“通信原理”課程多平臺(tái)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降奶剿?/h1>
2012-08-15 00:54郭麗霞
科技視界 2012年30期
郭麗霞 尹 強(qiáng)
（安陽工學(xué)院 河南 安陽 455000）
1 通信原理課程特點(diǎn)
“通信原理”是高等院校通信工程、電子信息工程等信息類專業(yè)非常重要的專業(yè)理論基礎(chǔ)課，它可使學(xué)生了解通信的基本概念、掌握通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和原理，并為通信專業(yè)的后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打好堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。但該課程的特點(diǎn)是內(nèi)容豐富、概念抽象、理論性強(qiáng)，需要許多先修課程，如《概率論》、《信號(hào)與系統(tǒng)》、《通信電子線路》等，許多內(nèi)容概念抽象、公式推導(dǎo)多，使學(xué)生對(duì)該課程的理解較為困難，所以學(xué)起來就會(huì)比較吃力，因此,《通信原理》課程對(duì)理論聯(lián)系實(shí)際的要求是非常高的，通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是該課程教學(xué)的重要組成部分，完善有力的實(shí)驗(yàn)教學(xué)可在很大程度上起到良好的輔助作用，幫助學(xué)生更好地理解該課程的內(nèi)容。
2 現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降谋锥?/h2>
目前,該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要圍繞現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)箱展開,可做的實(shí)驗(yàn)個(gè)數(shù)有限,且大多是驗(yàn)證個(gè)別知識(shí)點(diǎn)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),缺乏綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn);另外,因?yàn)槭艿綀?chǎng)地和資金的限制,實(shí)驗(yàn)臺(tái)套數(shù)受限,學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)一個(gè)實(shí)驗(yàn)需分3-4組,每組至少2-3人,所以他們的動(dòng)手能力大大受限,并且實(shí)驗(yàn)箱能做的實(shí)驗(yàn)?zāi)K本身基本已搭建完成,學(xué)生需做的僅僅是連幾條線,或者不需連線來觀察一下波形即可,這也限制了它們動(dòng)手能力的發(fā)展;此外,通信技術(shù)日新月異,新的技術(shù)不斷產(chǎn)生,而現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)箱很難滿足學(xué)生對(duì)這些新技術(shù)的研究需要。因此，對(duì)通信原理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革迫在眉睫。
3 多平臺(tái)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ礁母?/h2>
本文提出一種多平臺(tái)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?“實(shí)驗(yàn)箱＋計(jì)算機(jī)仿真＋EDA技術(shù)”，這三種平臺(tái)各有優(yōu)缺點(diǎn)，靈活地利用它們，將會(huì)很好地解決目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的諸多問題。
3.1 實(shí)驗(yàn)箱
利用實(shí)驗(yàn)箱做實(shí)驗(yàn)效果感受比較直觀，比較適合于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，有利于學(xué)生深入理解通信原理的單個(gè)知識(shí)點(diǎn)，是進(jìn)行更高級(jí)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。但對(duì)于綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)來說，其靈活性和可操作性不強(qiáng)，并且，它還具有如前面內(nèi)容所述的許多弊端。所以它的應(yīng)用范圍受限，但也是一個(gè)不可或缺的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
3.2 計(jì)算機(jī)仿真
計(jì)算機(jī)軟件仿真平臺(tái)可大大提高實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)性，提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，實(shí)現(xiàn)了軟硬件相結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)，比較適合于設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)，另外，該平臺(tái)的引入，不但極大地緩解了實(shí)驗(yàn)室硬件設(shè)備資金投入方面的壓力，而且消除了由于通信設(shè)備發(fā)展迅速，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備面臨不斷更新的后顧之憂。此外，該平臺(tái)不僅可以作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有力補(bǔ)充，也可生動(dòng)地展現(xiàn)波形，從而用于輔助理論教學(xué)。
常用的仿真軟件有SystemView和Matlab。其中SystemView是一個(gè)信號(hào)級(jí)的系統(tǒng)仿真軟件，在該軟件環(huán)境下設(shè)計(jì)搭建系統(tǒng)然后仿真其通信過程，比較適合各類大小的通信系統(tǒng)的仿真，所以對(duì)綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)都比較適合。Matlab也可以靈活地仿真許多通信系統(tǒng)，通過改變某些參數(shù)來觀察通信系統(tǒng)的性能，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，從而可以獲得較好的教學(xué)效果，尤其是Matlab中Smulink的通信部分，幾乎把常用的調(diào)制技術(shù)都已經(jīng)封裝成了具體的模塊，便于我們直接拿來搭建系統(tǒng)進(jìn)行仿真。
