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1-1.仿真的基本思想是利用物理的或数学的模型来类比模仿现实过程,以寻求对真实过程的认识。
其遵循的原则是相似性原理。
物理仿真:
在物理模型基础上进行的仿真,可分为半物理仿真和全物理仿真。
数学仿真:
又称计算机仿真,即通过建立系统(或过程)的数学模型(仿真模型),据此编写仿真程序进行仿真试验,从而掌握实际系统(或过程)在各种内外因素变化下性能的变化规律。
1-2.计算机仿真
计算机仿真的三要素:
(1)系统:
研究的对象
(2)模型:
系统的抽象
(3)计算机:
工具与手段
计算机仿真的特点:
以计算机为实验环境,依赖实际系统的抽象仿真模型;
其仿真结果是实验解,而不是纯粹的数学解析或数值分析解;
既能展示对实际系统的静态模拟,又能直观表现系统的动态特性。
计算机仿真的意义:
替代许多难以或无法实施的实验;
解决一般方法难以求解的大型系统问题;
降低投资风险、节省研究开发费用;
避免实际实验对生命、财产的危害;
缩短实验时间、不受时空限制。
1-3.电路仿真
电路仿真就是把电子器件和电路模块以数学模型表示,并配合数值分析和图形模拟显示的方法,实现电路的功能模拟和特性分析。
电路仿真的作用:
电路性能的模拟测试;
优化电路设计;
验证电路设计方案的正确性。
电路仿真的意义:
真实反映电路特性,方便、快捷、经济地实现电路结构的优化设计,可缩短电子产品的开发周期,降低电子产品的开发费用,提高电子产品的综合性能。
2.电路级设计与仿真
电路设计技术是EDA技术的核心和基础。
电路设计可分为数字电路、模拟电路、常规电路和集成电路。
现代EDA与传统的电路CAD相比最主要的区别是比较多地依赖与电路描述语言。
3.系统级设计与仿真
3-1.大规模集成电路的出现及计算机性能的提高,使电子系统越来越复杂,系统级设计与仿真分析倍受重视。
系统设计:
按照设计者的需求建立系统模型的过程。
基于EDA的现代设计技术就是从系统级开始,按照自顶向下的层次化设计思路进行的;
系统分析:
包括信号分析和系统分析,是以系统模型为基本依据、以信号流分析为基本特征的一种分析方法。
它是EDA工具的优点所在,EDA软件提供了系统的程序化模型设计和分析环境,它依赖于系统模型、科学计算和显示输出三者的结合。
3-2.系统的概念
系统是由相互联系、相互制约、相互依存的若干组成部分(要素)结合在一起形成的具有特定功能和运动规律的有机整体。
上述定义中的各组成部分通常被称为子系统或分系统,而系统本身又可以被看作为它所从属的那个更大系统的组成部分。
例如,通信系统、自控系统、计算机网络系统、电力系统等。
通常将施加于系统的作用称为系统的输入激励;
而将要求系统完成的功能称为系统的输出响应。
为传送消息而建立的全套设备(包括传输信道)就是通信系统,它可抽象为由七个子系统依次连接而成的模型。
三、实习内容
1.SystemView章节学习:
(一)SystemView的图符库
(二)滤波器与线性系统
2.SystemView设计练习:
(一)设计一个能产生正弦波信号,并对其进行平方运算的系统。
步骤:
(1)设置系统运行时间。
采样频率设置为100Hz,采样点数设置为128。
(2)定义一个幅度为1V,频率为10Hz的正弦信号源。
(3)定义一个平方运算的函数图符。
选择代数库“Algebraic”中的“X^a”,并在参数设置窗口中的文字框中输入2。
(4)定义两个接收图符。
都定义为“GraphicDisplay”接收类型。
(5)连接图符。
将信号源图符(正弦输出)分别连接到函数图符和其中一个接收图符,函数图符连接到另一个接收图符。
(6)运行系统。
在第一个接收图形显示区中显示出正弦信号,在第二个接收图形显示区中显示出平方后的信号。
(7)也可在分析窗口中显示信号。
可以看到两个图形,一个是10Hz的正弦信号,另一个是平方后的信号。
(8)对输入的信号进行谱分析。
单击接收计算器按钮,选择“Spectrum”分析按钮,并分两次选中W0、W1,就会出现两个新的图形,分别对应前面两个波形的频谱图,其中一个出现在10Hz的位置上(对应正弦波),另一个出现在20Hz的位置上(对应于正弦波的平方)。
(9)结束仿真,保存用户系统。
(二)练习使用分析窗口的接收计算器
双边带调幅:
(1)点击菜单栏的File,选择NewSystem建立一个新文件。
(2)定义一个幅度为1V,频率为100Hz的正弦信号源。
(3)定义一个调制图符,选择调制器“Modulators”中的“DSB-AM”,并在参数设置窗口中的文字框中输入幅度1V,频率1000Hz,调制度0.5。
