Systemview软件仿真实验

Systemview软件仿真实验

Systemview是美国ELANIX公司于1995年开始推出的软件工具，它为用户提供了一个完整的动态系统设计、仿真与分析的可视化软件环境，能进行模拟、数字、数模混合系统、线性和非线性系统的分析设计，可对线性系统进行拉氏变换和Z变换分析。

SystemView基本属于一个系统级工具平台，可进行包括数字信号处理（DSP）系统、模拟与数字通信系统、信号处理系统和控制系统的仿真分析，并配置了大量图符块（Token）库，用户很容易构造出所需要的仿真系统，只要调出有关图符块并设置好参数，完成图符块间的连线后运行仿真操作，最终以时域波形、眼图、功率谱、星座图和各类曲线形式给出系统的仿真分析结果。

Systemview动态系统仿真软件是为方便大家轻松的利用计算机作为工具，以实现设计和仿真工作。它特别适合于无线电话（GSM,CDMA,FDMA,TDMA)和无绳电话，寻呼，机和调制解调器与卫星通信（GPS,DBS,LEOS)设计。能够仿真(

c,4x c等）DSP结

3x

构，进行各种时域和频域分析和谱分析。对射频/模拟电路（混合器，放大器，RLC电路和运放电路）进行理论分析和失真分析。它有大量可选择的库允许你可以有选择的增加通讯，逻辑，DSP和RF/模拟功能。它可以使用熟悉的windows约定和工具与图符一起快速方便地分析复杂的动态系统。下面大家可以清楚地了解systemview系统如何方便地辅助您的工作。让我们首先来看一下它的各种窗口：

—systemview系统窗

systemview系统设计窗口如下:

图表1系统窗

1 第一行《菜单栏》有几个下拉式菜单，通过这些菜单可以访问重要的systemvie功能包括File, Edit, Preference, View, Notepads, Connections,Complier, System, Tokens, Help.用鼠标选中每个菜单都会下拉显示若干选项。假如我们需要打开一个文件，则只需要用鼠标点中open.....既可，系统会显示对话框提示输入文件名或选择文件名。

2 第二行《工具栏》是由图标按扭组成的动作条:

图标1 清屏幕图标2 消元件

图标3 断线图标4连线

图标5 复制图标6 注释

图标7中止图标8运行

图标9 时间窗图标10分析窗

图标11 打开子系统图标12 创建子系统

图标13 跟轨迹图标14波特图

图标15 画面重画图标16 图标翻转

在systemview系统中各动作的操作顺序为：

1）用鼠表单击动作按扭

2）单击要执行动作的图符

3 左侧竖栏为《元件库》，将在后面作详细介绍。

当需要对系统中各测试点或某一图符块输出进行观察时，通常应放置一个信宿（Sink）图符块，一般将其设置为“Analysis”属性。Analysis 块相当于示波器或频谱仪等仪器的作用，它是最常使用的分析型图符块之一。

在SystemView系统窗中完成系统创建输入操作（包括调出图符块、设置参数、连线等）后，首先应对输入系统的仿真运行参数进行设置，因为计算机只能采用数值计算方式，起始点和终止点究竟为何值？究竟需要计算多少个离散样值？这些信息必须告知计算机。假如被分析的信号是时间的函数，则从起始时间到终止时间的样值数目就与系统的采样率或者采样时间间隔有关。实际上，各类系统或电路仿真工具几乎都有这一关键的操作步骤，SystemView也不例外。如果这类参数设置不合理，仿真运行后的结果往往不能令人满意，甚至根

