毕业设计（论文）-基于通信系统的虚拟仿真技术实验对比研究.doc

太原理工大学毕业设计（论文）设计说明书设计(论文)题目：基于通信系统的虚拟仿真技术实验对比研究学 生：专 业：通信工程班 级：通信0801 指导教师：设计日期： 太原理工大学毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：基于通信系统的虚拟仿真技术实验对比研究毕业设计（论文）要求及原始数据（资料）：要求：1.了解虚拟仿真的概念、国内外研究现状及选择此课题的意义2.了解以MC1496调幅电路为例的通信系统仿真的相关内容概述3.深入理解MC1496模拟乘法器及双边带调幅电路的工作原理4.对双边带调幅电路进行电路箱连接，记录结果5.对Multisim仿真的结果及实际电路连接的结果进行对比研究原始数据：虚拟仿真技术，是在多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术等信息科技迅猛发展的基础上，将仿真技术与虚拟现实技术相结合的产物，是一种高级的仿真技术。虚拟仿真技术以构建全系统统一的完整的虚拟环境为典型特征，并通过虚拟环境集成与控制为数众多的实体。实体可以是模拟器，也可以是其他的虚拟仿真系统，也可用一些简单的数学模型表示。实体在虚拟环境中相互作用，或与虚拟环境作用，以表现客观世界的真实特征。虚拟仿真技术的这种集成化、虚拟化与网络化的特征，第1页充分满足了现代仿真技术的发展需求。虚拟仿真的仿真工具主要指的是仿真硬件和仿真软件。仿真硬件中最主要的是计算机，用于仿真的计算机有三种类型：模拟计算机、数字计算机和混合计算机。现代的数字计算机已具有很高的速度，某些专用的数字计算机的速度更高，已能满足大部分系统的实时仿真的要求，由于软件、接口和终端技术的发展，人机交互性也已有很大提高。因此数字计算机已成为现代仿真的主要工具。虚拟仿真技术是一门非常有应用前景的科学技术，而在电子工程学领域，运用Multisim进行仿真可以说是一种主流选择，Multisim的日趋成熟及其广泛应用使得其生产商美国NI公司提出“把实验室装进PC机中”、 “软件就是仪器”的新理念，然而理想的仿真结果与现实条件下的实际电路之间仍然而且必然存在着一定的差别，而正是对这两者差别的研究，给我们提供了一些基于事实基础上的应用，例如硬件设备的故障检测，电路功能实现情况的判断，实验条件对电路功能的影响等等，因此对于Multisim虚拟仿真技术实验对比的研究，有其长远的现实的意义。毕业设计（论文）主要内容：虚拟仿真技术，是在多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术等信息科技迅猛发展的基础上，将仿真技术与虚拟现实技术相结合的产物，是一种更高级的仿真技术。而通信系统的虚拟仿真贯穿着通信系统工程设计的全过程，对通信系统的发展起着举足轻重的作用。通信系统仿真具有广泛的适应性和极好的灵活性，有助于我们更好地研究通信系统性能。实际的通信系统是一个功能结构相当复杂的系统，对这个系统做出的任何改变(如改变某个参数的设里、改变系统的结构等)都可能影响到整个系统的性能和稳定。因此，在对原有的通信系统做出改进或建立一个新系统之前，通常需要对这个系统进行建模和仿真。通过仿真结果衡量方案的可行性，从中选择最合理的系统配置和第2页参数设置，然后再应用于实际系统中，这个过程就是通信系统的虚拟仿真。本文选定以MC1496为模拟乘法器的双边带调幅电路为研究对象，主要研究内容为对双边带调幅电路分别进行Multisim仿真与实际电路搭建，深入探讨双边带调幅的原理和电路仿真技术的方法，并对结果进行差别性研究。双边带调幅电路的实现需要用到MC1496模拟乘法器，而Multisim元件库中并没有这个芯片，因此拟用两种方法来解决：其一为运用MC1496的内部原理图创建子电路从而实现仿真，其二运用Spice语言编写元件并导入Multisim元件库。本文的重点在于，在分别完成用Multisim仿真和实际搭建电路的工作之后，对两种实验的结果进行对比研究，并分析其现实意义。学生应交出的设计文件（论文）：（1） 设计说明书 文本1份，电子版1份（2） 开题报告 文本一份（3） 中期检查表 文本一份第3页主要参考文献（资料）：1 樊昌信.通信原理.北京：国防工业出版社,2001.2 王卫东,傅佑麟.高频电子电路.北京：电子工业出版社,2004.3 聂典,丁伟.Multisim 10 计算机仿真在电子电路设计中的应用电子工业出版社,2009.4 林章.模拟相乘器MC1496 的应用分析闽江学院学报.2005 年4 月,第25卷第2 期：44-495黄智伟.基于NI Multisim的电子电路计算机仿真设计与分析.电子工业出版社,2008.6 赵秋,柴锁柱基于Multisim2001的差放电路的仿真分析.微计算机信息2006年,第05 期：23-467 丁翠芳.基于Multisim9软件的电路设计.电气时代.2008年,第02 期：32-528 卢艳红.基于Multisim10的电子电路设计仿真与应用.