典型实验一：基于Labview的多功能信号处理虚拟实验
实验项目1：基于labview的虚拟信号发生器的设计
（1） 实验内容
信号发生器是完成电子信息类基础实验课程必不可少的工具。实验教学中的信号发生器，一般具有功能简单，维护购置成本高，不利于灵活教学开展等弊端。虚拟仪器技术可以集成仪器技术、计算机技术、总线技术和软件技术，利用计算机强大的数字处理能力实现用户的多样化需求，解决传统信号发生器存在的诸多弊端，是实验教学一个很好的辅助手段。
u 在labview平台下，设计基本波形信号发生器，包括正弦波，方波，锯齿波，三角波。调节基本波形的幅值和频率，观测并记录波形的变化。
u 设计高斯白噪声信号和均匀噪声信号，观测波形的变化规律与噪声大小的关系。
u 设计混合信号，包括周期脉冲信号，触发信号，带噪声正弦信号，带噪声方波信号，观测并记录信号的波形变化规律。
图1 虚拟信号发生器设计框图
（2） 实验功能和效果
u 通过虚拟信号发生器，可以了解基本信号的产生原理，直观的感受噪声的产生，对波形的影响，加深对信号的基础理论知识的认识，如信号的叠加，采样定理等。
u 通过对高斯白噪声和均匀噪声的模拟，锻炼了对噪声信号的数学建模分析能力，模块化算法的编写，仿真等多项能力。
u 通过对混合信号的仿真，提高了对具体信号需求的分析，增强了对实际需求定制化虚拟信号发生器的能力，培养了运用所学知识来分析解决问题的能力和创新意识。
图2 锯齿波信号和带噪正弦波信号
实验项目二：基于虚拟仪器的信号处理仿真设计
（1）实验内容
信号仿真实验，可以帮助学生很好地理解理论理念，建构知识，提高教学质量。
u 信号的傅里叶级数和傅里叶变换，包括周期矩形脉冲的傅里叶级数（占空比可调及不可调），矩形脉冲的傅里叶变换及时移性质，三脉冲信号的傅里叶变换，矩形调幅信号的傅里叶变换（频移性质），周期矩形脉冲抽样后的傅里叶变换。
u 信号的调制，包括基本信号的幅度调制，调频、调相，观测信号在幅度调制，频率调制，相位调制下的波形变化，结合理论分析，总结调制的变化规律。
u 信号的滤波，包括低通滤波器，FIR滤波器，IIR滤波器，观测滤波对噪声信号的影响，分析噪声与滤波器选择之间的关系。
图3 信号处理的主要内容
（2）实验功能和效果
u 通过对信号进行傅里叶级数和傅里叶变换仿真，理论联系实际，加深对信号基础理论知识的理解。
u 通过对信号调制的模拟仿真，增强理解理论知识，提高了对信号传输的认知，拓展了对有线信号传输和无线信号传输的认知。
u 通过对信号滤波的仿真，加深了对噪声的理解，增强了对滤波器的认识，这对实际工程中如何搭建合适的滤波器有一定的指导意义。
图4 信号的FIR滤波处理
图5 信号的FFT变换
实验项目三：基于虚拟仪器的示波器设计
（1）实验内容
u 数据采集模块设计，主要完成数据采集的控制，包括触发控制、通道选择控制、时基控制等。其中：1）触发控制包括触发模式、触发斜坡、触发电平控制；2）通道选择主要控制单通道或双通道测量；3）时基控制主要控制采集卡扫描率、每一通道扫描次数(取样数)。
u 波形显示，测量，频谱分析模块，完成波形不同模式下的显示，可精确测量信号的幅值，峰峰值，频率等7个参数，可对信号进行快速傅里叶分析。
u 数据的存储和回放模块，可根据用户需求进行数据的存储和回放。回放数据能够进行自动参数测量以及显示波形，并保留在显示窗口，还可以根据需要设置进行频谱分析。
图6 虚拟示波器开发示意图
（2）实验功能和效果
u 通过对信号采集模块的仿真，实现了模拟状态下的信号的显示及测量；同时，也可对实测信号进行实时模拟示波器的功能，锻炼了对示波器的熟练操作，培养了对示波器基础知识的认识。
u 通过波形测量和频谱分析的仿真，加深了对数字信号处理中信号的频谱的认识，促进了理论学习到实践认知阶段的过渡。
u 通过对数据存储和回放的仿真，锻炼了动手编程能力，丰富了示波器的功能，加深对虚拟示波器优势的认识。
图7 波形的测量、存储和回放
图8 测量信号的频谱分析
实验项目四：基于labview平台的测试数据管理与报表制作
（1）实验内容
u 搭建数据管理平台，主要包括三种数据库访问方式，第一，利用NI公司的附加工具包中的数据库接口工具包LabVIEW SQL Toolkit进行数据库访问；第二，利用LabVIEW的ActiveX功能，调用Microsoft ADO对象，利用SQL语言实现数据库的访问。第三，通过第三方开发的免费工具包LabSQL访问。LabSQL利用Microsoft ADO以及SQL语言来完成数据库访问，将复杂的底层ADO及SQL操作封装成一系列的LabSQL Vis。
u 测试数据管理平台的性能，包括不同数据的存储速度，数据的查询读取等，分析与其他不同平台下数据库管理操作的不同。
