基于虛擬儀器技術(shù)的信號(hào)處理系統(tǒng)在高職院校《信號(hào)與系統(tǒng)》課程建設(shè)中的應(yīng)用

摘 要：為解決高職院校學(xué)生對(duì)于《信號(hào)與系統(tǒng)》課程中抽象內(nèi)容的難以理解，提出運(yùn)用基于虛擬儀器技術(shù)手段設(shè)計(jì)信號(hào)處理系統(tǒng)，應(yīng)用到《信號(hào)與系統(tǒng)》課程理論教學(xué)中，事實(shí)證明收到了良好的教學(xué)效果，表明虛擬儀器技術(shù)在《信號(hào)與系統(tǒng)》課程建設(shè)中有著廣闊的應(yīng)用空間。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器技術(shù)；信號(hào)處理系統(tǒng)；教學(xué)情況；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

《信號(hào)與系統(tǒng)》是高職院校電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課，其授課質(zhì)量直接關(guān)系到后續(xù)課程的學(xué)習(xí)，由于本課程所講授的知識(shí)內(nèi)容抽象難懂，涉及抽象的數(shù)學(xué)知識(shí)，學(xué)生總體學(xué)習(xí)效果不佳。本文針對(duì)很多高職院校《信號(hào)與系統(tǒng)》課程實(shí)踐教學(xué)設(shè)備不足，或采購(gòu)設(shè)備無(wú)法完全滿足該課程教學(xué)需要的問(wèn)題，提出通過(guò)虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建信號(hào)處理系統(tǒng)，加強(qiáng)《信號(hào)與系統(tǒng)》課程建設(shè)，探索如何將信號(hào)理論深入淺出地展示在學(xué)生面前，從而更易于學(xué)生理解。

一、虛擬儀器技術(shù)使用前的教學(xué)情況

很多高職院校引進(jìn)了教學(xué)儀器廠家的《信號(hào)與系統(tǒng)》課程實(shí)訓(xùn)設(shè)備，雖然收到一定成效，但購(gòu)置的設(shè)備比較程式化，很難開(kāi)發(fā)出符合學(xué)院自身特點(diǎn)的課程實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，且實(shí)訓(xùn)設(shè)備對(duì)于很多實(shí)現(xiàn)困難的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目都因?yàn)槌杀驹黾佣艞夐_(kāi)發(fā)，導(dǎo)致出現(xiàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的“盲區(qū)”。

近些年，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，虛擬仿真技術(shù)從國(guó)外引入，很多學(xué)校開(kāi)始嘗試著將虛擬儀器應(yīng)用于課程教學(xué)中，將授課中的部分知識(shí)用虛擬技術(shù)逼真地展現(xiàn)在學(xué)生面前，彌補(bǔ)了現(xiàn)有實(shí)訓(xùn)設(shè)備的部分缺陷。但多數(shù)學(xué)校采用MATLAB軟件作為虛擬技術(shù)的實(shí)現(xiàn)手段，軟件界面交互性較差，擴(kuò)展性、重復(fù)性不足。

二、基于虛擬儀器技術(shù)的信號(hào)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

虛擬儀器技術(shù)是科學(xué)研究和工程領(lǐng)域最主要的圖形開(kāi)發(fā)環(huán)境，廣泛應(yīng)用于信號(hào)仿真、數(shù)據(jù)采集、儀器控制、測(cè)量分析和數(shù)據(jù)顯示等嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，其應(yīng)用遍及許多科學(xué)領(lǐng)域，典型的應(yīng)用領(lǐng)域包括電子信息工程、機(jī)械工程用生物學(xué)化學(xué)等。所以，本課題有針對(duì)性地將其應(yīng)用在高職院?！缎盘?hào)與系統(tǒng)》課程建設(shè)中，具有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

《信號(hào)與系統(tǒng)》課程是高職院校電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，在其各專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)中占有很重要的地位，而虛擬儀器技術(shù)作為現(xiàn)代化儀器發(fā)展的一個(gè)全新的方向，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展已經(jīng)普遍被業(yè)內(nèi)人士所重視，尤其是采用虛擬儀器技術(shù)可以大大縮短開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本。將兩者合理科學(xué)地結(jié)合起來(lái)，對(duì)于高職院校電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的課程資源建設(shè)無(wú)疑會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)有力的推動(dòng)作用。

筆者選擇使用LabVIEW作為信號(hào)處理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái)）是美國(guó)研發(fā)的圖形化開(kāi)發(fā)平臺(tái)，可以根據(jù)平臺(tái)中設(shè)計(jì)好的模塊控件直接進(jìn)行圖形化編程設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)界面友好。在設(shè)計(jì)界面中，可以通過(guò)修改設(shè)定頻率、幅值、采樣頻率等參數(shù)，實(shí)時(shí)顯示波形形態(tài)，使學(xué)生通過(guò)形象的展示，理解信號(hào)處理知識(shí)內(nèi)容。如采樣定理講授中，在無(wú)噪聲條件確定適合的采樣頻率滿足采樣三個(gè)特征點(diǎn)就可以無(wú)失真復(fù)原原始信號(hào)。信號(hào)處理模塊包括波形存儲(chǔ)、顯示單元，能完成波形的直觀顯示功能；信號(hào)測(cè)量單元，能實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)源的頻率、幅值、相位、占空比等特性參數(shù)測(cè)量，還包括濾波單元和頻譜分析單元。

三、信號(hào)處理系統(tǒng)在高職院校信號(hào)與系統(tǒng)課程建設(shè)中的意義

運(yùn)用虛擬儀器技術(shù)有針對(duì)性的設(shè)計(jì)，一方面可以節(jié)省該課程的實(shí)踐教學(xué)購(gòu)置成本，另一方面專(zhuān)業(yè)的虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)，讓逼真的實(shí)訓(xùn)環(huán)境更有利于學(xué)生對(duì)抽象教學(xué)內(nèi)容的理解，最終可以使學(xué)院課程資源庫(kù)建設(shè)及信息化教學(xué)水平獲得提升，同時(shí)也可以為電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)其他課程拓寬教學(xué)資源建設(shè)思路，在高職院?！缎盘?hào)與系統(tǒng)》教學(xué)中必將發(fā)揮更大的作用。

參考文獻(xiàn)：

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基金項(xiàng)目：教育部職業(yè)院校信息化教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)職業(yè)院校信息化教學(xué)研究課題（2013LX013）。