人民邮电出版社,2009.9 宋树祥,周冬梅高频电子线路北京：北京大学出版社,2007.10 吴慎山.高频电子线路.电子工业出版社,2007.11 袁良范,马幼鸣. 简明电路分析.北京：北京理工大学出版社,2003.12 孙玉琴,王安娜.电路理论.北京: 冶金工业出版社,2003.13 李永平,董欣. PSpice 电路优化程序设计.北京: 国防工业出版社,2004.14 高文焕,汪蕙.模拟电路的计算机分析与设计PSpice程序应用.北京: 清华大学出版社, 2003.15 尹勇,李林凌.Multisim 电路仿真入门与进阶.北京: 科学出版社,2005.专业班级通信0801学生刘琳要求设计(论文)工作起止日期指导教师签字日期教研室主任审查签字日期系主任批准签字日期第4页太原理工大学毕业设计（论文） 基于通信系统的虚拟仿真技术实验对比研究 基于通信系统的虚拟仿真技术实验对比研究摘 要虚拟仿真技术，是在多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术等信息科技迅猛发展的基础上，将仿真技术与虚拟现实技术相结合的产物，是一种高级的仿真技术。虚拟仿真实验的对比研究不仅有助于电路设计，而且也用于电路故障的诊断。仿真实验对比研究的结果能够为建立电路测试诊断知识库提供重要的参考信息。本文主要研究内容为对双边带调幅电路分别进行Multisim仿真与实际电路搭建，深入探讨双边带调幅的原理和电路仿真技术的方法，并对结果进行对比研究。双边带调幅电路的实现需要用到MC1496模拟乘法器，而Multisim元件库中并没有这个芯片，因此拟用两种方法来解决：其一为运用MC1496的内部原理图创建子电路从而实现仿真，其二运用Spice语言编写元件并导入Multisim元件库。本文的重点在于，在分别完成用Multisim仿真和实际搭建电路的工作之后，对两种实验的结果进行对比研究，并分析其现实意义。关键词：虚拟仿真；Multisim；MC1496；Spice语言Experimental Comparative Study on Virtual Simulation Technology in Communications SystemAbstractVirtual simulation technology, is in multimedia technologies, and network communication technologies such as virtual reality technology on the basis of the rapid development of information technology, simulation and virtual reality technology products, is an advanced simulation technology. The study of Virtual simulation experiment contrast not only help circuit design, and also used in the circuit fault diagnosis. Results of simulation experimental research can provide an important reference to establishing a circuit test and diagnostic knowledge base information.Main content of this article is on the double sideband amplitude modulation circuit simulation of Multisim with the actual circuit built, respectively, in depth principle and circuit simulation technique of double sideband amplitude modulation method, and study on the difference of the results.In order to achieve the double sideband amplitude modulation circuit function, we need to use MC1496 analog multiplier, and Multisim component database and do not have the chip in, so we have proposed two methods to solve: first, use the MC1496 internal schematic diagram to create circuits in order to achieve