LabVIEW在信號與系統(tǒng)課程中的應(yīng)用

摘 要 本文介紹了“信號與系統(tǒng)”課程的重要性，提出將LabVIEW引入“信號與系統(tǒng)”課程的教學(xué)中，著重對信號的調(diào)制與解調(diào)進(jìn)行了理論分析，并討論如何應(yīng)用仿真軟件LabVIEW實(shí)現(xiàn)信號的調(diào)制與解調(diào)。實(shí)踐表明：通過將該仿真軟件與教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來，對一些較難講清的內(nèi)容、抽象難以理解的概念，難以觀察的某些現(xiàn)象及發(fā)展過程用仿真的形式展現(xiàn)出來，豐富了教學(xué)內(nèi)容，提高了課堂教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞 信號與系統(tǒng) 調(diào)制 解調(diào) LabVIEW

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

信號與系統(tǒng)是電子信息專業(yè)必修的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程。也是一門難學(xué)難教的課程，一方面由于該課程具有不同于先修課程的思維方式，而且數(shù)學(xué)能力要求比較高，其內(nèi)容涉及到例如線性微分方程、積分變換、復(fù)變函數(shù)、離散數(shù)學(xué)等多門數(shù)學(xué)課程的內(nèi)容，所以學(xué)生感到難學(xué)；另一方面由于該課程對理論和實(shí)踐兩個體系都有很高的要求。而學(xué)生缺乏對實(shí)際系統(tǒng)的感性認(rèn)識，抽象難于建立系統(tǒng)模型，課程中大量的繁雜而應(yīng)用性較強(qiáng)的內(nèi)容不能實(shí)際動手設(shè)計(jì)、調(diào)試、分析，嚴(yán)重制約了教學(xué)效果。為了使學(xué)生有更多的機(jī)會把所學(xué)到的基本理論與實(shí)際問題結(jié)合起來，提高學(xué)生分析、解決問題實(shí)際能力，為今后工程應(yīng)用打下基礎(chǔ)，我們迫切需要對現(xiàn)有的教學(xué)方法、教學(xué)手段進(jìn)行改革。利用目前工程界流行的仿真軟件LabVIEW進(jìn)行信號與系統(tǒng)仿真分析與設(shè)計(jì)，對電子信息專業(yè)學(xué)生具有重要的意義。

1 信號的調(diào)制與解調(diào)基本概念

1.1 調(diào)制原理

帶通通信系統(tǒng)都是以正弦波為載波，調(diào)制的一個重要目的就是將信號的頻帶搬至給定的信道中，以幅度調(diào)制為例。如圖1。

1.2 解調(diào)原理

從調(diào)制信號中恢復(fù)出信號的過程稱為解調(diào)，分相干和非相干兩類。采用相干解調(diào)時，接受機(jī)將對接收信號進(jìn)行相位估計(jì)，在理想情況下，從中得到一個與到達(dá)信號的載波同頻同相的參考信號為本振信號，本振信號與到達(dá)接收機(jī)的信號混頻后，再經(jīng)一個低通濾波器就可把原始基帶信號恢復(fù)出來。如圖3。

可見，經(jīng)過低通濾波器后，上式中的第二項(xiàng)被濾除，僅留下第一項(xiàng)，即為原始基帶信號。

2 實(shí)現(xiàn)信號的調(diào)制與解調(diào)的仿真

2.1 LabVIEW介紹

利用LabVIEW提供的模板VI程序完成信號的調(diào)制與解調(diào)的仿真，LabVIEW是一種以數(shù)據(jù)流驅(qū)動的圖形化編程語言代替文本編程語言創(chuàng)建應(yīng)用程序的開發(fā)工具，可用于測量、過程控制和數(shù)據(jù)分析。其數(shù)學(xué)分析庫中包含了數(shù)以百計(jì)的VI程序，能夠進(jìn)行各種時域與頻域信號分析，是信號分析與仿真的理想工具。

2.2 LabVIEW編程設(shè)計(jì)

通過LabVIEW的VI程序框圖，調(diào)用函數(shù)模板（ Function Palette）中各功能模塊構(gòu)成仿真框圖，在仿真過程中，可以雙擊各功能模塊，隨時改變參數(shù)，獲得不同的仿真效果。本文使用10.1Hz低頻正弦信號作為被調(diào)制的基帶信號，信號幅度由可調(diào)的數(shù)字控件Am控制，并加上一固定直流偏置（+10），及一個可調(diào)的直流電平數(shù)字控件1。載波頻率為101Hz的正弦信號，將得到的調(diào)制信號用相干載波相乘后經(jīng)低通濾波器即恢復(fù)出原基帶信號。我們?nèi)m = 2，1 = -6可得到信號調(diào)制解調(diào)波形如圖5。可見經(jīng)過調(diào)制、解調(diào)、濾波后可恢復(fù)原基帶信號。

3 結(jié)束語

LabVIEW的實(shí)際涵蓋內(nèi)容非常深和廣，完全可以滿足復(fù)雜的工程計(jì)算和分析的要求，對于電子信息專業(yè)的學(xué)生，這個非常有用的工具，將使我們從繁瑣的底層編程中解放出來，使信號處理及實(shí)現(xiàn)的效率大大提高，把更多的時間花在解決問題上，無疑會提高工作效率。

我們用LabVIEW仿真軟件對信號與系統(tǒng)課程相關(guān)理論結(jié)合工程實(shí)際進(jìn)行仿真，無疑從另一方面為教學(xué)提供了一個很好的平臺。它不僅幫助學(xué)生理解和掌握該課程相關(guān)理論，同時通過這種仿真實(shí)驗(yàn)提高了學(xué)生動手能力。我們力圖通過信號與系統(tǒng)課程教學(xué)模式的改革，探索多維度學(xué)生能力培養(yǎng)的內(nèi)容及途徑。為學(xué)生今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)信號處理、網(wǎng)絡(luò)理論、通信理論、控制理論等課程打下良好的基礎(chǔ)。

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