利用計(jì)算機(jī)仿真進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)雖有以上諸多優(yōu)點(diǎn)，但是仿真實(shí)驗(yàn)不如實(shí)物實(shí)驗(yàn)?zāi)菢痈杏X真實(shí)直觀，所以該平臺(tái)也只能作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要組成部分，而不能作為全部。
3.3 EDA技術(shù)
EDA是以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)、以硬件描述語言（VHDL）為設(shè)計(jì)語言，以可編程器件（CPLD/FPGA）為實(shí)驗(yàn)載體，以ASIC/SOC芯片為目標(biāo)器件來進(jìn)行必要的元件建模和系統(tǒng)仿真的電子產(chǎn)品自動(dòng)化設(shè)計(jì)過程。主要過程是利用計(jì)算機(jī)在MAX+PLUSⅡ環(huán)境下，利用VHDL語言對(duì)要實(shí)現(xiàn)的通信電路編程，然后將程序通過下載電纜加載到CPLD/FPGA芯片中去再用示波器和頻率計(jì)等完成外部測(cè)量。應(yīng)用EDA技術(shù)，在同樣的硬件平臺(tái)上，加載不同的程序，可實(shí)現(xiàn)不同的電路功能。
該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可充分鍛煉學(xué)生的綜合能力，且可通過硬件觀察結(jié)果，感覺真實(shí)直觀。但該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)學(xué)生的基礎(chǔ)要求較高，并且完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)耗時(shí)較多，所以它比較適合一些課時(shí)較多的實(shí)驗(yàn)，或是實(shí)驗(yàn)教學(xué)之外的其他的實(shí)踐教學(xué)，如生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等，另外，該平臺(tái)應(yīng)用時(shí)最好和別的平臺(tái)結(jié)合著用。
4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及手段改革
因?yàn)閭鹘y(tǒng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ絻H有實(shí)驗(yàn)箱一種平臺(tái)，而它只適合做驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，所以以往的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多是驗(yàn)證性的，大大限制了學(xué)生的動(dòng)手能力和通信系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)能力，所以上述多平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ教岢龊?，相?yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也要隨之改動(dòng)，應(yīng)該增加設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)的比重，不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容靈活地選擇實(shí)驗(yàn)平臺(tái)來完成，即為實(shí)驗(yàn)手段的改革。
驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)應(yīng)選擇實(shí)驗(yàn)箱平臺(tái)或計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)，設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)應(yīng)選擇計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)或EDA平臺(tái)，綜合性的實(shí)驗(yàn)應(yīng)采用計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)和EDA平臺(tái)相結(jié)合的方法，難度大到一定程度的設(shè)計(jì)性或綜合性實(shí)驗(yàn)，可用作其它實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容。
5 結(jié)束語
該多平臺(tái)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ讲粌H能高質(zhì)量的完成該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，還能完成課程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等其它實(shí)踐教學(xué)，并大大提高學(xué)生的動(dòng)手能力和通信系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)能力。此外，該模式成功應(yīng)用于“通信原理”課程后，也可推廣于其它的課程。
［1］劉小群，周云波.EDA技術(shù)在通信原理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].科技廣場(chǎng)，2009，9.
［2］孫愛晶，張明遠(yuǎn)，劉毓.軟件仿真平臺(tái)在通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中的實(shí)踐[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2009，7.
［3］金小萍.融多種實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和方法于通信原理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中//全國(guó)高等學(xué)校電子技術(shù)研究會(huì)論文集[M].2008，7.
［4］郭麗霞.關(guān)于《通信原理》課程教學(xué)的探索[J].科技信息，2011，11.
