本文作者： 王海云,相关的， 周淑萍， ang aiyun， hou huping
　　高等理科教育2009年第3期(总第路期)王海云1周淑萍2(1．新疆大学电气工程学院，新疆乌鲁木齐8300462．石河子大学网络中心，新疆石河子832000)摘要文章分析了数字信号处理课程的特点，介绍了虚拟仪器技术及其用于数字信号处理教学的优势，通过虚拟仪器技术应用于数字处理教学的实例，展示了在教最新传奇学和实践环节使用虚拟仪器技术的好处。为现代教育提供了新的教学方法和教学思路。关键词数字信号处理虚拟仪器教学环节中图分类号642．0文献标识码数字信号处理课程是目前越来越多的理工科研究生和本科学生的必修课程之一，但该课程对大学本科生的要求与对研究生的要求有所不同，学生的学习能力不一样．教学目标和教学方法也大不相同。数字信号处理课程的开设前提是学生已具备高等微积分的背景，并在复数、复变函数和随机信号基础方面有较好的掌握，完成了信号与系统课程，有了付利叶变换、拉普拉斯变换的基础，对时域、频域之间的对应关系有一定的了解基础。
　　对于本科学生，各方面的知识体系尚不健全，相关的工具，比如atlab、isual”，也只是一知半解，在学习新知识的同时如果把大量的精力用于辅助工具的学习，反而会事倍功半，因此教学的侧重点在基础知识的掌握和理解。大多数电气和机械工程系大学本科的课程安排中都会有包括拉普拉斯变换和付利叶变换在内的对连续时间信号的线性系统理论内容雌。
　　而针对研究生，学生的理解能力和动手能力都较强。教学方法就灵活许多，新开传奇可以采用多种教学手段结合的方式，设计数字信号处理课程的课堂演示程序，加深学生对数字信号处理课程中一些抽象概念的理解，激发学生的学习热情，提高数字信号处理课程的教学质量。
　　如何开拓一个全新的教学平台，使学生能够利用最先进的技术去积极主动的学习，培养学生的创造性思维，提高高等教育的教学质量，是我们主要解决的问题。随着数字化和信息化的迅速发展，数字信号处理的地位和作用越来越突出，新的算法层出不穷，有关的器件更是新品迭出，令人目不暇接3一。计算机和多媒体技术的广泛应用，使得计算机仿真教学成为培养学生工程实践能力的重要内容。虚拟仪器技术引人数字信号处理的理论和实践教学，可以变被动学习为主动探索，丰富老师的教学手段，提高设计效率，激发学生的学习兴趣，培养学生应用新知识的能力。一、虚拟仪器技术及特点(一)虚拟仪器技术虚拟仪器，就是在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义、具有虚拟前面板、测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。其基本思想就是在测试系统或仪器设计中尽可·收稿日期2蝴一一ll作者简介王海云(1973一)女，山东平度人。剐教授．主要从事电子学与信息系统研究．一112一高等理科教育能地用软件代替硬件，即“软件就是仪器州51。从构成要素讲，虚拟仪器系统是由计算机、应用软件和仪器硬件组成的。计算机与仪器硬件又称为虚拟仪器(isualnstrument，简称)的通用仪器硬件平台。虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件。结合高效灵活的软件，完成各种测试、测量和自动控制。灵活高效的软件系统可以方便地创建友好、直观的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求6。公司开发的虚拟仪器软件平台ab，可以提供图形化的编程语言和开发环境，广泛地应用于工业界、学术界和研究实验室，被公认是标准的数据采集和仪器控制软件一。abl内置的信号处理包、以及ctive控件等库函数，可以方便地组建自己的虚拟仪器。“软件就是仪器”是虚拟仪器技术的主要特点，因此，可以利用ab图形化软件实现变换、防频谱泄漏和抗混叠等一系列数字信号处理的功能。
　　虚拟仪器具备传统电子仪器的数据采集、数据分析处理、显示结果三大功能模块。如图l所示，以透明的方式将计算机资源和仪器硬件的测控能力相结合，实现仪器的功能运作。应用程序将可选硬件(s一232485、等)和可以重复使用的源码热血传奇库函数等软件结合，实现模块间的通信、定时与触发，源码库函数为用户构造自己的虚拟仪器系统提供基本的软件模块。在进行信号仿真时，也可以选用信号发生器，产生各种基本信号。
　　采集卡232485信号处理数字滤波数据分析图形显示文件o网络传输圈1虚拟仪器功能模块显示(二)虚拟仪器技术的特点虚拟仪器技术具有以下特点：(1)Ⅵ通过硬件接和仪器驱动实现了与测控设备的硬件通信，将信号的采集、分析与处理等结合成一体。
