论文信号和系统虚拟实验是关于系统虚拟实验方面的的相关大学硕士和相关本科毕业论文以及相关虚拟实验系统论文开题报告范文和职称论文写作参考文献资料下载。
摘 要：针对传统以实物为主的《信号和系统》实验中存在的各种弊端,以LabVIEW、MatLab和Multisim相结合构建了虚拟实验平台,并通过几个实例展示了其具体应用.经教学实践证明,《信号和系统》虚拟实验具有直观、形象、便于学生理解等优点,有效解决了传统实验中存在的问题,对调动学生的学习积极性和激发实验兴趣,提高实验教学质量起到了积极的作用.
关键词：信号和系统；虚拟实验；LabVIEW；MatLab；Multisim
中图分类号：TN391 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2017）14-0094-03
《信号和系统》是生物医学工程专业和其他电类专业的一门非常重要的专业基础课,课程理论性强,内容较为抽象.为了让学生能更好地理解教材的内容和概念,实验教学尤为重要.传统的实验教学一般采用以实验箱为主的硬件实验,学生按照实验要求连接电路,通过示波器或频谱仪观察实验结果.这种教学方式存在一定的局限性：①有些实验如傅里叶变换、卷积等无法通过硬件电路实现；②学生只是通过简单的连接电路就能得出实验结果,对实验原理理解不够深刻；③实验箱老化和部分元件损坏等因素导致实验成功率低,严重挫伤学生的实验积极性和影响教学效果[1].随着计算机技术及仿真工具软件的发展,虚拟实验已经成为实验教学的重要模式,它补充和完善了传统的实验教学方式,有效地解决了传统实验存在的问题[2-4].针对 《信号和系统》实验的特点,本文采用LabVIEW、Matlab和Multisim三种软件相结合,构建虚拟实验平台.
一、基于LabVIEW的虚拟实验
LabVIEW 是美国国家仪器公司（National Instruments,NI） 推出的一种基于“图形”方式的集成化程序开发环境, 使用这种语言编程时, 基本上不写程序代码, 取而代之的是流程图或程序框图,将繁琐复杂的语言编程简化,省时方便,而且LabVIEW的高级分析库还提供了丰富的信号分析处理相关模块,利用它们能非常方便的构建所需要的实验平台.下面以卷积实验为例,说明LabVIEW的应用.
卷积是线性系统时域分析方法中的一种,卷积运算在测试信号处理中占用非常重要的地位,利用它可以求线性系统对任何激励信号的零状态响应,是联系信号时域-频域的一个桥梁,卷积的定义为：
LabVIEW 信号源库提供了丰富的信号源,除常见的正弦信号、方波信号、三角波信号、阶跃信号和冲击信号之外,用户还可以根据需要构建一些特殊信号.本实验提供了正弦、方波、三角波在前面板上供选择,这里选择x（t）为正弦信号.LabVIEW函数库里还提供了专门的卷积函数,将正弦信号和冲击信号送入卷积函数,在前面板上能直接看到卷积结果.通过卷积滑动杆,还可以控制整个卷积过程[6]（见图1）.采用基于LabVIEW软件的虚拟实验,能把硬件电路无法完成的卷积实验以非常直观形象的方式展示出来.
二、LabVIEW和MatLab联合仿真实验
除LabVIEW外,Matlab也是信号和系统实验常用的软件.Matlab提供的丰富的信号处理函数为信号和系统分析提供了有效手段,但是它在界面开发、仪器连接控制等方面远不如 LabVIEW,因此如果将两者混合使用,则可以充分发挥各自的优势,解决实验过程中界面开发和数值分析计算等问题[7].LabVIEW 提供了Matlab Script節点,允许按照 Matlab的语法编写并执行脚本,因此,LabVIEW和Matlab混合编程为学生提供了灵活的实验环境和有效的实验手段,有助于他们提高分析和解决问题的能力,更好的理解和掌握信号和系统课程的理论知识.这里以幅度调制解调实验为例说明LabVIEW 和Matlab混合编程的方法.
在通信系统中,为了充分利用带宽,常常需要将频率为fi的信号 x（t）“搬移”到另一频率fo处,采用的方法是用频率为fo的正弦信号c（t） 作为载波信号去乘x（t）,这个过程称为“调制”；当信号传输完成后,需要从已调制信号中恢复出x（t）,这时用载波信号c（t）再次去乘以调制后的信号,然后用低通滤波器滤除高频部分,就能得到x（t）,这个过程称为“解调”[8].从图2可以非常清楚的观察到整个调制和解调过程：原始信号和载波信号均为正弦信号,信号频率可通过前面板设置,原始信号和载波信号相乘后得到调制信号DSB,采用LabVIEW提供的FFT函数对DSB做傅里叶变换后得到其频谱图,从频谱图看出,调制后信号DSB的频率被“搬移”到了载波信号的频率10kHz处,达到了调制的目的.信号传输结束后,为了恢复出原始信号,用调制后的信号DSB再次乘以载波信号c（t）得到解调信号y1,为了恢复出原始信号,对y1进行低通滤波后即可.通过这种直观的实验方式,学生更容易理解调制和解调原理.
三、LabVIEW和Multisim联合仿真实验
Multisim是NI公司推出的专门用于电路仿真和设计的电子设计自动化软件,能实现电路设计和仿真、性能分析、时序测试等功能.传统的以实验箱为主的硬件实验完全可以用Multisim虚拟实验来替代,这样学生可以从实验电路图更深刻的理解实验原理.如果涉及到相关参数计算和判别,采用LabVIEW和Multisim的联合仿真来完成,既可充分利用 Multisim在电路仿真中的优势,又可利用LabVIEW在参数计算中的优势,能达到最佳的实验效果[9].以二阶系统的时域响应为例,说明LabVIEW和Multisim联合仿真的应用.
首先,在Multisim 13中搭建实验电路,在电路中放置LabVIEW交互接口以实现和LabVIEW之间的数据传递,参数调整端K采用了压控电阻,通过LabVIEW 输入控件可以改变电阻的阻值,如图3所示.根据电路知识[10],很容易求出系统传递函数：
四、结论
教学实践证明,由LabVIEW、Matlab和Multisim构建的虚拟实验有效解决了传统实物实验教学中存在的各种问题,将一些抽象难懂的概念转变成形象直观的图形和实例,可以加深学生对理论知识的理解,对调动学生的学习积极性和激发实验兴趣,提高实验教学质量起到了积极的作用.
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（编辑：鲁利瑞）
总结:本论文为您写系统虚拟实验毕业论文范文和职称论文提供相关论文参考文献，可免费下载。
参考文献：
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