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摘 要：本文介绍了基于e-Labsim的《信号与系统》课程的虚拟仿真平台，该平台克服了传统实验不够灵活、实验内容单一的缺点。首先根据实验要求设计电路，然后选择电路所需模块正确连接线，最后进行仿真，通过示波器观察，调整参数，优化电路。实践表明，通过e-Labsim平台，能有效帮助学生理解《信号与系统》理论和应用原理，提高学生学习的兴趣和主动性。
关键词：e-Labsim；信号与系统；虚拟仿真平台
1 引言
《信号与系统》是通信与电子信息类专业续电路分析课程后的又一门重要的专业基础课，也是国内各院校相应专业的主干课程。课程目的是使学生牢固掌握信号与系统的基本原理和基本分析方法，掌握信号与系统的时域、变换域分析方法，理解各种变换（傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换）的基本内容、性质与应用。其中实验教学起着至关重要的作用，目前很多高校都只利用信号实验箱做一些简单的验证性实验或者利用Matlab进行仿真，这样较难让学生对DSP理解[1]。本文提出基于e-Labsim进行实验设计的思路，有效结合了硬件实验和软件仿真。
2 e-Labsim
e-Labsim仿真型实验平台是武汉凌特电子技术有限公司根据教学需要而研发的一种虚拟实验环境和平台，但与普通的“虚拟实验室”概念又有所不同，它独有“仿真引擎”技术，同时融合了当今流行的CSDA网络架构和软件架构，实现实验室的创新开放。
e-Labsim仿真型实验平台主要由六大部分构成：模块级仿真子系统、创新实践子系统、教学管理子系统、实验子系统、虚拟仪器子系统和Matlab接口调用子系统。此平台无论是对教师教学还是对学生做实验，都提供了很大的帮助。
3 基于e-Labsim实验步骤
基于e-Labsim进行信号与系统实验的具体流程为：首先根据实验要求设计出相应的电路，选取所需要模块；然后正确连接各模块之间的线，开启开关进行仿真，观察设计电路的效果，充分利用示波器对各观测点进行观测，根据具体问题做出改进，得到合适的元器件参数；最后，根据通过在示波器上观察实际波形与仿真波形的差异，仔细分析波形，调整元器件参数，直到得到合理的实验结果[2]。
4 实验设计与实现案例
以“抽样定理与信号恢复”实验设计为例来说明，该实验属于《信号与系统》基础实验，实验主要目的是验证抽样定理并恢复原信号。
4.1 实验原理[3]
抽样信号在fs≥2Bf的条件下可以恢复出原信号，其中fs为抽样频率，Bf为原信号占有频带宽度。由于抽样信号频谱是原信号频谱的周期性延拓，因此，只要通过一截止频率为fc（fm≤fc≤fs-fm，fm是原信号频谱中的最高频率）的低通滤波器就能恢复出原信号。
如果fs<2Bf，则抽样信号的频谱将出现混迭，此时将无法通过低通滤波器获得原信号。
在实际信号中，仅含有限频率成分的信号是极少的，大多信号的频率成分是无限的，并且实际低通滤波器在截止频率附近频率特性曲线不够陡峭（如图1所示），若使fs=2Bf，fc=fm=Bf，恢复出的信号难免有失真。为了减小失真，应将抽样频率fs取高（fs>2Bf），低通滤波器满足fm 为了防止原信号的频带过宽而造成抽样后频谱混迭，实验中常采用前置低通滤波器滤除高频分量，如图2所示。若实验中选用的原信号频带较窄，则不必设置前置低通滤波器。
本实验采用有源低通滤波器，如图3所示。若给定截止频率fc，并取Q=12 （为避免幅频特性出现峰值），R1=R2=R，则：
4.2 电路图仿真与设计
在e-Labsim平台中，选择实验仪器：1台双踪示波器、1块信号与系统模块S2、1块信号与系统模块S3，按图4方式连接好线，图4所示选用f=1KHz，幅度A=5V正弦波作为被抽样信号进行实验。确定连线正确后，开始进行仿真。
4.3 实验结果分析与比较
分别记录当fs=1KHz，fs=2KHz，fs=4KHz，fs=8KHz时，仿真与实际输出波形比较如图5-8所示。
从图5-8可以看出，fs至少为4KHz时，信号才能较好的恢复，fs为8KHz时，信号恢复效果最佳。通过做这实验，学生能更好地理解抽样定理与信号恢复。
5 结束语
该文主要介绍了基于e-Labsim的《信号与系统》课程的虚拟仿真平台，通过具体示例说明抽样定理与信号恢复的实现过程。e-Labsim平台在硬件连接时，学生只需根据自己设计的电路，选择相应模块，就可搭建电路，并且能够根据仿真的效果调整参数，极大地提高了学生验证实验与自主设计实验的能力[4]。
[参考文献]
[1]吉训生，潘国锋，于风芹.《信号与系统》虚拟教学仿真平台设计[J].教学设计.2013（38）：176-177.
[2]孙晖，路扬，刘俊延.基于myDAQ和Multisim的信号与系统实验设计[J].实验室研究与探索.2013，32（12）：13-15.
[3]陈后金，胡健，薛健.信号与系统，第2版[M].清华大学出版社.2013，3月（第14版）.
