SystemVue在电子信息类课程中的应用

陈永红，郭莉莉，张士兵

（1.南通大学杏林学院，江苏南通226019；2.南通大学电子信息学院，江苏南通226019）

SystemVue在电子信息类课程中的应用

陈永红1，郭莉莉1，张士兵2

（1.南通大学杏林学院，江苏南通226019；2.南通大学电子信息学院，江苏南通226019）

电子信息类课程理论性强，内容抽象，针对目前的教学现状，将可视化较强的SystemVue仿真软件引入课堂是非常必要的。通过SystemVue仿真教学，可将抽象的内容形象化，能够加深学生对所学知识的理解，提高学生的学习兴趣，进而提高教学质量。该软件不需编程，而且不受硬件条件的限制，把该软件引入各门课程的实验教学中，对学生的探索能力和创新能力也有极大的提高。

SystemVue；仿真；信号与系统；数字信号处理；通信原理

0 引言

电子信息类课程中，理论性较强的课程包括信号与系统、数字信号处理和通信原理。这几门课程的共同特点是课程内容抽象，不便于学生理解掌握和灵活应用，但这些内容包含的概念、原理或技术在实际中有着广泛的应用。如何在有限的时间内，让学生掌握这几门课程的重点内容，并能够拓展至实际应用，是每一位老师在教学过程中需要考虑的问题。如果单纯靠理论讲授，学生在接受时或多或少存在一些困难。把SystemVue软件仿真引入课堂，不但可以丰富授课内容，更可以使抽象的内容变得生动、具体[1⁃2]。

信号与系统和数字信号处理课程中的实验部分，原采用C语言编程来实现，目的是让学生把所学的理论知识与C语言编程有效地结合起来，但是从结果来看，效果不是很理想，因为很多学生在编程方面的能力较差。

对通信原理课程中的实验，采用通信原理实验箱来完成实验，采用实验箱进行实验的弊端有：实验箱各个模块相互独立，实验内容的设置虽然全面但缺乏系统性；各个模块电路固定且不易调整，开设的实验大多是验证性实验，在开设较为灵活的综合性实验上则有一定的局限性。

为了解决以上实验教学存在问题，我校现在改变传统的实验教学模式，构建虚拟仿真实验系统。利用仿真软件对每个课程的实验进行仿真与分析，从具体模块的实现到整体系统的架构，可很好地加强学生对知识的掌握。这种方法不受实验硬件条件的限制，学生进行实验比较方便灵活，使学生分析问题、解决问题的能力以及探索能力和创新能力均得到不同程度的提高。

1 SystemVue简介

SystemVue是一种基于Windows环境下运行的用于系统仿真分析的可视化软件工具，可方便地完成各种系统的设计与仿真，快速建立与修改系统，查看与调整参数，系统中还可以加入文字注释，方便解读，可进行时域

分析、频域分析以及频谱分析。用SystemVue对各门课程中的知识点进行仿真，可以很方便直观地了解每个知识点模型中各个环节的实现过程，更有利于学生理解相对比较抽象难懂的知识点，激发学生的学习兴趣，提高学生的探索及创新能力。

2 教学实例

电子信息类课程对数学基础要求高，公式和推导很多，课堂上大量的公式推导往往会使一部分学生失去学习的兴趣。基础好一点的学生即使能够接受推导过程，记住结论，也往往会忽视公式中所蕴含的物理意义是什么以及如何在实际工程中的应用等问题。而课程教学的最终目的在于理解和应用，只有让学生充分理解、接受抽象的理论，并应用于实际，才能真正达到教学目的。

下面以两个具体的例子来介绍SystemVue在各门课程课堂教学及实验教学中的应用。

2.1 在信号与系统课程中，选择对低通信号的采样定理进行仿真分析[3]

采样定理是研究对某一带宽的模拟信号进行抽样后，能否由抽样后的序列无失真地恢复出原模拟信号的问题。在SystemVue软件中创建仿真模型，如图1所示。

图1 采样定理仿真模型

图1中，图符0为被采样的模拟信号源（Source库Sinusoid/Periodic组Sinusoid项），设置为幅度1 V、频率50 Hz的正弦波，与抽样信号相乘。图符1为抽样信号，抽样信号的频率分别设为200 Hz和80 Hz，脉冲宽度设置为5×10-4s。图符2为乘法器，图符3为模拟低通滤波器（Operator库Filters/Systems组Linear Sys Filters项），设置为Butterworth，Lowpass，7Poles（极点），截止频率为50 Hz，用于恢复模拟信号。图符4、图符5和图符6为信号接收器（Sink库Analysis组Analysis项），用于观察原始信号、采样信号和恢复信号的波形。

