摘 要

基于虚拟仪器技术、数字信号处理技术和图形化编程软件，本次课题设计了一套完整的基于Labview的数字信号处理系统。该系统总体包含信号产生模块、信号基本运算模块、信号抽样与恢复模块、信号频谱分析模块以及数字滤波器的设计演示模块，能实现对基本类型仿真信号（正弦波、方波、锯齿波和三角波信号）的运算处理、抽样恢复、频谱分析以及数字滤波处理等功能，还可以实现对声信号（实测信号）进行频谱分析从而提取有用信息的功能。该设计的的特点是以最小成本来设计并成功演示这套系统，在实测信号方面选用声信号以便于计算机中的声卡采集为降低系统成本，从而避免了购买数据采集卡的大笔费用。

本次设计充分运用强大的G语言环境搭建了数字信号处理系统的各个子模块，并相应生成了各模块的虚拟仪器面板。同时，本次设计从数字信号处理教学实验平台来说利于巩固学生对数字信号处理基本概念的理解，激发学生的学习热情。

关键词：虚拟仪器；LabVIEW；数字信号处理

Abstract

 Based on the virtual instrument technology, digital signal processing technology and graphical programming software, this paper is designed of a set of complete digital signal processing system based on LabVIEW. The system generally comprises a signal generating module, the basic operation of the signal module, signal sampling and recovery module, signal spectrum analysis module and digital filter design demonstration module, it can achieve Operation processing toward the basic types of simulation signal (sine wave, square wave, sawtooth wave and triangular wave signal) , sample and recovery, spectrum analysis and digital filter processing function, can also realize of acoustic signal (measured) signals of spectrum analysis to extract useful information Function. The design characteristics is to minimize the cost to design and successfully demonstrated the system, in terms of the measured signal using sound signal in order to reduce the system cost, which is easy to computer sound card collection, thus avoiding the data acquisition card of large sums of money to buy.

This design make full use of the powerful g language environment to build a digital signal processing system of each sub module and the corresponding spanning the virtual instrument panel of each module. At the same time, the design from the digital signal processing teaching experiment platform is conducive to the consolidation of the students of digital signal processing of the basic concept understanding, stimulate students' learning enthusiasm.

Key words: virtual instrument; LabVIEW; digital signal processing

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题的研究目的 1

1.2 课题的研究背景和意义 1

1.3 国内外研究现状 2

1.4 本课题所做的工作 2

第2章 虚拟仪器及Labview概述 3

2.1 虚拟仪器简介 3

2.2 G语言——Labview概述 4

第3章 数字信号处理系统 6

3.1数字信号处理系统简介 6

3.2数字信号处理系统总体设计 7

3.2.1方案比较 7

3.2.2方案选择 7

3.2.3设计思路 7

3.3信号的两种产生方式 8

第4章 系统软件设计 8

4.1信号的基本运算模块设计 8

4.1.1设计思路 8

4.1.2设计理论 9

4.1.3设计方法 9

4.2信号的抽样与恢复模块设计 12

4.2.1设计思路 12

4.2.2设计理论 12

4.2.3设计方法 15

4.3信号的频谱分析模块设计 15

4.3.1频谱的意义 15

4.3.2频谱分析理论基础 17

4.3.3傅里叶变换简介 17

4.3.4窗函数简介 18

4.3.5谐波分析理论概述 18

4.3.6设计方法 18

4.4滤波器设计演示模块 22

4.4.1滤波器简介 22

4.4.2设计方法 22

第5章 系统个各模块仿真和整体调试 24

5.1信号的基本运算 24

5.1.1信号相加运算 24

5.1.2信号的卷积运算 25

5.2信号的抽样与恢复 26

5.3信号的频谱分析 27

5.3.1仿真信号的时域和频谱分析 27

5.3.2音频信号的时域和频谱分析 27

5.4滤波器的设计演示 29

第6章 总结 32

参考文献 33

致谢 34

第1章 绪论

1.1 课题的研究目的

人类社会的发展往往都与科学技术的进步息息相关，不可否认的是随着近年来数字信号处理技术的愈加成熟，它已经对人类的生产生活和科学研究起到了深远的影响。数字信号处理的主要任务是借助建立适当的数学模型和数学分析处理，对信号进行转换、运算、滤波等各方面处理来获得有用信息^[1]。数字信号处理与国家的经济、国防的建设紧密相连，它正潜移默化地影响着人类的生产，改变着人们的生活方式，在通信、声学、雷达、图像和语音处理、气象学、核工程、地质勘探、航天工程、生物工程等领域都有着重要的地位，因此而受到人们的普遍关注。

现如今，数字信号处理是一门将理论和实践都结合得较为紧密的课程,让学生们亲身实验是不可或缺的其中一个教学环节。在这之前，实验项目一般是在计算机上进行仿真演示,这使得学生兴趣低下,进而令教学效果不那么令人满意。但是，由于购买现成的仪器设备花销太大,而且维护起来较为吃力,让学生亲身参与设计和实践的机会不多,动手能力提升缓慢。因此,为了使教学效率和教学效果有所突破,本次设计利用实验室和生活中现有的仪器设备,旨在开发出更为优良的数字信号处理实验系统。本系统演示直观，在很大程度上有利于激发学生的学习热情和动力，加强学生对数字信号处理这门课程基本概念的理解并巩固所学知识，更使得老师在教学时事半功倍。

1.2 课题的研究背景和意义

随着计算机技术的发展，利用软件来进行信号处理的实际应用越来越广泛。目前研出的用于虚拟仪器领域的图像处理以及数字信号处理软件的功能也愈加强大，它们具有稳定性强，精确性高，灵活性好等诸多优点，能够实现大动态范围内的信号处理与分析。