Matlab; LabVIEW
　　数字信号处理利用数学的方法和数学模型对信号进行处理，在计算机技术以及数字信号处理器件高速发展的今天，数字信号处理技术的应用越来越广泛，如音频处理、图像处理、雷达声纳信号处理等都大量使用了数字信号处理技术。因此，越来越多的高等院校的相关专业开设了数字信号处理这门专业基础课。[1]
　　数字信号处理本身的特点决定了其是理论性很强的课程，内容抽象、公式繁多[2]，如果在授课过程中为讲理论而讲理论，往往使学生感到枯燥乏味，抓不住重点，教学效果很不理想。根据作者多年的教学经验，在教学过程中引入实例教学，安排了大量的课堂演示，往往会取得事半功倍的效果。首先可使学生明确理论学习的意义、作用；其次，增强了学生的感性认识，对理解概念，促进理论学习具有重要作用。进行数字信号处理的实例演示需要编写数字信号处理程序，以往常用的编程软件，如C语言、VB语言等，没有现成的数字信号处理函数及工具，开发周期长，且代码复杂，不利于学员通过代码理解原理。而Matlab和LabVIEW这两种更高级的编程语言具有上手快、编程简单、具有专门的数字信号处理工具箱等优势，故我们采用了这两种语言进行演示程序的开发。
　　1 Matlab和LabVIEW语言简介
　　1.1 Matlab语言简介
　　Matlab语言以矩阵运算为基础，具有可靠的数值计算功能、强大的绘图功能，最重要的是具有丰富的数字信号处理函数工具箱。和传统的C语言、VB语言等编程语言相比，其语言体系简单易学。将Matlab语言应用于数字信号处理演示教学中,具有以下几个突出优点：
　　1）Matlab语言具有很强的数值和符号计算功能，支持向量和矩阵运算，它的编程语言几乎就如同我们平时书写公式，非常易于学习和使用，程序代码很容易被学生接受和理解，因此学生可以通过代码和现象的对比分析掌握所学处理方法[3,4]。
　　2）Matlab语言可方便快捷的输出二维或三维图形、图像、声音、动画等结果，给学生以感性的认识[3,4]。如对实际的声音信号进行数字信号处理的方法进行处理，并通过声卡对处理前后的声音分别播放，使学员通过听觉辨别处理前后信号的不同。
　　3）Matlab具有丰富的数字信号处理函数库[5]，涵盖了经典信号处理理论的大部分内容。数字信号处理课程中涉及的算法都有对应的函数，如快速傅里叶变换函数fft、基于窗函数的FIR滤波器设计函数fir1、多采样率信号处理的信号抽取函数downsample等，有了这些库函数就可以通过简单的代码实现复杂的运算，大大方便了演示程序的设计。
　　1.2 LabVIEW语言简介
　　Labview是实验室虚拟仪器集成环境（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）的简称，其与传统高级编程语言最大的差别在于编程方式，一般的高级语言采用文本编程，而LabVIEW采用图形化编程方式，因此又被称为G语言（Graphic Language）。使用这种语言编程时，基本上不需要编写程序代码，而是“绘制”程序流程图。将LabVIEW语言应用于数字信号处理演示教学中，具有以下几个突出优点：
　　1）LabVIEW尽可能利用工程技术人员所熟悉的术语、图标和概念，因而它是一种面向最终用户的开发工具，可以增强编程人员构建自己的科学和工程系统的能力，为编程提供了便捷途径[6]。

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