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1、数字信号处理(Digital Signal Processing)是利用计算机或专用处理设备如数字信号处理器（DSP）和专用集成电路（ASIC）等,将信号以数字方式表示并处理的理论和技术。其目的是对真实世界的连续模拟信号进行测量或滤波, 从信号中提取有用的信息。数字信号处理技术及设备具有模拟信号处理技术与设备所无法比拟的优点，在通信、军事、自动控制、医疗、图像视频处理等领域得到了广泛应用。今天数字信号处理也是国内外众多高校自动化、电子信息类专业学生必修的专业基础课程。由于“数字信号处理”的概念抽象、理论繁多、与工程实际联系非常紧密，在学习该门课程时，常常感到枯燥乏味，对其中的分析方法与基本理论
2、不能很好地掌握理解；因此，如何帮助学生理解与掌握课程中的基本概念、基本原理、基本分析方法；努力提高学生综合应用所学知识解决实际问题的能力，是数字信号处理课程教学中所要解决的关键问题。本系统以高性能单片机为下位机核心，接合温度传感器、湿度传感器、光强传感器、脉搏传感器和集成蓝牙模块，实现温度、湿度、光强、脉搏信号的时时采集与无线发送功能，然后利用LABVIEW图形化编程开发环境设计上位机程序，从而实现PC机和下位机之间的通信和数据处理。系统总体结构框图如图1：数字温度信号模拟湿度信号模拟光照信号模拟脉搏信号A / D 转换选择开关单片机控制数字湿度信号数字光照信号数字脉搏信号按键触发L E D
3、状态显示数字信号控制指令蓝牙无线发射模块2 . 4 G 无线信号蓝牙无线接收模块2 . 4 G 无线信号计算机系统虚拟串口L A B V I E W 开 发 环 境L A B V I E WV I S AL A B V I E W串口接口L A B V I E W数据处理程序图 1 系 统 总 体 结 构 示 意 图利用本系统对环境温度、湿度、光强和人体脉搏信号进行现时时采集,对采集的脉搏信号进行现场处理与分析。从而将一个具体的数字信号检测分析系统清晰、直观、生动的展示出来，帮助学生形象、直观、深入的理解课堂内容，掌握数字信号处理相关概念、理论和方法，提高应用所学知识解决实际问题的能力。单片机
4、是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、 只读存储器ROM、多种I/O口、中断系统、定时计时器和显示驱动、脉宽调制、A/D转换器等电路集成到一块硅片上构成的计算机系统。1971年Intel公司研制成功世界上第一块4位微处理器芯片Intel 4004,经过近半个世纪的发展，单片机的应用已经占据了整个计算机世界的半壁江山，被广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智 能 化 管 理 及 过 程 控 制 等 领 域 。蓝牙是一种支持设备短距离通信的无线电技术。其采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，工作在全球通用的2.4GHz频段,采用
5、分复用方案实现全双工通信。蓝牙技术有效地简化了通信设备之间的连接，使数据传输变得更加迅速高效。蓝牙技术被广泛应用于移动电话、无线耳机、笔记本电脑等众多设备之间无线信息交换系统中。虚拟仪器（virtual instrument）是以通用计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能的技术。LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering Workbench）是美国 NI 公司推出的一种图形化语言编程开发环境，它集成了满足 GPIB、VXI、RS-232 和 RS-485 协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能，还内置了便于应用TCP/IP、Activ
6、eX 等软件标准的库函数，是一个功能强大且灵活的虚拟仪器开发软件,被工业界、学术界和研究实验室所视为一个标准的数据采集和仪器控制工具。本 系 统 选 用 STC公 司 生 产 的 STC12A54C10A单 片 机 作 为 下 位 机 控 制 器 ， 应 用 蓝 牙 通信 技 术 实 现 数 据 的 短 距 离 无 线 传 输 ， 利 用 LABVIEW 2010集 成 开 发 环 境 设 计 上 位 机 人 机交 互 程 序 ， 从 而 成 功 的 搭 建 起 一 个 结 构 简 单 、 性 能 稳 定 、 功 能 强 大 、 成 本 低 廉 的 数 字信 号 处 理 课 堂 教 学 演 示
7、 系 统 。 该 系 统 不 仅 能 够 演 示 数 字 信 号 处 理 课 程 教 学 当 中 所 涉及 的 众 多 理 论 与 方 法 ， 而 且 其 自 身 也 开 创 了 一 种 结 构 简 单 、 性 能 稳 定 、 高 效 、 经 济 的信 号 采 集 与 分 析 系 统 实 现 的 新 方 案 ， 在 帮 助 同 学 们 学 好 数 字 信 号 处 理 课 程 之 余 ， 这 种系 统 设 计 方 案 对 他 们 也 有 启 发 作 用 和 借 鉴 之 处 。该 系 统 设 计 工 作 有 两 大 部 分 组 成 ， 一 部 分 是 系 统 下 位 机 设 计 ， 另 一 部 分