(4)设置系统运行时间。
采样频率设置为载波频率的10倍,采样点数设置为1024。
(5)定义两个接收图符。
都定义为“Analysis”的信号接收类型。
(6)连接图符。
将信号源图符(正弦输出)分别连接到调制图符和其中一个接收图符,将调制图符输出连接到另一个接收图符。
(7)按创建便笺按钮。
(8)运行系统。
(9)单击“Analysis”进入分析窗口,这时可看到两个图形,一个是100Hz的正弦信号,另一个是调制后的信号。
(10)对输入的信号进行谱分析。
单击接收计算器按钮,选择“Spectrum”分析按钮,并分两次选中W0、W1,就会出现两个新的图形W2、W3,分别对应前面两个波形的频谱图,其中一个出现在100Hz的位置上(对应未调制的正弦波),另一个在中心频率为1000Hz的位置上显示出载波和上下两个边带的频谱。
(11)将两个频谱图叠加显示,单击接收计算器按钮,选择“Operatrs”的“OverlayPlots”分析按钮,按键盘的Ctrl键并单击两个选中W2、W3,就会出现一个新的图形,两个频谱分别用不同的颜色表示。
鼠标双击图形顶部的说明文字,可修改成汉字。
(12)结束仿真,保存用户系统。
3.SystemView设计作业
1)信号运算:
实现一正弦信号和一余弦信号的平方和。
2)定义占空比分别为1/2,1/4,1/8的矩形信号,观察波形。
3)脉冲调制:
将一个幅度为1V,起始时间为0sec的阶跃信号(StepFct)与另一个幅度为-1V,起始时间为1sec的阶跃信号相加,观察波形;
并将此求和后的信号与另一个幅度为1V,频率为10Hz的正弦信号相乘后观察波形。
4)三角信号:
将一个幅度为1V,频率为5Hz,脉宽为0.1sec,偏置为-0.5V的矩形信号分别进行延时,积分和微分后观察其波形。
5)正弦信号:
将一幅度为1V,频率为10Hz的正弦信号的幅度变为原来的两倍,观察波形。
6)有一个标准方差为1,均值为0的高斯噪声通过一个5极点,截止频率为3000Hz的Butterworth低通滤波器后与一个幅度为5V,频率为20KHz,相位为45度的正弦信号相乘,用一实时接收器观察其输出。
比较没有经过滤波器的情况。
7)信号的采样与恢复:
被采样的模拟信号源是幅度为1V,频率为100Hz的正弦波,抽样脉冲为窄脉宽矩形脉冲(幅度为1V,频率为500Hz,脉宽为1us),抽样器用乘法器代替。
四、实习总结
通过此次实习,学会了动态系统仿真软件—SystemView的基本运用。
实习前,阅读了由文斯老师所发放的学习资料,但在实习的实际操作过程中,还是遇到了不少问题。
但正是这些问题的存在和思考、解决,使得我对SystemView这款软件有了更深入的了解,一些在资料上所获取的似是而非的知识,也得到了印证,使知识变得更加牢靠,操作起来更加的得心应手。
下面就是我在实习过程中所遇到的一些问题与解决的方法,以及实习过后的一些心得体会与总结:
1.系统定时窗口的设定(DefineSystemTime):
当一个设计完成时,按下RunSystem,会弹出系统定时窗口(也可以在设计前进行设定),有的设计题目给出了系统定时的具体数据,而另一些却没有,但系统定时本身有默认值的存在,所以,设计在不定义的情况下仍可以执行。
久而久之,在使用默认值得情况下,一些设计题目产生了失真,而失真的原因就在于系统定时。
系统定时该如何去设定,这个没有明确的定义,只有根据设计在大体的范围内一次次的尝试,使仿真出来的结果不失真。
这是不断尝试,也是一种经验。
2.SystemView的图符库,数不清的图符,似是而非的图符的意思,这就是我在看资料时的感受。
一个图符有十几种,甚至数十种的分支,而每个分支又有许多不同的参数设定方式,这就造就了,图符库不仅是个强大的功能,更是一个难以全部理解的难关。
而这些本让我很头痛的图符功能就在实习这段时间内,通过不断地实践,逐渐的被掌握,慢慢地被深入了解,这些图符的功能在我眼中,越来越清晰,并且深深地记住。
——实践中出真知。
3.滤波器与线性系统:
这是个复杂难懂的功能,不论是在看资料的过程中,还是在实习做设计题的过程中,这个功能的参数设定,需要对其功能有一个详细的了解,当然,这些功能我只是在实习中学会了一个皮毛,在今后的学习过程中,通过对其深入的了解,会使我对其的应用变得更为得心应手。
通过本次的实习,我认识到了实践的重要性,只有亲自动手去做,才是真正的检验学习结果的最有效方法。
实践使知识变得牢靠,在实践中,我遇到问题,解决问题,让我知道学无止境.。
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