simulation; second, use the Spice language to create the components and import the component in.The focus of this article is, respectively, complete with Multisim simulation and practical to build the circuit after work, on both comparative study on experimental results, and analysis of its practical significance.Key words: Virtual simulation; Multisim; MC1496; the Spice language目 录摘 要IIIAbstractIII第1章 绪 论31.1 虚拟仿真概述31.2 国内外研究动态31.3 选题的依据与意义3第2章 通信系统仿真相关内容概述32.1 通信系统仿真的一般步骤32.1.1 仿真建模32.1.2 仿真实验32.1.3 仿真分析32.2 Multisim简介3第3章 MC1496双边带调幅电路在Multisim中的技术原理33.1 MC1496简介33.1.1 集成模拟乘法器的内部结构33.1.2 静态偏置电压的确定33.2 原理图设计33.2.1 基本工作原理33.2.2 MC1496构成的振幅调制原理3第4章 实验电路研究34.1 实验步骤34.2 实验结果34.3 实验结果分析3第5章 总 结3参考文献3致 谢3外文原文3外文翻译341第1章 绪 论1.1 虚拟仿真概述仿真（simulation）技术，或称为模拟技术，就是用一个系统模仿另一个真实系统的技术。从狭义上讲，是指20世纪40年代伴随着计算机技术的发展而逐步形成的一类试验研究的新技术；从广义上来说，仿真则是在人类认识自然界客观规律的历程中一直被有效地使用着。由于计算机技术的发展，仿真技术逐步自成体系，成为继数学推理、科学实验之后人类认识自然界客观规律的第三类基本方法，而且正在发展成为人类认识、改造和创造客观世界的一项通用性、战略性技术。仿真是衡量系统性能的工具，它通过仿真模型的仿真结果来判断原系统的性能从而为新系统的建立或原系统的改造提供可靠的参考。通过仿真，可以降低新系统失败的可能性，消除系统中潜在的瓶颈，防止对系统中某些功能部件造成过盈的负载，优化系统的整体性能，因此，仿真是科学研究和工程建设中不可缺少的方法。同时，人们对仿真技术的期望也越来越高，过去，人们只用仿真技术来模拟某个物理现象、设备或简单系统；今天，人们要求能用仿真技术来描述复杂系统，甚至由众多不同系统组成的系统体系。这就要求仿真技术需要进一步发展，并吸纳、融合其他相关技术。虚拟仿真技术，则是在多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术等信息科技迅猛发展的基础上，将仿真技术与虚拟现实技术相结合的产物，是一种更高级的仿真技术。虚拟仿真技术以构建全系统统一的完整的虚拟环境为典型特征，并通过虚拟环境集成与控制为数众多的实体。实体可以是模拟器，也可以是其他的虚拟仿真系统，也可用一些简单的数学模型表示。实体在虚拟环境中相互作用，或与虚拟环境作用，以表现客观世界的真实特征。虚拟仿真技术的这种集成化、虚拟化与网络化的特征，充分满足了现代仿真技术的发展需求。而通信系统的虚拟仿真贯穿着通信系统工程设计的全过程，对通信系统的发展起着举足轻重的作用。通信系统仿真具有广泛的适应性和极好的灵活性，有助于我们更好地研究通信系统性能。实际的通信系统是一个功能结构相当复杂的系统，对这个系统作出的任何改变(如改变某个参数的设里、改变系统的结构等)都可能影响到整个系统的性能和稳定。因此，在对原有的通信系统作出改进或建立一个新系统之前，通常需要对这个系统进行建模和仿真。通过仿真结果衡量方案的可行性，从中选择最合理的系统配置和参数设置，然后再应用于实际系统中，这个过程就是通信系统仿真。与一般的仿真过程类似，在对通信系统实施仿真之前，首先需要研究通信系统的特性，通过归纳和抽象建立通信系统的仿真模型。图1是关于通信系统仿真流程的一个示意图。从图中可以看到，通信系统仿真是一个循环往复的过程，它从当前系统出发，通过分析建立起一个能够在一定程度上描述原通信系统的仿真模型，然后通过仿真实验得到相关的数据。通过对仿真数据的分析可以得到相应的结论，然后把这个结论应到对当前通信系统的改造中。如果改造后通信系统的性能并不像仿真结果那样令人满意还需要重新实施通信系统仿真，这时候改造后的通信系统就成了当前系统，并且开始新一轮的通信系统仿真过程。值得注意的是，在整个通信系统的仿真过程中，人为因素自始至终起着相当重要的作用。除了仿真程序的运行之外，通信系统的每个步骤都需要进行人工干预，由人对当前的情况做出正确的判断。因此，通信系统仿真并不是一个机械的过程，它实际上是人的思维活动在计算机协助下的一种延伸。