SystemVue在電子信息類課程中的應用

摘 要： 電子信息類課程理論性強，內容抽象，針對目前的教學現狀，將可視化較強的SystemVue仿真軟件引入課堂是非常必要的。通過SystemVue仿真教學，可將抽象的內容形象化，能夠加深學生對所學知識的理解，提高學生的學習興趣，進而提高教學質量。該軟件不需編程，而且不受硬件條件的限制，把該軟件引入各門課程的實驗教學中，對學生的探索能力和創新能力也有極大的提高。

關鍵詞： SystemVue； 仿真； 信號與系統； 數字信號處理； 通信原理

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）03?0152?03

Application of SystemVue in electronic information courses

CHEN Yong?hong1， GUO Li?li1， ZHANG Shi?bing2

（1. Nantong University Xinglin College， Nantong 226019， China； 2. School of Electronics Information， Nantong University， Nantong 226019， China）

Abstract： Since the electronic information courses are characterized by strong theoretical property and abstract content， it is necessary to introduce the strong visual SystemVue simulation software into the classroom in view of the current teaching status. The SystemVue simulation teaching can visualize the abstract contents， help the students better understand the knowledge and raise their interest， so as to improve the teaching quality. The software is not limited by hardware conditions and no programming is required. Its introduction into experiment teaching can greatly improved the students' abilities of innovation and exploration.

KeyWords： SystemVue； simulation； signals and systems； digital signal processing； communication principle

0 引 言

電子信息類課程中，理論性較強的課程包括信號與系統、數字信號處理和通信原理。這幾門課程的共同特點是課程內容抽象，不便于學生理解掌握和靈活應用，但這些內容包含的概念、原理或技術在實際中有著廣泛的應用。如何在有限的時間內，讓學生掌握這幾門課程的重點內容，并能夠拓展至實際應用，是每一位老師在教學過程中需要考慮的問題。如果單純靠理論講授，學生在接受時或多或少存在一些困難。把SystemVue軟件仿真引入課堂，不但可以豐富授課內容，更可以使抽象的內容變得生動、具體[1?2]。

信號與系統和數字信號處理課程中的實驗部分，原采用C語言編程來實現，目的是讓學生把所學的理論知識與C語言編程有效地結合起來，但是從結果來看，效果不是很理想，因為很多學生在編程方面的能力較差。

對通信原理課程中的實驗，采用通信原理實驗箱來完成實驗，采用實驗箱進行實驗的弊端有：實驗箱各個模塊相互獨立，實驗內容的設置雖然全面但缺乏系統性；各個模塊電路固定且不易調整，開設的實驗大多是驗證性實驗，在開設較為靈活的綜合性實驗上則有一定的局限性。

為了解決以上實驗教學存在問題，我校現在改變傳統的實驗教學模式，構建虛擬仿真實驗系統。利用仿真軟件對每個課程的實驗進行仿真與分析，從具體模塊的實現到整體系統的架構，可很好地加強學生對知識的掌握。這種方法不受實驗硬件條件的限制，學生進行實驗比較方便靈活，使學生分析問題、解決問題的能力以及探索能力和創新能力均得到不同程度的提高。

1 SystemVue簡介

SystemVue是一種基于Windows環境下運行的用于系統仿真分析的可視化軟件工具，可方便地完成各種系統的設計與仿真，快速建立與修改系統，查看與調整參數，系統中還可以加入文字注釋，方便解讀，可進行時域分析、頻域分析以及頻譜分析。用SystemVue對各門課程中的知識點進行仿真，可以很方便直觀地了解每個知識點模型中各個環節的實現過程，更有利于學生理解相對比較抽象難懂的知識點，激發學生的學習興趣，提高學生的探索及創新能力。

2 教學實例

電子信息類課程對數學基礎要求高，公式和推導很多，課堂上大量的公式推導往往會使一部分學生失去學習的興趣。基礎好一點的學生即使能夠接受推導過程，記住結論，也往往會忽視公式中所蘊含的物理意義是什么以及如何在實際工程中的應用等問題。而課程教學的最終目的在于理解和應用，只有讓學生充分理解、接受抽象的理論，并應用于實際，才能真正達到教學目的。