u 利用NI公司的Report Generation Tookit工具包生成microsoft office支持的报表，测试报表生成，读取，打印功能是否符合分析。
图12 数据管理示意图
（2）实验功能和效果
u 数据管理是每个实际应用项目中必不可少的一个环节。基于Labview的数据管理，利用Labview集成的数据管理子VI，可以方便快捷的搭建项目所需的各种数据管理平台。与其他数据管理平台相比，Labview下的数据管理与其他数据库技术相结合，可实现对测试数据的保存，查询，读取等管理。
u 报表是一个测试项目完成后，根据用户需求所设计的输出不同类型数据格式，如图书管理系统中的图书进出库清单，收银系统中得结算清单等。报表的设计，一是深入了对Labview功能的认识，二是增强了对不同数据处理技术的应用。
图13 数据管理示例
图14 报表管理示例
实验项目五：基于labview平台的温湿度监测
（1）实验内容
u 温湿度环境监测系统需求分析，包括系统完成的功能，系统的硬软件组成，系统的可行性分析等。
u 对监测到的温湿度传感器信号进行信号调理，并搭建温湿度监测电路与PC机的串口通信平台。
u 编写监测界面，实现温湿度数据的波形显示，数值显示，温湿度超限报警，温湿度数据存储回放等功能。
图15 温湿度数据处理流程图
（2）实验功能和效果
u 需求分析就是对需要解决的问题进行详细分析，弄清楚需要解决的问题。对温湿度监测系统进行需求分析，不仅加快了系统开发的周期，而且锻炼了实际分析问题的能力。这对软件开发往往起到事半功倍的效果，所谓“磨刀不误砍柴功”。
u 对串口通信进行仿真，模拟了下位机与上位机通信的过程。对信号进行调理，这是通过帮助直接连接到广泛的传感器和信号类型(从热电偶到高电压信号)来实现的。关键的信号调理技术可以将数据采集系统的总体性能和精度提高10倍。
u 对温湿度监测系统进行建模仿真，一是将电路实习中设计的温湿度传感器与虚拟技术相结合，搭建了完整的温湿度监测系统，锻炼了分析问题的能力，实践编程能力；二是系统采用模块化的设计思想，操作界面友好，开发维护方便，具有较强的通用性，实用性和移植性。
图16 温湿度监测示例
典型实验六：信号与系统虚拟实验
本系统是针对高校《信号与系统》实验课程配套开发的可在网上开展基于B/S架构的虚拟实验系统，系统模拟真实实验中用到的器材和设备，提供与真实实验相似的实验环境。
A、实验仿真平台提供十大类103种实验器材模型；
B、课程实验平台提供15个典型实验。
典型实验七：通信原理虚拟实验
本系统是针对高校《通信原理》实验课程配套开发的可在网上开展基于C/S架构的虚拟实验系统，系统模拟真实实验中用到的器材和设备，提供与真实实验相似的实验环境。
采用MatLab技术开发了八大类40种器件：
1、信号源：余弦信号、直流信号、Sa函数、序列码产生器、单矩形脉冲
2、线路码型：单极性不归零码、单极性归零码、双极性不归零码、双极性归零码、AMI码、CMI码、HDB3码、曼彻斯特码、差分码
3、滤波器：低通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器、高通滤波器
4、模拟调制器：频率调制器、相位调制器
5、模拟解调器：包络检波器、鉴频器
6、信号变换器件：希尔伯特变换、串并变换、并串变换、2-4进制变换、4-2进制变换
7、信号分析器件：功率谱分析仪、示波器、频谱分析仪
8、通用器件：信号采样器、乘法器、加法器、减法器、AWGN信道、判决器、延迟器、正开关、负开关、模二加
备注：除上述器材，可以根据教学需要灵活再添加器件。
使用现有器材模型系统提出了如下三大类25种典型实验的训练：
一、基础实验
1. 余弦信号的波形及频谱
2. 矩形脉冲的功率谱密度
3. 单极性不归零码
4. 单极性归零码
5. 双极性不归零码
6. 双极性归零码
7. AMI码
8. CMI码
9. HDB3码
10. 曼彻斯特码
11. 差分码
二、模拟调制解调实验
12. 离散大载波双边带载波调幅（AM）
13. 双边带抑制载波调幅（DSB-SC）
14. 单边带调幅的波形及频谱（SSB）
15. 调频（FM）
16. 相位调制实验（PM）
三、数字调制解调实验
17. 二进制通断键控（OOK）
18. 二进制相频键控 （BPSK）
19. 二进制差分移相键控（DPSK）
20. 二进制移频键控（2FSK）--连续相位
21. 二进制移频键控（2FSK）--不连续相位
22. 十六进制正交幅度调制（16QAM）
23. 四相移相键控（QPSK）
24. 差分四相移相键控（DQPSK）
25. 偏移四相移相键控（OQPSK）