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2 現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降谋锥?/h2>
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3 多平臺(tái)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ礁母?/h2>
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3.1 實(shí)驗(yàn)箱
利用實(shí)驗(yàn)箱做實(shí)驗(yàn)效果感受比較直觀，比較適合于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，有利于學(xué)生深入理解通信原理的單個(gè)知識(shí)點(diǎn)，是進(jìn)行更高級(jí)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。但對(duì)于綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)來說，其靈活性和可操作性不強(qiáng)，并且，它還具有如前面內(nèi)容所述的許多弊端。所以它的應(yīng)用范圍受限，但也是一個(gè)不可或缺的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
3.2 計(jì)算機(jī)仿真
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常用的仿真軟件有SystemView和Matlab。其中SystemView是一個(gè)信號(hào)級(jí)的系統(tǒng)仿真軟件，在該軟件環(huán)境下設(shè)計(jì)搭建系統(tǒng)然后仿真其通信過程，比較適合各類大小的通信系統(tǒng)的仿真，所以對(duì)綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)都比較適合。Matlab也可以靈活地仿真許多通信系統(tǒng)，通過改變某些參數(shù)來觀察通信系統(tǒng)的性能，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，從而可以獲得較好的教學(xué)效果，尤其是Matlab中Smulink的通信部分，幾乎把常用的調(diào)制技術(shù)都已經(jīng)封裝成了具體的模塊，便于我們直接拿來搭建系統(tǒng)進(jìn)行仿真。
利用計(jì)算機(jī)仿真進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)雖有以上諸多優(yōu)點(diǎn)，但是仿真實(shí)驗(yàn)不如實(shí)物實(shí)驗(yàn)?zāi)菢痈杏X真實(shí)直觀，所以該平臺(tái)也只能作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要組成部分，而不能作為全部。
3.3 EDA技術(shù)
EDA是以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)、以硬件描述語言（VHDL）為設(shè)計(jì)語言，以可編程器件（CPLD/FPGA）為實(shí)驗(yàn)載體，以ASIC/SOC芯片為目標(biāo)器件來進(jìn)行必要的元件建模和系統(tǒng)仿真的電子產(chǎn)品自動(dòng)化設(shè)計(jì)過程。主要過程是利用計(jì)算機(jī)在MAX+PLUSⅡ環(huán)境下，利用VHDL語言對(duì)要實(shí)現(xiàn)的通信電路編程，然后將程序通過下載電纜加載到CPLD/FPGA芯片中去再用示波器和頻率計(jì)等完成外部測(cè)量。應(yīng)用EDA技術(shù)，在同樣的硬件平臺(tái)上，加載不同的程序，可實(shí)現(xiàn)不同的電路功能。
該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可充分鍛煉學(xué)生的綜合能力，且可通過硬件觀察結(jié)果，感覺真實(shí)直觀。但該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)學(xué)生的基礎(chǔ)要求較高，并且完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)耗時(shí)較多，所以它比較適合一些課時(shí)較多的實(shí)驗(yàn)，或是實(shí)驗(yàn)教學(xué)之外的其他的實(shí)踐教學(xué)，如生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等，另外，該平臺(tái)應(yīng)用時(shí)最好和別的平臺(tái)結(jié)合著用。
4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及手段改革
因?yàn)閭鹘y(tǒng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ絻H有實(shí)驗(yàn)箱一種平臺(tái)，而它只適合做驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，所以以往的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多是驗(yàn)證性的，大大限制了學(xué)生的動(dòng)手能力和通信系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)能力，所以上述多平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ教岢龊?，相?yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也要隨之改動(dòng)，應(yīng)該增加設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)的比重，不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容靈活地選擇實(shí)驗(yàn)平臺(tái)來完成，即為實(shí)驗(yàn)手段的改革。
驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)應(yīng)選擇實(shí)驗(yàn)箱平臺(tái)或計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)，設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)應(yīng)選擇計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)或EDA平臺(tái)，綜合性的實(shí)驗(yàn)應(yīng)采用計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)和EDA平臺(tái)相結(jié)合的方法，難度大到一定程度的設(shè)計(jì)性或綜合性實(shí)驗(yàn)，可用作其它實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容。
5 結(jié)束語
該多平臺(tái)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ讲粌H能高質(zhì)量的完成該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，還能完成課程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等其它實(shí)踐教學(xué)，并大大提高學(xué)生的動(dòng)手能力和通信系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)能力。此外，該模式成功應(yīng)用于“通信原理”課程后，也可推廣于其它的課程。
［1］劉小群，周云波.EDA技術(shù)在通信原理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].科技廣場(chǎng)，2009，9.
［2］孫愛晶，張明遠(yuǎn)，劉毓.軟件仿真平臺(tái)在通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中的實(shí)踐[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2009，7.
［3］金小萍.融多種實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和方法于通信原理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中//全國(guó)高等學(xué)校電子技術(shù)研究會(huì)論文集[M].2008，7.
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