下面以兩個具體的例子來介紹SystemVue在各門課程課堂教學及實驗教學中的應用。

2.1 在信號與系統課程中，選擇對低通信號的采樣定理進行仿真分析[3]

采樣定理是研究對某一帶寬的模擬信號進行抽樣后，能否由抽樣后的序列無失真地恢復出原模擬信號的問題。在SystemVue軟件中創建仿真模型，如圖1所示。

圖1中，圖符0為被采樣的模擬信號源（Source庫Sinusoid/Periodic組Sinusoid項），設置為幅度1 V、頻率50 Hz的正弦波，與抽樣信號相乘。圖符1為抽樣信號，抽樣信號的頻率分別設為200 Hz和80 Hz，脈沖寬度設置為[5×10-4]s。圖符2為乘法器，圖符3為模擬低通濾波器（Operator庫Filters/Systems組Linear Sys Filters項），設置為Butterworth，Lowpass，7Poles（極點），截止頻率為50 Hz，用于恢復模擬信號。圖符4、圖符5和圖符6為信號接收器（Sink庫Analysis組Analysis項），用于觀察原始信號、采樣信號和恢復信號的波形。

（1） 抽樣信號的頻率設為200 Hz時，對應的原始信號、采樣信號和恢復信號的波形圖及頻譜圖如圖2所示。

（2） 抽樣信號的頻率設為80 Hz時，對應的原始信號、采樣信號和恢復信號的波形及頻譜圖如圖3所示。

從圖2和圖3可以得到，當信號在抽樣過程中滿足采樣定理時，信號可以基本無失真地恢復，否則信號將發生畸變。通過仿真，學生可以很直觀地看到仿真結果，對采樣定理有了更深刻的理解，同時也可以很方便地觀察到信號的頻譜圖，能夠讓學生建立時域信號波形與頻譜之間的內在聯系，掌握不同信號的頻譜及其特點。

其他原理同樣也可以用軟件仿真來驗證，操作也同樣簡單方便，學生可以在設計窗口根據需要選擇所需的圖符，進行參數設置，組成系統方框圖，然后在分析窗口可以很方便地進行時域分析和頻域分析。如改變參數，可直接看到其變化結果，操作簡單，效果非常直觀，是傳統的實驗教學無法比擬的。

2.2 在通信原理課程中，以2DPSK信號的差分解調為例進行仿真分析[4]

2DPSK信號的差分解調器方框圖如圖4所示。

圖6 2DPSK信號的差分解調法的仿真結果波形圖

這是2DPSK的一種解調方法，另外一種相干解調法可以讓學生自己設計仿真方案，設計計算各模塊所需參數，進行仿真實現，培養學生的設計實踐能力。

實踐證明，將SystemVue軟件引入通信原理的課堂教學和實驗教學中，學生能夠更好地掌握通信原理的基本概念，對通信系統的認識進一步加深，同時學生的主觀能動性得到了很好的發揮，綜合運用知識的能力以及創新意識均得到了有效的提高。

3 結 論

在教學實踐中證明了利用SystemVue軟件進行電子信息類課程的輔助教學，能夠很好地解決現有電子信息類課程課堂教學及實驗教學存在的局限性。在課堂教學中，通過仿真可使抽象的理論形象化，加深學生對所學知識的理解，激發學生的學習熱情。在實驗教學中，與硬件實驗相比，該軟件具有顯示的直觀性與實時性，而且操作靈活。在仿真過程中，學生不僅可以隨意修改參數，比較仿真結果，而且還可自行設計系統進行仿真，對培養學生的創新能力和綜合設計能力有著很好的促進作用。

參考文獻

[1] 周潤景，張斐.數字信號處理的SystemView設計與分析[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008.

[2] 鄭海昕，張寶玲.SystemView在數字信號處理課程中的應用[J].中國現代教育裝備，2010（1）：71?73.

[3] 張培玲，仝兆景，王泰華.SystemView在信號系統實驗教學中的應用[J].電氣電子教學學報，2009，31（4）：85?86.

[4] 劉桂英，梁啟文.基于 SystemVue的通信原理實驗教學改革研究[J].信息通信，2014（5）：189?190.

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