導語：數(shù)字信號處理可視化教學研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1課程教學內(nèi)容

“數(shù)字信號處理”課程涉及眾多理論和方法，如何在可視化系統(tǒng)中將其系統(tǒng)展示具有一定挑戰(zhàn)性。經(jīng)過多年的教學實踐，我們將該課程劃分為3個模塊，即信號采集、信號分析和信號處理，分步進行講授。信號采集部分。采用相應傳感器及調(diào)理電路，獲取合理幅值的模擬信號，依據(jù)奈奎斯特采樣定理，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號以便后續(xù)處理。信號分析部分。借助傅里葉變換等分析工具，對信號進行時域和頻域分析，提取信號特征。信號處理部分。針對信號特征，設計各種類型的濾波器，對信號進行濾波處理。圖1所示，即為“數(shù)字信號處理”課程的教學內(nèi)容。

2課程可視化系統(tǒng)架構(gòu)

“數(shù)字信號處理”課程的可視化系統(tǒng)主要包含信號采集、信號分析、信號處理三部分，以矩形脈沖信號、脈搏信號和聲音信號為處理對象。系統(tǒng)整個架構(gòu)示于圖2。2．1信號采集系統(tǒng)。信號采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示于圖3。圖3信號采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)該系統(tǒng)設計應用虛擬儀器原理及其設計思想，以個人計算機硬件和Windows操作系統(tǒng)為依托，借助藍牙無線通信技術實現(xiàn)信號的無線傳輸，利用LabVIEW2010設計系統(tǒng)采集程序，從而將下位機發(fā)送的數(shù)據(jù)引入個人計算機系統(tǒng)當中，然后利用計算機強大的存儲、運算和顯示能力實現(xiàn)信號的保存和實時地顯示。一個脈搏信號采集和顯示界面如圖4所示。2．2信號分析系統(tǒng)。以矩形脈沖信號和脈搏信號為處理對象，建立三維傅里葉變換動態(tài)演示系統(tǒng)，通過動態(tài)疊加展示傅里葉變換實質(zhì)，進而展示信號頻域分析過程。根據(jù)傅里葉變換可知，任何連續(xù)測量的時域信號，都可以表示為不同頻率的正弦波信號的疊加。本設計以頻率為255Hz的矩形脈沖為處理對象，可以將其分解成N個正弦波(或者余弦波)疊加而成的。取若干個變換后的頻率分量進行疊加，也就是對其進行傅里葉逆變換，將矩形脈沖的頻域表示形式變換為時域表示形式，觀察其逆變換后的波形并與原始矩形波形對照，進而分析傅里葉變換實質(zhì)及頻域分析過程。將矩形脈沖做256點的FFT變換，并進行1-16，1-32，1-48……1-256順序疊加，觀測疊加結(jié)果發(fā)現(xiàn)當取低頻16點時其疊加時域波形即具有矩形脈沖信號輪廓，隨著疊加點數(shù)的增加其時域波形越來越逼近矩形信號，高頻分量對時域波形邊沿影響明顯，如圖5所示。2．3信號處理系統(tǒng)。該濾波器可視化教學系統(tǒng)主要完成如下四個方面功能:①顯示零極點變化對濾波器性能的影響。通過零極點在單位圓上的變化，觀察濾波器幅頻特性和相頻特性的變化，以及脈沖信號和聲音信號的改變。②設計低通、高通、帶通和帶阻濾波器，從時域和頻域觀測其對信號的作用。③相頻特性對濾波器性能的影響。設計濾波參數(shù)相同的IIR濾波器、FIR濾波器和零相位濾波器，觀察其相頻特性的區(qū)別，進而對比分析將脈沖信號和聲音信號通過三類濾波器后的變化。④濾波器階數(shù)對濾波器性能的影響至關重要，觀測相同類型濾波器不同階數(shù)和不同類型濾波器相同階數(shù)時濾波器性能的變化以及它們對信號的產(chǎn)生的影響。具體界面如圖6所示。

3結(jié)語

本文按照“數(shù)字信號處理”課程的知識體系，以矩形脈沖信號、生理脈搏信號、聲音信號為處理對象，借助可視化開發(fā)軟件Matlab和LabVIEW平臺，并結(jié)合藍牙無線傳輸技術，設計出一套完整的可視化系統(tǒng)。借助該系統(tǒng)學生能夠生動直觀的觀測到信號采集、無線傳輸、分析及處理的全過程，通過聽覺和視覺感受不同處理手段對信號的影響。通過課堂教學、學生反饋和成績統(tǒng)計等手段分析，認為采用該系統(tǒng)進行可視化教學，對改變教師的教授方式、幫助學生理解數(shù)字信號處理知識有著積極的作用和影響。

作者:楊富龍 張愛華 楊 彬 林冬梅 任崇玉 單位:蘭州理工大學