基于LabVIEW的“信号与系统”实验软平台构建

另外，为顺利达到实验目标，对软件应用做出如下要求：
(1)在实验室中安装最新版的LabVIEW软件，为学生提供最新、最完备的软件编程模块和函数库，以满足实验需要。
(2)选取“信号与系统”课程中的重难点作为实验内容，鼓励学生应用LabVIEW软件编程实现，以强化对知识点的理解。
(3)定期由教师向学生介绍LabVIEW中常用的函数和模块，使学生快速、熟练地掌握LabVIEW软件，以提高效率，加快教学进度。

4 典型知识点分析及LabVIEW实现
在“信号与系统”实验教学中，教师可以通过LabVIEW的界面把数学函数和波形联系起来，使教学直观易懂。学生也可以通过LabVIEW更好地学习“信号与系统”这门课程。
4．1 离散傅里叶变换中的“频谱泄漏”
为了能对无限长的离散化序列进行离散傅里叶变换处理，必须对序列进行加窗截短处理。由于窗口序列频谱函数的旁瓣总是存在，导致截短后序列的频谱产生失真，使信号的频谱向两旁扩展，即原信号的频率成分从原有的频率处“泄漏”到其他频率处，产生了“频率泄漏”。
“频率泄漏”概念较为抽象，不直观具体。为了能让学生理解其产生的原理，在实验教学中可使用具有很强可视化前面板的LabVIEW软件对“频谱泄漏”进行编程，其前面板和程序框图如图2和图3所示。

图2中可以任意设定信号的采样点数、幅值、相位、周期，在示波器上显示加窗前信号波形及其频谱图像，同时加窗截短后的信号波形和频谱图也可以直观地看到。
4．2 时域卷积运算
对于连续信号，卷积运算定义为：

此卷积称为卷积和。由以上公式可以看出卷积运算很繁琐，通过LabVIEW软件编程能够更加形象地展示卷积运算，更易于学生掌握。基于LabVIEW卷积运算的前面板和程序框图如图4和图5所示。

图4中的信号类型有正弦、单位冲击、单位阶跃三种选择，通过选择按钮确定X信号与Y信号的类型，便可在示波器中显示出待卷积运算的两种信号图像，以及卷积运算后的最终结果。
4．3 典型信号的频谱分析
频谱的获取需要借助数学上傅里叶级数及傅里叶变换，公式较多，计算繁琐。应用LabVIEW软件编程可以轻松解决这一难题，部分典型信号频谱分析的前面板和程序框图如图6和图7所示。
图6中选择了部分典型信号，包括正弦、三角、方波、阶跃、冲击五种类型，并在模拟示波器中显示了信号的波形及其对应的频谱图，使得信号的频域特性一目了然，加深了学生对典型信号频谱的认识、理解。

5 结论
“信号与系统”这门课程公式多，计算量大，概念抽象且不易理解，学生学习起来难度较大。通过将LabVIEW软件引入到实验教学环节，构建实验软平台，可以将一些抽象概念转变成形象、生动、直观的图形和实例，激发学生的学习兴趣，从而加深对抽象概念的理解，提高其提出问题、分析问题、解决问题的能力。这是“信号与系统”实验教学上的新尝试，不仅能够提升学生的程序设计水平，而且可以解决课程教学中的实际问题，提高教学质量。