虚实结合的通信原理实验教学方法研究论文

时间:2021-02-15 10:28:20 通信工程毕业论文 我要投稿

虚实结合的通信原理实验教学方法研究论文

  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system generator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。

虚实结合的通信原理实验教学方法研究论文

  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system generator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。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system generator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simulink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spartan 6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system generator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。

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