虚拟仿真的仿真工具主要指的是仿真硬件和仿真软件。仿真硬件中最主要的是计算机，用于仿真的计算机有三种类型：模拟计算机、数字计算机和混合计算机。现代的数字计算机已具有很高的速度，某些专用的数字计算机的速度更高，已能满足大部分系统的实时仿真的要求，由于软件、接口和终端技术的发展，人机交互性也已有很大提高。因此数字计算机已成为现代仿真的主要工具。在过去的几十年里，通信和信号处理系统的复杂程度显著地提高了。与此同时出现了一系列新的技术，如用于数字信号处理的价格不高但速度很快的硬件、光纤光学器件、集成光学设备和单片微波集成电路，这些对通信系统的实现均有重要影响。通信系统复杂度的提高使得用来分析和设计系统的时间和精力也相应提高了，然而在商用产品中引入新技术要求设计能做到短时、高效、省力，而这些要求只有通过使用强大的计算机辅助分析和设计工具才能实现。所以，通信系统仿真在通信系统工程设计中起着举足轻重的作用。仿真软件包括为仿真服务的仿真程序、仿真程序包、仿真语言和以数据库为核心的仿真软件系统。仿真软件的种类很多，例如，可以进行简单的模拟/数字电路的仿真、强大的PCB板设计的Protel；主要用于51单片机的软件编写，包括8051系列、89S51系列、STC单片机的汇编和C语言编写的Keil C；可以进行直观的模拟/数字电路、单片机、ARM的仿真。也可以进行简单PCB板的设计的Proteus等。而在目前众多的电路仿真软件中，Multisim以其简单直观的电路原理图图形输入，丰富的电子元件库，强大的电路硬件描述语言输入方式，以及对模拟/数字电路的精确、细微仿真，在市场上占有了一席之地。它提供了较为详细的电路分析手段，包括电路的静态工作点的分析、动态分析、瞬态分析、傅里叶分析、噪声和失真分析、直流扫描分析、传递电路分析、用户自定义分析和射频分析。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，最常见的SPICE仿真软件是PSpice,PSpice软件是EDA领域最负盛名的公司OrCAD所开发的通用电路模拟仿真软件，能够分析一般条件下的各种电路特性，包括对电路进行直流分析、交流分析、瞬态分析、傅里叶分析、环境温度分析、蒙特卡罗分析和灵敏度分析等。 而本次毕业设计中，需要用到一些Multisim仿真元件库中没有的元件，比如MC1496，这就需要用到SPICE语言对这些元件进行编译，然后加载到Multisim的元件库中，这样工程师就可以利用SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程，因而本次毕业设计将主要以Multisim为平台来实现。图1-1 通信系统仿真的流程1.2 国内外研究动态虚拟仿真技术被公认为21世纪最有发展前途的科学技术之一，它的发展已经对人们的日常生活产生了重大影响，例如对于制造业来说，可以运用仿真技术，在具体生产之前，对产品进行运动和动力学仿真，在产品设计阶段就能展示出产品的行为，动态表现产品的性能。在航空航天领域，在航空新产品的研制开发、生产、过程中，仿真技术的比重逐步增加，技术逐步成熟，日益普及。航空界为了降低研制成本、加快研制进度、降低研制风险，在产品的设计开发阶段已经大量采用了计算机技术与系统仿真技术。尤其是在电子设备生产之前，利用Multisim仿真，对产品性能进行深入研究，可以预测电子设备在实际工作过程中的表现，及时改进缺点，节约成本。目前，国内外针对仿真软件Multisim的电路设计功能的研究已经相当成熟。对Multisim的研究主要集中在虚拟仪表在仿真电路中的应用和各种电路的设计、仿真。随着计算机技术的发展，电子产品的设计活动已经变得与计算机密不可分。与过去相比，如今电子电路的分析与设计方法发生了重大变革，电子设计自动（Electronic Design Automation，即EDA）技术已经成为设计现代电子系统的必不可少的工具和手段。电子仿真技术是现代EDA软件中最具吸引力的一部分。一方面，它可以代替采用简化电路模型估算电路特性，再通过搭建实验电路板进行验证的传统设计方式，高效地进行电路参数的确定和方案的优选，并可在设计初期对产品的性能进行较可靠的预测，大大提高设计质量，缩短设计周期，节省设计费用，成为现代设计方法中必不可少的组成部分；另一方面，在电子技术的学习和教学中，配合使用仿真软件可使学生加深对所学知识的理解，提高学习效率。计算机辅助分析和设计技术发展十分迅速，出现了大量实用仿真软件与工具，并应用于通信系统建模，分析和设计，使得通信系统仿真发展很快。计算机辅助技术基本上有两大类，一是基于公式的方法，用计算机计算复杂的公式；二是用计算机仿真系统的信号波形，即波形仿真。通信系统仿真应用到了通信系统工程设计的各个阶段，无论是从早期的概念设计，还是实现、测试、使用等各个阶段。在概念定义阶段，通信系统仿真获得顶层指标；在接下来的设计和研发中，通信系统仿真确定硬件研发的指标，检验已完成子系统对整个系统性能的影响；在运行阶段，通信系统仿真可以用来确定解决问题的方法；通信系统仿真还可以预测系统的使用寿命。