SystemView在高職通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

毛瑞+路書(shū)芬+張慧麗+任曄

【摘要】分析了高職通信原理課程教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題；對(duì)通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀進(jìn)行剖析。介紹SystemView軟件的特點(diǎn)。SystemView應(yīng)用舉例：用SystemView實(shí)現(xiàn)AM超外差收音機(jī)。

【關(guān)鍵詞】SystemView；教學(xué)實(shí)踐；AM超外差收音機(jī)

【中圖分類(lèi)號(hào)】TP391.9；TN911-4 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【文章編號(hào)】2095-3089（2017）13-0006-01

《通信原理》課程是高職電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程。該課程理論性強(qiáng)，內(nèi)容豐富，概念抽象，學(xué)生不易掌握。因此，如何讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中掌握乏味的通信基礎(chǔ)理論與知識(shí)成了教學(xué)的關(guān)鍵。

一、課程現(xiàn)狀與存在的問(wèn)題

《通信原理》課程理論性太強(qiáng)，原理復(fù)雜，對(duì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求非常高。該課程一般要在信號(hào)與系統(tǒng)、通信電子線路等專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程開(kāi)設(shè)的前提下開(kāi)課，而那些課程的理論性也相當(dāng)?shù)膹?qiáng)。從先修課程開(kāi)始，長(zhǎng)期的理論學(xué)習(xí)和公式推導(dǎo)使得學(xué)生對(duì)這些理論性較強(qiáng)的課程產(chǎn)生了抵觸心理。如何使理論課程直觀化、簡(jiǎn)單、易懂是我們研究的重點(diǎn)。

之前我?！巴ㄐ旁怼闭n程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)采用的是模塊化通信原理實(shí)驗(yàn)箱，應(yīng)用效果并不理想。這種硬件實(shí)驗(yàn)箱存在以下不足：（1）使用時(shí)按照步驟簡(jiǎn)單接幾根線就可以直接用示波器觀測(cè)系統(tǒng)中各接點(diǎn)的信號(hào)波形，操作過(guò)于簡(jiǎn)單，難以培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力。（2）分析工具僅有示波器，只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的信號(hào)波形觀察，無(wú)法進(jìn)行信號(hào)頻譜分析。（3）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目固定，設(shè)備參數(shù)無(wú)法修改，造成很多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察不到；（4）實(shí)驗(yàn)時(shí)間和地點(diǎn)固定，學(xué)生不能根據(jù)自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間?？梢?jiàn)，單純采用通信原理實(shí)驗(yàn)箱作為實(shí)驗(yàn)課的授課手段已不符合目前的教學(xué)要求，不利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，必須改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案，加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)踐。

鑒于上述特點(diǎn)，在實(shí)際教學(xué)中，我們嘗試打破理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相脫節(jié)的局面，將SystemView動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真軟件應(yīng)用于《現(xiàn)代通訊技術(shù)》的教學(xué)中，在實(shí)驗(yàn)室硬件資源有限的情況下，為學(xué)生提供一個(gè)通信系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、模擬、調(diào)試和分析的平臺(tái)，原理講解、硬件驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)和軟件仿真型實(shí)驗(yàn)相結(jié)合以幫助學(xué)生更好地理解和掌握通信系統(tǒng)知識(shí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率，增加對(duì)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)。

二、SystemView軟件在通信原理中的應(yīng)用

SystemView是美國(guó)ELANIX公司推出的用于系統(tǒng)仿真分析的可視化軟件工具，它在信號(hào)分析與處理、通信和控制系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用。SystemView使用功能模塊去描述程序，不用寫(xiě)代碼即可完成各種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真，快速地建立和修改系統(tǒng)，訪問(wèn)與調(diào)整參數(shù)，它可用于各種線性或非線性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真。