（1）抽样信号的频率设为200 Hz时，对应的原始信号、采样信号和恢复信号的波形图及频谱图如图2所示。

（2）抽样信号的频率设为80 Hz时，对应的原始信号、采样信号和恢复信号的波形及频谱图如图3所示。

图2 抽样信号的频率为200 Hz时，对应的波形图与频谱图

图3 抽样信号的频率为80 Hz时，对应的波形图与频谱图

从图2和图3可以得到，当信号在抽样过程中满足采样定理时，信号可以基本无失真地恢复，否则信号将

发生畸变。通过仿真，学生可以很直观地看到仿真结果，对采样定理有了更深刻的理解，同时也可以很方便地观察到信号的频谱图，能够让学生建立时域信号波形与频谱之间的内在联系，掌握不同信号的频谱及其特点。

其他原理同样也可以用软件仿真来验证，操作也同样简单方便，学生可以在设计窗口根据需要选择所需的图符，进行参数设置，组成系统方框图，然后在分析窗口可以很方便地进行时域分析和频域分析。如改变参数，可直接看到其变化结果，操作简单，效果非常直观，是传统的实验教学无法比拟的。

2.2 在通信原理课程中，以2DPSK信号的差分解调为

例进行仿真分析[4]

2DPSK信号的差分解调器方框图如图4所示。

图4 2DPSK信号的差分解调原理方框图

2DPSK信号的差分解调法的仿真模型如图5所示，系统的时间设置：Fs=1 000 Hz，采样点数为2 048点。

图5 2DPSK信号的差分解调法的仿真模型

图5中，图符0为伪随机信号源，图符1为异或门，与图符2构成差分编码器。其他各图符具体参数设置如表1所示。

得到仿真的各个波形图以后，选择接收计算器中Operators/Overlay，选择6个波形图重叠，再点击Style中的Waterfall设置Y Offset为3，得到6个波形图的依次排序图，以在同一个坐标图中观察6个波形图。

仿真结果如图6所示，从上至下依次为基带信号波形（sink 12）、差分码（sink 13）、调制信号波形（sink 14，对应图4中的a）、乘法器输出波形（sink 15，对应图4中的c）、滤波器输出波形（sink 16，对应图4中的d）和输出的解调信号波形（sink 17，对应图4中的e）。

通过仿真结果可以直观地看出输入信息码元、调制信号的波形以及输出的解调信号波形之间的对应关系，有助于学生对2DPSK的理解和掌握。

表12 DPSK信号的差分解调法的仿真模型各图符参数

图6 2DPSK信号的差分解调法的仿真结果波形图

这是2DPSK的一种解调方法，另外一种相干解调法可以让学生自己设计仿真方案，设计计算各模块所需参数，进行仿真实现，培养学生的设计实践能力。

实践证明，将SystemVue软件引入通信原理的课堂教学和实验教学中，学生能够更好地掌握通信原理的基本概念，对通信系统的认识进一步加深，同时学生的主观能动性得到了很好的发挥，综合运用知识的能力以及创新意识均得到了有效的提高。

3 结论

在教学实践中证明了利用SystemVue软件进行电子信息类课程的辅助教学，能够很好地解决现有电子信息类课程课堂教学及实验教学存在的局限性。在课堂教学中，通过仿真可使抽象的理论形象化，加深学生对所学知识的理解，激发学生的学习热情。在实验教学中，与硬件实验相比，该软件具有显示的直观性与实时性，而且操作灵活。在仿真过程中，学生不仅可以随意修改参数，比较仿真结果，而且还可自行设计系统进行仿真，对培养学生的创新能力和综合设计能力有着很好的促进作用。

[1]周润景，张斐.数字信号处理的SystemView设计与分析[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

[2]郑海昕，张宝玲.SystemView在数字信号处理课程中的应用[J].中国现代教育装备，2010（1）：71⁃73.

[3]张培玲，仝兆景，王泰华.SystemView在信号系统实验教学中的应用[J].电气电子教学学报，2009，31（4）：85⁃86.

[4]刘桂英，梁启文.基于SystemVue的通信原理实验教学改革研究[J].信息通信，2014（5）：189⁃190.

[5]刘德春，廖文果.基于SystemView的信号与系统实验平台建设[J].现代电子技术，2011，34（18）：5⁃8.

[6]徐超明.基于SystemView的无线通信系统设计与仿真[J].现代电子技术，2012，35（3）：61⁃64.

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）

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 sta⁃tus.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 program⁃ming is required.Its introduction into experiment teaching can greatly improved the students'abilities of innovation and exploration.

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

TN911⁃34

A

1004⁃373X（2015）03⁃0152⁃03

陈永红（1981—），女，江苏徐州人，讲师，硕士。主要研究方向为现代通信技术。

郭莉莉（1986—），女，江苏徐州人，助教，硕士。主要研究方向为现代通信技术。

2014⁃08⁃01

南通大学杏林学院教育教学研究基金（2013J216）；江苏省高等教育教学改革课题（2013JSJG232）；江苏省现代教育技术研究2013年度立项课题（2013⁃R⁃24812）

张士兵（1962—），男，教授，博士。主要研究方向为现代无线通信、超宽带和认知无线电等。