现代计算机软硬件技术的快速发展，新一代的可视化的仿真软件的使用使得通信系统的仿真设计和分析过程变得相对直观和便捷，推动了通信系统仿真的快速发展。1.3 选题的依据与意义虚拟仿真技术是一门非常有应用前景的科学技术，而在电子工程学领域，通信系统的虚拟仿真实质上就是把硬件实验搬进了计算机，可以把它看成是一种软件实验。在硬件实验系统中，用各种电子元器件制作出通信系统中的理论模型所规定的各个模块，再把它们通过导线或电缆等接在一起，然后再用示波器、频谱仪、误码仪等通信仪表做各种测量，最后分析测量结果。在软件实验中我们也是这样做，只不过所有通信模块及通信仪表的功能都是用程序来实现的，通信系统的全过程在计算机中仿真运行。传统电子电路的分析、设计方法首先是根据指标要求设计电路及其元件参数,在简化电路的基础上,对电路进行手工估算,然后在实验室搭电路,使用仪器、仪表进行测试,验证是否满足指标要求。仿真软件Multisim借助虚拟现实技术使设计者能“如实”地选择、更换元件,能“如实”地操作各种仪器、设备进行“现场”实验,能快速地模拟、分析、验证所设计电路的性能。与传统方法相比,这种虚拟技术既省时又经济,而且还可避免实验中发生的各种损坏和事故,在教学中更能节省时间和精力,有着广泛的前景。例如，通信原理是电子信息和通信工程类专业学生重要的专业基础课，是后续专业课程的基础。各种高校在该课程的实验设置于投入方面都花费了巨大的功夫，但硬件实验条件不容乐观，各高校普遍存在实验设备易损坏、实验结果不稳定等问题，如何让学生直观、便捷地了解通信原理的基础知识，准确方便地从实验结果中进行推理是实验教学改革的重要问题。而虚拟实验正是应对上述问题的一个良好的解决方法，它符合现代实验教学的发展模式，它有效地补充和完善了传统实验，缓解实验设备不足和滞后等问题，允许出现误操作，获得零维护成本和零维护保障，便于开展设备易损性、综合性、设计性实验。因此，利用虚拟技术开展通信原理的实验有利于补充完善课程的实验教学。Multisim是通信原理虚拟实验仿真最常用软件之一，它利用其图形用户界面设计技术和强大并且精确的仿真功能，能成功完成原来在物理设备上所要完成的通信原理理论实验，不仅可将抽象理论知识运用图形、文字、数据等多种形式展现，更为实验教学提供了一个界面友好、操作简便的虚拟仿真环境。本次毕业设计就以通信原理课程中的，以MC1496为乘法器的双边带调幅实验为例，对实验结果进行基于Multisim开发的虚拟实验仿真系统的简便易操作性，及其精确性的分析。根据实验要求，利用Multisim软件建立的虚拟实验仿真系统，实现了人机交互。通过对相关参数的设置，成功地对通信系统进行了仿真，使学生对所学知识的理解更加准确，也更加生动，也为学生的学习和实验带来了巨大的便利，使学生能够更为深刻地理解通信原理的基础理论，达到很好的实验效果。这种建立在Multisim基础之上的实验系统有效发挥了现有各种信息化教育资源的优势，优化了资源配置，便于实现教育资源的广泛共享。虽然软件实验不像硬件实验那样让人感到“真实”，但对于许多通信问题的研究来说的确非常有效。与硬件实验相比，软件实验具有如下一些优点：（1） 软件实验具有广泛的适应性和极好的灵活性。在硬件实验中改变系统参数也许意味着要重做硬件，而在软件实验中则是改一、两个数据，甚至只是在屏幕上按几下鼠标。（2） 软件实验更有助于我们较为全面地研究通信系统。有许多问题，通过硬件实验来研究可能非常困难，但在软件实验中却易于解决。（3） 硬件实验的精确度取决于元器件及工艺水平，软件实验的精度取决于CPU的运算速度或者说是程序的运算量。（4） 软件实验建设开发周期短，成本低。现代社会发展要求通信系统功能越来越强，性能越来越高，构成越来越复杂；另一方面，要求通信系统技术研究和产品开发缩短周期，降低成本，提高水平。这样尖锐对立的两个方面的要求，只有通过使用强大的计算机辅助分析设计技术和工具才能实现。通信系统仿真贯穿通信系统工程设计的全过程，对通信系统的发展起着举足轻重的作用。近年来，国内流行多种科学计算软件。科学计算软件的使用，可以极大地提高科研人员的工作效率能更快更准确地完成计算方案的设计，并在必要的时候用图形图像表示计算结果和描述运行机制。在数十种科学计算软件中，Multisim有超强板级的模拟/数字电路板的设计能力。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。高版本可以进行单片机等MCU的仿真。Multisim有实际元器件和虚拟元器件，它们之间根本差别在于：一种是与实际元器件的型号、参数值以及封装都相对应的元器件，在设计中选用此类器件，不仅可以使设计仿真与实际情况有良好的对应性，还可以直接将设计导出到Ultiboard中进行PCB的设计；虚拟元器件只能用于电路的仿真。总之，Multisim凭借其可以进行复杂模拟/数字电路的仿真、简单的PCB板设计、简单的单片机仿真的能力，以及开放的设计理念，取得很大的成功。目前，很多学校已经开设可这方面的课程，很多学生已经使用该软件完成论文设计。