随着素质教育的普及,越来越多的学校意识到实验对学生学习的重要意义,而传统实验的低效率导致许多中小学因为升学压力而放弃实验教学。数字化实验系统的开发,可以简化实验流程和数据处理,方便学生高效的理解理论知识,提高学生对学习的兴趣和积极性。本文设计了一套处理速度快、灵活性高的便携式数字化实验系统。首先,对数字化实验系统进行了详尽的需求分析,对比了三种不同的设计方案。并从系统的硬件和软件两个设计方向入手,提出了灵活度高的数字化实验系统的总体设计方案。其次,将系统的硬件设计分为三大类,并分别针对数字信号数据采集模块、模拟信号数据采集模块、有线传输模块、无线传输模块、电池模块、屏幕显示模块和SD卡等模块进行详细的研究与设计。然后,利用整系数FIR (Finite Impulse Response)滤波有效的降低了模拟信号的噪声减少比NRR (Noise Reduction Ratio)。对受环境影响较大的电子指南针做了全面的数据分析,利用MATLAB对磁场轨迹进行跟踪,并提出了一种强干扰自检算法,可以检测局部干扰,提高了数据有效性,利用改进的遗传算法优化了采样数据,提高了数据的精确度。最后介绍了系统的软件设计,并针对系统的通讯协议、应用程序,部分驱动程序和滤波算法的软件实现进行了详细的研究与设计。本文将C++的面向对象的思想引入ARM编程中,提高了软件系统的模块化程度。实验验证表明,本文设计的数字化实验系统的实时性高,数据处理速度快,便携度高,具有较高的实际应用价值。