　　虚拟仪器体现了“软件就是仪器”的现代仪表发展观念。(2)虚拟仪器具有图形化用户界面，体现“所见即所得”的思想。公司提供了数百个包括图形、图表、刻度盘和温度计在内的用户界面元素，不必编程，用鼠标即可轻松搭建个性化用户界面，从而取代传统仪器的应网游这一点强悍了控制面板以及输出结果的显示方式。(3)虚拟仪器采用了模块化结构，系统具有良好的开放性和可扩展性。虚拟仪器软件的开发基于模块化的设计思想，并大量运用动态链接库，类库和函数库，代码具有良好的可重复性。一个往往由多个组成。在软件组织的树形图结构中，该是根结点，其它Ⅵ是叶(子)节点。一个Ⅵ既可以作为虚拟仪器系统中主控模块，又可以为其它所调用，由l在整个系统中的具体功能来决定。
　　(4)虚拟仪器的更新速度快．可维护性好，用户可定制其结构和功能。由于它的核心是软件程序，在一定开发环境下，用户可以对现有的虚拟仪器程序作二次开发和修改，增加原有仪器的功能。与开发电子仪器相比，大大缩短了开发周期。二、将虚拟仪器技术引入到教学环节的优点学生在学习数字信号处理课程时，普遍感到数字信号处理的概念抽象，对其中的分析方法与基本理论不能很好地理解与掌握。作为教学的组织者，教师首先要转变教学思想，在教学过程中，强调基本内容的深刻理解和基本概念的建立．淡化公式的推导和解题技巧，以培养学生的能力为核心，强化所学知识的综合应用与创新能力的培养。
　　同时，老师必须不断地更新教学手段，“数字信号处理”课程中有许多抽象的数学概念，可以通过虚拟仪器演示实验，提示物理概念，帮助学生建立形象化的概念，从而使学生理解与掌握相关原理，提高其学习效率和积极性。
　　经过教学实践，将虚拟仪器引入到教学环节有如下的特点：虚拟仪器的教学演示界面设计简一113一高等理科教育2009年第3期(总第85期)单，利用ab的前后面板可以很容易地实现即美观又实用的程序ab的专业版可以将自行开发的软件打包后，脱离虚拟仪器环境使用，而应该这样设置且打包后的可执行文件很小，为课堂演示提供了极大的方便ab内嵌adab软件接，可以方便地将atlab软件编写的软件移植虚拟仪器内置的网络接，可以方便的组成虚拟仪器网络实验室，便于学生课后搭建自己的数字信号分析仪虚拟仪器的前面板提供的大量指示性控件多是三维立体的图形，易于提高学生的学习兴趣。三、数字信号处理中虚拟仪器技术的应用信号可以从时间域和频率域两个方面来描述。对信号进行频谱分析时，离散付利叶变换是分析数字信号频谱的工具，使用虚拟仪器技术可以很方便地实现对离散信号的频谱分析，通过调用相关函数可以让学生直观地看到离散付利叶变换使用过程中存在的频谱泄漏和栅栏效应，从而加深学生对课堂理论教学的认识。滤波器的设计与应用是数字信号处理教学中的重点知识，同时也是教学中的难点。学生在学习时对滤波器的作用和效果了解不清，不知道如何根据所学到的理论知识设计出具有实际应用价值的数字滤波器。
　　学生们不熟悉数字滤波器时，可以采用交互式设计工具快速实现经典设计方法，ab中信号处理函数面板中的滤波基本函数栏可以完成基本数字滤波器的设计，还可以通过编程实现各种不同数字滤波系统，满足不同的需要，又可以随时改动系数，调整滤波器参数，选择最佳的设计方案。有了设计经验以后，可以找到多种设计算法、滤波拓扑和分析工具，为浮点和定点数字滤波器进行设计、建模和实现。ab中的数字滤波器设计工具包提供的特性包括：针对高级滤波器设计的全新基于文本的athcript函数、对于多速率滤波器设计和实现的全新支持，以及增强的定点代码生成。在“数字信号处理”课程的实验教学过程中，还开发和设计了基于ab软件平台的“数字信号处理”课程的实验教学。
　　实践证明：基于ab软件平台的实验教学，对促进学生的感性认识，巩固数字信号处理的理论，培养学生计算机应用能力和创新能力等方面起到了积极的作用。“数字信号处理”课程是高等院校电气信息学科学生的必修课，不仅是电类专业和信息类专业的一门基本课程，而且也是可以使工科学生受益很多的一门课。由于虚拟仪器具有开放性和灵活性等特点，特别适合教学实验，学生通过对数字信号处理课程和虚拟仪器技术的学习，可以掌握大量的硬件和软件知识，培养学生的动手能力，提高学生的理解能力，不仅显著降低了实验设备投资，而且培养了学生的创新精神，提高了学生的工程素质，为高等教育的实验教学带来革命性的变化。
　　在数字信号处理的实际应用中，还需要根据具体情况进行程序的优化和软硬件的结合，使虚拟仪器发挥更高的性能。参考文献：l儿美v．臭本海姆。．谢佛．工巴克．离散时问信号处理(第2版)[．西安：西安交通大学出版社，26．6．[2何继爱．。信号与系统。课程教学改革与实践[．高等理科教育，2007(1)：106109．[3汪西原．。数字信号处理”课程实践教学改革的探索[．高等理科教育，2005(5)：99102．4侯榆青，彭进业．王大凯．一组数字信号处理教学实验的设计思路[．高等理科教育．2004(5)：98102．[5侯国屏．壬坤，叶齐鑫．ab7．编程与虚拟仪器设计[．北京：清华大学出版社，2005．[6祁雪梅．潘冬明．ab在数字信号处理教学中的应用[．现代电子技术。2006．299(14)：152153．[7牛龙平．。
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　　本文《数字信号处理课程与虚拟仪器》 --- 作者： 王海云， 周淑萍， ang aiyun， hou huping