这样，就使得运用Multisim进行仿真可以说是一种主流选择，Multisim的日趋成熟及其广泛应用使得其生产商美国NI公司提出“把实验室装进PC机中”、 “软件就是仪器”的新理念，然而理想的仿真结果与现实条件下的实际电路之间仍然而且必然存在着一定的差别，而正是对这两者差别的研究，给我们提供了一些基于事实基础上的应用，例如硬件设备的故障检测，电路功能实现情况的判断，实验条件对电路功能的影响等等。因此，本课题的研究，有其长远的现实的意义。以上，是使用Multisim进行仿真的优点和现实意义。但是，使用Multisim进行仿真，也有其局限性，例如，仿真器件都是默认的理想器件，而实际器件总会存在一些不可避免的误差，虚拟的元器件不能完全代替实际的电路。此外，仿真电路在连线时不会考虑由此造成的电路中的电容、电感、电阻的变化，而对于实际的电路，这些影响有时候是必须要慎重考虑的。因此，也要对电路进行实际连接，来检验仿真结果是否真实可靠，两者相辅相成，缺一不可。而这也是这次毕业设计的最大的意义所在，即用Multisim对实际电路进行仿真，同时用实际电路对Multisim仿真结果进行检验，分析二者的不同之处，进而分析其可以产生的现实意义，从而对生产生活实践进行指导。第2章 通信系统仿真相关内容概述2.1 通信系统仿真的一般步骤通信系统仿真一般分成3个步骤，即仿真建模、仿真实验和仿真分析。应该注意的是，通信系统仿真是一个螺旋式发展的过程，因此，这3个步骤可能需要循环执行多次之后才能够获得令人满意的仿真结果。2.1.1 仿真建模仿真建模是根据实际通信系统建立仿真模型的过程，它是整个通信系统仿真过程中的一个关键步骤，因为仿真模型的好坏直接影响着仿真结果的真实性和可靠性。仿真模型一般是一个数学模型。数学模型有多种分类方式，包括确定性模型和随机性模型，静态模型和动态模型。确定性模型的输入变量和输出变量都有固定数值，而在随机模型中，至少有一个输入变量是随机的。静态模型不需要考虑时间变化因素，动态模型的输入输出变量则需要考虑时间变化因素。一般情况下，通信系统模型是一个随机动态系统。在仿真建模过程中，首先需要分析实际系统存在的问题或设立系统改造的目标。并且把这些问题和目标转化成数学变量和公式。例如，我们可以设定改造后系统或新系统在达到系统最大容量时的误帧率等等。有了这些具体的仿真目标之后，下一步是获取实际通信系统的各种运行参数，如通信系统占用的带宽及其频率分布，系统对于特定的输入信号产生的输出等。同时，对于通信系统中的各个随机变量，可以采集这些变量的数据，然后通过数学工具来确定随机变量的分布特性。有了上面的准备工作，下一步就可以通过仿真软件来建立仿真模型了。最简单的工具是采用C语言等编程工具直接编写仿真程序，这种方法的优点是效率高，缺点是不够灵活，没有一个易于实现的人机交互界面，比较常用的是仿真软件，包括Multisim、Matlab 、OPNET、NS2等，这些软件具有各自不同的特点，适用于不同层次的通信系统仿真。2.1.2 仿真实验仿真实验是一个或一系列针对仿真模型的测试。在仿真实验过程中，通常需要多次改变仿真模型输入信号的数据，以观察和分析仿真模型对这些输入信号的反应，以及仿真系统在这个过程中表现出来的性能。需要强调的一点是，仿真过程中使用的输入数据必须具有一定的代表性，即能够从各个角度显著地改变仿真输出信号的数值。实施仿真之前需要确定的另外一个因素是性能尺度。性能尺度指的是能够衡量仿真过程中系统性能的输出信号的数值(或根据输出信号计算得到的数值)，因此，在实施仿真之前，首先需要确定仿真过程中应该收集哪些仿真数据，这些数据以什么样的格式存在，以及收集多少数据。在明确了仿真系统对输入信号和输出信号的要求之后，最好把这些设置整理成一份简单的文档。编写文档是一个好习惯，它能够帮助我们回忆起仿真设计过程的一些细节。当然，文档的编写不一定要求很规范，并且文档的大小应视仿真设计的规模而定。最后，还应该明确各个输入信号的初始设置以及仿真系统内部各个状态的初始值。仿真的运行实际上是计算机的计算过程，这个过程一般不需要人工干预，花费的时间由仿真的复杂度确定。如果需要比较仿真系统在不同参数设置下的性能，应该使仿真系统在取不同参数值时具有相同的输入信号，这样才能够保证分析和比较的客观性和可靠性。2.1.3 仿真分析仿真分析是一个通信系统仿真流程中的最后一个步骤。在仿真分析过程中，用户己经从仿真过程中获得了足够多的关于系统性能的信息，但是这些信息只是一个原始的数据，一般还需要经过数值分析和处理才能够获得衡量系统性能的尺度，从而获得对仿真系统的一个总体评价。常用的系统性能尺度包括平均值、方差、标准差、最大值和最小值等，它们从不同的角度描绘了仿真系统的性能。图表是最简洁的说明工具，它具有很强的直观性，便于分析和比较，因此，仿真分析的结果一般都绘制成图表形式，我们使用的仿真工具一般都具有很强的绘图功能，能够便捷地绘制各种类型的图表2.2 Multisim简介 随着计算机技术飞速发展，电路设计可以通过计算机辅助分析和仿真技术来完成。