8、 是 系 统 上 位机 程 序 设 计 。 最 终 目 标 是 ： 下 位 机 能 够 按 系 统 设 计 要 求 对 所 有 信 号 进 行 时 时 采 集 并 正确 的 发 送 ， 上 位 机 能 够 正 确 的 接 收 下 位 机 发 出 的 信 号 并 进 行 保 存 、 回 放 、 处 理 、 分 析 及多 种 图 形 化 显 示 功 能 。下 位 机 设 计 有 硬 件 电 路 设 计 和 下 位 机 程 序 设 计 两 方 面 的 内 容 。 硬 件 电 路 设 计 的主 要 内 容 有 :硬 件 电 路 原 理 设 计 、 方 案 论 证 、 用 Altium Designer
9、软 件 完 成 原 理 图 绘制 和 硬 件 电 路 板 （ PCB） 设 计 ； 电 子 元 件 组 装 、 焊 接 和 调 式 。 最 终 制 作 出 符 合 原 理 设计 要 求 性 能 的 电 路 板 实 物 。 下 位 机 程 序 设 计 在 Keil uVision3开 发 环 境 中 进 行 ， 主 要内 容 是 用 C语 言 编 写 单 片 机 内 部 程 序 ， 通 过 反 复 的 调 式 、 烧 写 、 测 试 ， 最 终 使 下 位 机能 够 按 照 系 统 设 计 要 求 的 正 确 的 工 作 。上 位 机 程 序 设 计 在 LABVEW开 发 环 境 中 完 成
10、， 主 要 由 8个 模 块 组 成 ， 上 位 机 程 序 结构 框 图 如 图 2所 示 。基于蓝牙传输的信号检测与分析系统串口配置 信号采集 信号保存 信号回放 信号处理 特征检测 结果输出 帮助信息图 2 上位机程序结构串 口 配 置 ： 利 用 LABVIEW集 成 库 中 的 串 口 配 置 VI， 创 建 相 关 的 参 数 变 量 输 入 控 件并 正 确 连 接 ， 优 化 前 面 板 使 界 面 合 理 、 美 观 。信 号 采 集 ： 创 建 数 据 采 集 所 需 的 所 有 参 数 的 输 入 控 件 、 控 制 按 键 和 消 息 机 制 以 及 信号 时 时 显
11、示 控 件 。信 号 保 存 ： 调 用 LABVEW集 成 库 中 的 相 关 文 件 操 作 VI， 创 建 数 据 文 件 保 存 所 需 的 相关 控 件 ， 实 现 将 数 据 以 文 件 形 式 保 存 的 功 能 。信 号 回 放 ： 是 信 号 保 存 的 逆 过 程 ， 通 过 调 用 LABVEW集 成 库 中 的 读 文 件 VI,实 现 数据 文 件 回 放 功 能 。信 号 处 理 ： 综 合 利 用 LABVIEW开 发 环 境 中 的 各 种 控 件 及 VI,对 脉 搏 信 号 进 行 基 本 的处 理 。特 征 检 测 ： 设 计 算 法 并 用 LABVIE
12、W实 现 算 法 ， 提 取 脉 搏 信 号 的 基 本 特 征 参 数 。结 果 输 出 ： 综 合 所 有 需 要 显 示 的 信 息 ， 创 建 相 应 的 显 示 控 件 并 在 程 序 框 图 中 正 确连 接 ， 优 化 、 组 织 、 装 饰 显 示 界 面 ， 能 够 全 面 、 清 晰 、 正 确 的 显 示 所 有 必 要 信 息 。帮 助 信 号 ： 对 系 统 开 发 的 背 景 、 目 的 、 操 作 方 法 和 注 意 事 项 加 一 简 要 说 明 ， 以 帮 助使 用 者 正 确 的 使 用 系 统 。【 1】 阎 石 数 字 电 子 技 术 基 础 高 等 教
13、 育 出 版 社 ， 2005年【 2】 康 华 光 模 拟 电 子 技 术 第 五 版 高 等 教 育 出 版 社 ， 2006【 3】 丛 延 奇 ， 刘 诗 笺 ， 刘 英 莉 基 于 MCU实 现 蓝 牙 与 PC机 之 间 HCI层 传 输 电 子 技术 应 用 ， 2004年 第 11期 ， 4344【 4】 郑 金 斌 ， 张 文 元 基 于 蓝 牙 技 术 的 无 线 信 号 检 测 系 统 的 实 现 现 代 电 子 技术 2006年 第 6期 ： 107109【 5】 潘 琢 金 ， 施 国 君 C8051Fxxx高 速 soc单 片 机 原 理 及 应 用 北 京 ： 北
14、 京 航 空 航天 大 学 出 版 社 2002【 6】 V.V.Boronoev,S.A.DudinTest for the functional states of internal organs based on pulse parametersJMeasurement Techniques,1997,Vol40,No12,pp:48-50【 7】 许 瑞 庆 脉 搏 检 测 系 统 设 计 及 信 号 处 理 算 法 研 究 江 苏 ： 南 京 工 程 信 息 大 学硕 士 学 位 论 文 ， 2009【 8】 施 云 数 字 电 路 实 验 与 课 程 设 计 哈 尔 滨 工 程 大 学 出 版 社 2001【 9】 何 荣 森 ， 王 宏 宝 ， 张 跃 蓝 牙 技 术 及 硬 件 设 计 电 子 技 术 2001， 4： 1216【 10】 Cohn JN,Finkelstein S,McVeith G,etalNoninvasive pulse wave analysis for the eady detection of vascular diseaseJHypertension 1995;26(3),503-508
