虚实结合的通信原理实验教学方法研究

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1、虚实结合的通信原理实验教学方法研究本文介绍了一种虚实结合的通信原理实验教学方法，使用xilinx公司的systemgenerator工具，在simulink环境中搭建虚拟的通信模型，完成仿真后生成可下载文件，在FPGA中运行，在实际的硬件电路上进行实验，为通信原理的实验方法提供了一条新的思路。1.引言通信原理课程是通信工程专业一门重要的专业课程，由于课程内容理论要求高，知识背景广，同时又具有很强的工程背景，需要大量的实验环节对其知识体系进行补充。良好的实验设置不仅仅需要帮助学生巩固课堂上的理论知识，培养学生的实际动手能力，同时还需要引入工程的思想引导学生解决实际通信电路的

2、设计、分析、调试等种种问题。本文提出了一种新的实验思路，利用xilinx公司提供的systemgenerator工具，可以在simulink的库中搭建开发好的模块，组成通信模型，进行仿真并可以使用虚拟器进行观测。同时，可以生成HDL文件，编译后下载到FPGA中执行，运行在实际的硬件电路上。2.虚拟实验仿真实验的第一步是在虚拟的环境中进行，其设计是在simulink的环境下完成的，实现的方式完全和在simulink中一样，通过拖拽模块和连线，就能完成系统的搭建。学生可以自己构建多种通信系统，完成系统的设计和调试工作，通过虚拟仪器分析信号的波形和频谱，理解通信原理中的理论知识

3、。图1是在simulink环境下搭建的一个基本的QPSK调制系统，调用了xilinx公司的DDS、乘法器、加法器模块，整个设计过程和通用的虚拟环境基本一致，通过simulink中提供的示波器，频谱仪等模块，可以观测到整个调制的过程。可以看出使用systemgenerator工具所搭建的通信系统完全可以基于虚拟环境使用，丰富的虚拟设备可以让学生清晰而直观地观察信号，不受硬件设备的限制，不需担心设备损坏的问题，降低学生对实验的畏难情绪，激发学生的学习热情。3.硬件平台设计在学生通过自己动手完成虚拟系统的搭建，掌握了基本系统原理，观测了相关信号的波形，调试成功后，就可以直接在s

4、imulink环境中生成NGC或HDL文件，生成可下载文件，在硬件中运行。硬件平台的设计需要考虑以下几个因素：(1)必须要满足通信原理课程的要求，巩固学生的理论知识。(2)能够进行综合性及设计性实验，满足二次开发的要求。(3)便于故障排除和维护，减轻日常实验室工作强度。基于以上的考虑，系统的硬件采用了模块化的设计方法，使用了母板+子板的设计方案。母板上使用了一片Xilinx公司的spartan6系列FPGA，子板设计了AD、DA、音频、放大器等常用的模块。两者通过digilent公司的PMOD接口连接。母板可以通过板子周边的PMOD接口连接DA子板，将调制好的信号转为模拟

5、信号，由子板接口输出，通过示波器进行观测。结论采用虚实结合的实验方式可以结合虚拟实验和实际硬件实验的优势，虚拟实验的方式实验形式灵活，虚拟模块和设备齐全，实验成本低，效率高，便于学生理解通信系统的基本原理。而实际硬件上的实验能让学生切实地感受真实的电路、元件、测量仪器，真正地提高学生的实际动手能力。因此，让学生首先在虚拟环境中自己动手搭建系统，掌握了基本的原理之后，在通过systemgenerator提供的工具直接生成可下载文件在硬件电路中运行，在真实的电路板上调试，使用真实的仪器进行观测，给予学生直观的认识。通过这样既加强了学生对基本原理的理解，有培养了学生的实际动手能

6、力，使之成为既具有扎实的理论基础，又有很强动手能力的创新型人才。：杨扬程楠楠：教育界·下旬2014年12期