计算机仿真在教学中的应用，代替了大包大揽的试验电路，大大减轻验证阶段的工作量；其强大的实时交互性、信息的集成性和生动直观性，为电子专业教学创设了良好的平台，极大地激发了学生的学习兴趣，能够突出教学重点、突破教学难点；并能保存仿真中产生的各种数据，为整机检测提供参考数据，还可保存大量的单元电路、元器件的模型参数。采用仿真软件能满足整个设计及验证过程的自动化。Multisim软件是一个专门用于电子线路仿真与设计的 EDA 工具软件。作为 Windows 下运行的个人桌面电子设计工具， Multisim 是一个完整的集成化设计环境。Multisim计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一问题。学员可以很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来，并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。Multisim极大地提高了学员的学习热情和积极性,真正的做到了变被动学习为主动学习这些在教学活动中已经得到了很好的体现。还有很重要的一点就是：计算机仿真与虚拟仪器技术对教员的教学也是一个很好的提高和促进。美国NI 公司提出的理念：“把实验室装进PC 机中”“软件就是仪器，因此，其开发的Multisim软件具有以下特点：直观的图形界面：整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的一样。丰富的元器件库：Multisim大大扩充了EWB的元器件库， 包括基本元件、半导体器件、运算放大器、TTL和CMOS数字IC、DAC、ADC及其他各种部件，且用户可通过元件编辑器自行创建或修改所需元件模型，还可通过liT公司网站或其代理商获得元件模型的扩充和更新服务。丰富的测试仪器： 除EWB具备的数字万用表、函数信号发生器、双通道示波器、扫频仪、字信号发生器、逻辑分析仪和逻辑转换仪外，Multisim 新增了瓦特表、失真分析仪、频谱分析仪和网络分析仪。尤其与EWB不同的是：所有仪器均可多台同时调用。完备的分析手段：除了EWB提供的直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅里叶分析、噪声分析、失真分析、参数扫描分析、温度扫描分析、极点一零点分析、传输函数分析、灵敏度分析、最坏情况分析和蒙特卡罗分析外，Multisim 新增了直流扫描分析、批处理分析、用户定义分析、噪声图形分析和射频分析等，基本上能满足一般电子电路的分析设计要求。强大的仿真能力：Multisim 既可对模拟电路或数字电路分别进行仿真，也可进行数模混合仿真，尤其是新增了射频(RF) 电路的仿真功能。仿真失败时会显示出错信息、提示可能出错的原因，仿真结果可随时储存和打印。Multisim仿真实验在实验教学中的优势：1、高指标的虚拟仪器和充足的元器件资源电子仿真实验软件内的虚拟仪器不仅品种齐全，而且技术指标高，随时可以拖放到工作区使用，并能实时显示有关数据和波形。2、弥补了实验经费不足的缺憾随着近年来高校扩招规模的日益增大，很多高校都面临着实验设备不足的现状，而面临激烈的市场竞争，传统的纯理论式教学方式早已无法满足市场对学生实际操作经验的要求，现有的实验室资源也无法承担高质量教学的重任。然而，购买价格高昂的实验设备对于高校而言显然并不现实，传统的电子技术实验需要有仪器设备和元器件的支持，有些实验仪器耗资大，仪器操作技术要求较高，在教育经费不足的情况下，有些学校所能开出的实验项目和数量受到限制。特别是近年来一些学校扩大招生规模，而实验基础设施跟不上的情况下，这个矛盾就日益突出。通信专业的高等教育迫切需要一种新的教学产品来填补这一空缺。这样的情况下，人们开始反思，为什么不大幅降低试验成本，面对大型网络实体通讯设备上百万的采购价格，何不换一种思路，用百分之几的成本满足自己百分之百的需求，降低了购买的门槛，却能够达到几乎相同的实训效果。完美再现主流设备硬件环境，软件中的设备结构、实习环境与真实环境拟定为理想情况，在这样的条件下，可以得到很完美的实验结果，从而对真是实验环境下的实体硬件设备得出的结论进行检验，同时也方便人们更加快捷得找到真实环境下造成实验结果失真的最可能原因。这样，以Multisim为代表的虚拟实验仿真电子教学软件的运用就应运而生，弥补了因实验仪器及经费不足造成的缺憾，同时将大型网络通信系统的所有功能最彻底的移植于个人电脑上，让学生在自己的电脑上就能亲身感受最真实的硬件环境，同时也为实验室教学提供了一个综合方案。另外，仿真实验不涉及仪器折旧和更新换代，通过软件升级就能保持实验的先进性。一些需要价格昂贵的仪器而无法开展的实验，通过仿真就能够容易实现。3、 扩展了学生的实践空间和实验内容仿真实验可作为学生实验前的预习和课后分析总结，也可作为学生创造性思维的检验平台。