雖然SystemView是用軟件仿真的方法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，但是因其與硬件具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以對(duì)系統(tǒng)使用者認(rèn)識(shí)和把握硬件系統(tǒng)具有很好的幫助作用。而且，制作一個(gè)真實(shí)的硬件系統(tǒng)所需的時(shí)間代價(jià)、元器件代價(jià)、儀器設(shè)備代價(jià)和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的代價(jià)還是很高的。SystemView在這方面充分體現(xiàn)了它的價(jià)值。

與傳統(tǒng)的硬件實(shí)驗(yàn)相比，這種虛擬實(shí)驗(yàn)靈活多變，能更好地培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力、分析能力和創(chuàng)新能力。虛擬實(shí)驗(yàn)不受硬件設(shè)備的限制，不存在實(shí)驗(yàn)設(shè)備損壞的問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目能及時(shí)根據(jù)教學(xué)需要進(jìn)行更新；不受實(shí)驗(yàn)室的時(shí)間和空間限制，只要在計(jì)算機(jī)上安裝了SystemView軟件，學(xué)生就能在任何時(shí)間和地點(diǎn)完成虛擬實(shí)驗(yàn)。

三、一個(gè)用SystemView設(shè)計(jì)的系統(tǒng)實(shí)例

超外差接收技術(shù)廣泛用于無(wú)線通信系統(tǒng)中。下圖是我們用SystemView開(kāi)發(fā)的AM超外差收音機(jī)仿真程序。

本例主要用于分析超外差A(yù)M收音機(jī)的工作原理及信號(hào)解調(diào)過(guò)程。左邊對(duì)應(yīng)的是三個(gè)AM信號(hào)發(fā)生器，用來(lái)模擬三個(gè)電臺(tái)。調(diào)制信號(hào)采用了掃頻信號(hào)，分別采用了不同的掃頻帶寬和不同的調(diào)制度。中頻濾波器采用一個(gè)5個(gè)極點(diǎn)、3dB帶寬為10KHz的切比契夫?yàn)V波器。其中在40KHz頻率的信號(hào)具有最大的調(diào)制度（設(shè)置為1），信息帶寬的中心信號(hào)是所希望接收的信號(hào)。在該圖中除了差頻項(xiàng)的10、20、30KHz成分外，還能看到在90-100KHz位置上有混頻輸出的和頻項(xiàng)，而110和100KHz的鏡像頻譜成分在窗口已經(jīng)觀察不到了，這是因?yàn)橄到y(tǒng)的采樣率為200KHz。輸出的差頻項(xiàng)頻譜信號(hào)通過(guò)一個(gè)5極點(diǎn)切比契夫帶通濾波器后，其中所希望的20KHz載波信號(hào)比10KHz和30KHz的信號(hào)大了約15dB，所以通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的二極管包絡(luò)檢波器就可以將原調(diào)制信號(hào)解調(diào)。

四、結(jié)束語(yǔ)

我們?cè)诶碚摻虒W(xué)中引入SystemView仿真系統(tǒng)已有幾年?，F(xiàn)在上課使用的教材《通信原理及SystemView仿真測(cè)試》，該教材中有大量SystemView仿真通信項(xiàng)目的實(shí)例，原理講解和軟件仿真型實(shí)驗(yàn)相結(jié)合以幫助學(xué)生更好地理解和掌握通信系統(tǒng)知識(shí)。另外，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，我們將各種基本的通信系統(tǒng)用SystemView設(shè)計(jì)好，通過(guò)校園網(wǎng)絡(luò)提供給所有學(xué)習(xí)者，供學(xué)有余力的學(xué)生自主學(xué)習(xí)，取得了較好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

[1]尹力強(qiáng)，張海燕.通信原理及SystemView仿真測(cè)試[M].西安電子科技大學(xué)出版社，2012.

[2]陳軍.SystemView在通信原理課程教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2015.1.

作者簡(jiǎn)介：毛瑞（1979-）女工程碩士講師研究方向：電力電子技術(shù)，電力通信技術(shù)。endprint