[4]沈文麗，余燕平，贾波.信号与系统实验中的MATLAB教学实例[J].实验室科学.2013，16（5）：98-100.
作者简介：袁丽娜（1987.7-），女，汉族，贵州兴义人，硕士，贵州省铜仁市铜仁学院信息工程学院，讲师，研究方向：无线传感器网络与移动互联网。
关键词：e-Labsim；信号与系统；虚拟仿真平台
1 引言
《信号与系统》是通信与电子信息类专业续电路分析课程后的又一门重要的专业基础课，也是国内各院校相应专业的主干课程。课程目的是使学生牢固掌握信号与系统的基本原理和基本分析方法，掌握信号与系统的时域、变换域分析方法，理解各种变换（傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换）的基本内容、性质与应用。其中实验教学起着至关重要的作用，目前很多高校都只利用信号实验箱做一些简单的验证性实验或者利用Matlab进行仿真，这样较难让学生对DSP理解[1]。本文提出基于e-Labsim进行实验设计的思路，有效结合了硬件实验和软件仿真。
2 e-Labsim
e-Labsim仿真型实验平台是武汉凌特电子技术有限公司根据教学需要而研发的一种虚拟实验环境和平台，但与普通的“虚拟实验室”概念又有所不同，它独有“仿真引擎”技术，同时融合了当今流行的CSDA网络架构和软件架构，实现实验室的创新开放。
e-Labsim仿真型实验平台主要由六大部分构成：模块级仿真子系统、创新实践子系统、教学管理子系统、实验子系统、虚拟仪器子系统和Matlab接口调用子系统。此平台无论是对教师教学还是对学生做实验，都提供了很大的帮助。
3 基于e-Labsim实验步骤
基于e-Labsim进行信号与系统实验的具体流程为：首先根据实验要求设计出相应的电路，选取所需要模块；然后正确连接各模块之间的线，开启开关进行仿真，观察设计电路的效果，充分利用示波器对各观测点进行观测，根据具体问题做出改进，得到合适的元器件参数；最后，根据通过在示波器上观察实际波形与仿真波形的差异，仔细分析波形，调整元器件参数，直到得到合理的实验结果[2]。
4 实验设计与实现案例
以“抽样定理与信号恢复”实验设计为例来说明，该实验属于《信号与系统》基础实验，实验主要目的是验证抽样定理并恢复原信号。
4.1 实验原理[3]
抽样信号在fs≥2Bf的条件下可以恢复出原信号，其中fs为抽样频率，Bf为原信号占有频带宽度。由于抽样信号频谱是原信号频谱的周期性延拓，因此，只要通过一截止频率为fc（fm≤fc≤fs-fm，fm是原信号频谱中的最高频率）的低通滤波器就能恢复出原信号。
如果fs<2Bf，则抽样信号的频谱将出现混迭，此时将无法通过低通滤波器获得原信号。
在实际信号中，仅含有限频率成分的信号是极少的，大多信号的频率成分是无限的，并且实际低通滤波器在截止频率附近频率特性曲线不够陡峭（如图1所示），若使fs=2Bf，fc=fm=Bf，恢复出的信号难免有失真。为了减小失真，应将抽样频率fs取高（fs>2Bf），低通滤波器满足fm
本实验采用有源低通滤波器，如图3所示。若给定截止频率fc，并取Q=12 （为避免幅频特性出现峰值），R1=R2=R，则：
4.2 电路图仿真与设计
在e-Labsim平台中，选择实验仪器：1台双踪示波器、1块信号与系统模块S2、1块信号与系统模块S3，按图4方式连接好线，图4所示选用f=1KHz，幅度A=5V正弦波作为被抽样信号进行实验。确定连线正确后，开始进行仿真。
4.3 实验结果分析与比较
分别记录当fs=1KHz，fs=2KHz，fs=4KHz，fs=8KHz时，仿真与实际输出波形比较如图5-8所示。
从图5-8可以看出，fs至少为4KHz时，信号才能较好的恢复，fs为8KHz时，信号恢复效果最佳。通过做这实验，学生能更好地理解抽样定理与信号恢复。
5 结束语
该文主要介绍了基于e-Labsim的《信号与系统》课程的虚拟仿真平台，通过具体示例说明抽样定理与信号恢复的实现过程。e-Labsim平台在硬件连接时，学生只需根据自己设计的电路，选择相应模块，就可搭建电路，并且能够根据仿真的效果调整参数，极大地提高了学生验证实验与自主设计实验的能力[4]。
[参考文献]
[1]吉训生，潘国锋，于风芹.《信号与系统》虚拟教学仿真平台设计[J].教学设计.2013（38）：176-177.
[2]孙晖，路扬，刘俊延.基于myDAQ和Multisim的信号与系统实验设计[J].实验室研究与探索.2013，32（12）：13-15.
[3]陈后金，胡健，薛健.信号与系统，第2版[M].清华大学出版社.2013，3月（第14版）.
[4]沈文麗，余燕平，贾波.信号与系统实验中的MATLAB教学实例[J].实验室科学.2013，16（5）：98-100.
作者简介：袁丽娜（1987.7-），女，汉族，贵州兴义人，硕士，贵州省铜仁市铜仁学院信息工程学院，讲师，研究方向：无线传感器网络与移动互联网。