只要有Multisim软件和一台计算机就能进行电子技术仿真实验，打破了时间和空间的限制，学生可以在不同的时间、地点和领域自主进行实验，增强他们提出问题、分析问题和解决问题的能力，并根据自己的兴趣爱好，选择一些传统实验较少涉及的实验内容，如用运算放大器实现回转器、负阻抗变换器等，这部分内容的实现原理在近代教科书中早有论述，用传统方法进行实验比较繁琐，采用Multisim电子工作平台则容易分析它们的性能。因此，电子仿真实验满足了不同层次学生的需要，从而大大扩展了实践空间和实验范围。4、 有利于学生开展探索性研究性实验传统的电子技术实验教学，任课老师在课前把仪器设备及元器件准备好，学生照讲义的实验步骤按部就班的进行，这就不可避免地把学生置于被动地位，他们很少有机会按自己的思维开展设计性实验。近年来，新的教育理念强调教学要以学生为主体，要注重培养学生的创新思维。许多院校大幅度压缩验证性实验的比例，增加设计性实验的内容，但在实际运作过程中，往往因仪器和元器件不足而存在着很大的局限性。仿真电子实验使学生进行研究性和探索性实验成为可能。 从传统意义上来说，硬件设备之所以在高校实验室中一直长盛不衰，可见其在很多方面是比虚拟仿真系统为主的软件实验室优越，比如硬件实验室学生可以直接操作，整个过程更接近于真实的情况，也有利于锻炼学生的实际操作能力和动手能力，能够起到更直观，效果更直接的结果。但是，硬件实验室确实受到很多因素的制约：第一，硬件实验室的投入成本巨大，并且一旦投入就需要很多年的连续投入，一旦中断，可能之前的投入产生的结果很快就会与实际脱轨，从而前功尽弃，而以虚拟仿真为主的软件实验室的投入确是相对而言要少许多，而且产品升级换代的成本较低，可以长久使用，生命周期更长久而且通信类仿真实验软件的使用期限通常是五十年，能够解决很多问题。第二，硬件实验室收到操作时限的限制，学校的硬件实验室不可能长期并且随时地开放给学生使用，通常是在固定的时间固定的地点组织同学们去统一进行学习使用，而虚拟软件仿真实验室却是随时开放的，只要有一台计算机，学生们可以随时随地地在自己感兴趣的时间做自己感兴趣的实验，相较于硬件实验室，有更大的灵活性与机动性，能够更充分的考虑学生的实际情况，从而为学生的学习带来更好的效果。第三，硬件实验室收到操作次数的限制。硬件实验室一般是在间隔相对较长的一段时间后，才会再次安排课程让学生动手操作，而软件虚拟仿真系统就不受这一因素限制。第四，硬件实验室收到设备维修、设备老化等条件的限制，一般不会允许学生呢随意操作，因为一旦硬件损毁一次，就即将面临长时间的与厂家协调维修等事宜导致更长时间学生都无发动手操作，而虚拟软件实验室确是只要有计算机操控能力的人都随时可以操作，而且一旦失误的话，成本很低或者堪称零成本，这就不需要面对售后维修等一系列繁琐的问题。而且，在一定程度上，对学生大胆动手，积极探索的能力也是一种鼓励。第五，硬件实验室在一定程度上存在安全隐患，一旦有学生操作不当就可能造成重大人身财产事故，威胁我们的健康与安全。而在以虚拟仿真为主的软件实验室，几乎不存在这样的隐患。我们在一个虚拟的，安全的环境中，就能以相对较小的成本，相对灵活的学习方式，学到很多仅凭书本无法完全掌握、彻底理解的知识。既锻炼了自己的胆大心细，又能获得很多的收获，可以说是对传统硬件实验室最完美的补充与最彻底的帮手。综上所述，以Multisim为平台的虚拟仿真试验系统，是我们面向二十一世纪成为优秀科研人才的有力保障，这恰恰说明了本次毕业设计采用Multisim平台的意义。第3章 MC1496双边带调幅电路在Multisim中的技术原理3.1 MC1496简介3.1.1 集成模拟乘法器的内部结构 集成模拟乘法器是完成两个模拟量（电压或电流）相乘的电子器件。在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。采用集成模拟乘法器实现上述功能，比采用分离器件如二极管和三极管要简单得多，而且性能优越。所以目前在无线通信、广播电视等方面应用较多。集成模拟乘法器的常见产品有BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596等。下面介绍MC1496集成模拟乘法器。MC1496PG是摩托罗拉（Motorola）公司生产的一款单片集成模拟乘法器，该芯片内部非常简单，只集成了8个晶体管。它是一款可应用于抑制载波调幅、普通调幅，同步解调，FM解调，相位解调等应用的模拟乘法器，其性能良好，外围电路简单，十分适合在普通调幅器中选用。引脚图如图2（b）所示其主要特性有：l极好的载波抑制度 l可调节的增益与信号处理l平衡输入输出 l-85dB典型值的高共模抑制比 MC1496为平衡调制器的核心器件，其内部结构原理图如图2(a)所示MC1496中包含了由带双电流源的标准差动放大器驱动的四个高位放大器输出集电极交叉耦合，故产生了两输入电压的全波平衡调制乘积现象。其中载波输入(Carrier Input)输入至4个三极管组成的双差分放大器，信号输入(Signal Input)输入至2个三极管组成的单差分放大器用以激励载波。MC1496是双平衡四象限模拟乘法器。其内部电路图和引脚图如图2（a）（b）所示。其中、与、组成双差分放大器，、组成的单差分放大器用以激励。