本得不到预期的结果。有时，在创建仿真系统前就需要设置系统定时参数。

二Systemview 系统分析

分析窗是观察用户数据的基本载体，在系统设计窗口中单击分析按扭（图标是示波器）既可访问分析窗口。在分析窗口有多种选项可以增强显示的灵活性和用途。分析窗显示如下：

图表2 分析窗

1 第一行《菜单拦》，包括File,Edit,Preferences,Windows,Help。

2 第二行《工具栏》包括：

图标1 绘制新图图标2 画面打印图标3 恢复

图标4 点绘图标5 连点图标6 星座图

图标7 窗口垂直排列图标8窗口水平排列图标9窗口层叠

图标10 x轴对数化图标11 y轴对数化图标12 窗口最小化

图标13窗口最大化图标14 动态模拟图标15 统计

图标16 返回系统窗

通过这些图标我们可以从各个角度观察仿真结果，从各个方面了解系统性能，这在后面我们会清楚地感觉到。

3 在分析窗的底部有一个非常有用的接收计算器图标：

单击这一按扭，会出现如下选择对话框

图表3 接收计算器

通过这个窗口我们可以对信号实施各种变换,观察信号频谱，眼图，散射图等。

（1）频谱显示（FFT）

分析窗的一个重要特点是具有获得用户数据各种频谱图的能力。只用选择频谱显示方式或把“接收计算器”选择成“FFT”，则谱分析操作就会在活动的图形窗中执行。

在接收计算器中使用FFT操作一般注意：

FFT是在2的整数次幂个点上完成操作的。如果用户数据个数不是2的幂次则系统自动补零，使数据达到2的幂次。用户可通过在系统窗口中使用FFT设置“Set For FFT”按扭控制数据长度，当对补过零的数据实行FFT反变换时,时间函数中会出现所补充的数据。.

( 2 ) 散射图

散射特性允许用户绘出两个相关的,参数对应的时间函数,如相反的时间方向轴图形。这种效果可通过以下简单的例子说明。

1）生成一个单位幅度正选弦和一个单位幅度余弦信号。

2）进入分析窗口并显示这两个波形。

3）在“Sink C alculator”中，选择“Style”和“Scatter Plot”。选择一个为X,一个为Y。

4）单击“OK”。新显示窗中会显示出一个圆（方程是半径为1的单位圆）

( 3 ) 切片（Slice Time)

这个特性能创建一个单一信号的重叠（叠加）图形。在分析数字通信系统扰动时常用这个特性产生所谓的“眼图”。当在“sink calculator ” 选择了这个特性后，绘图时使用的当前的时间参数就是省缺值。“Slice Time ” 省缺值是系统的总时间。设有如下参数：

Start Time =0 sec

Stop Time =100 sec

Slice Time =100sec

则系统的输出就从起始时间t=0到终止时间t=100秒时正常的波形图。选择“Slice” 后，图形将按如下方式叠加在一起：

图形1（Plot1)0<=t<=2

图形2 （Plot )2<=t<=4

图形4 （Plot 3)4<=t<=6…….

一共50个图。如果输出是具有每比特T秒的经滤波的数字波形，则选择Slice Time =Tsec, 这会产生比特图叠加，生成眼图模式。

( 4 ) 转换

在分析窗口的右下方有一个滚动棒。使用这个滚动棒可以对图形实行水平和垂直方向的滚动。对x轴和y轴坐标可以实行分别控制。

提示：按下“Ctrl ”键并拖拽鼠标可对图形中用户所关心的区域进行定义。Systemview会自动放大区域内的图形。

提示：按下鼠标左键并拖拽鼠标就可以观察到放大后图形的其它区域。

三《元件库》

元件库位于系统窗左侧竖栏的位置，其图符显示如下：

图表4 元件库

图标0：《信源库》图标1：《加法器》图标2：《输入/输出库》图标3：《操作库》图标4：《函数库》图标5：《乘法器》

图标6：《信宿库》

四创建系统

1 创建信号源，信源库显示如下：

图表5 信源库

信源库提供给用户系统要输入的信号源，上图显示的是各种可选择的信号。例如：创建一个正弦信号源步骤如下：

（1）双击“信源图符”，进入信源库菜单。

( 2 ) 在源库菜单内单击“sinsoid”图标，选中该元件。

（3）再单击“Parameter”（参数）按扭，进入参数选择菜单。

( 4 ) 在参数设置窗内，按照不同的要求，输入参数。

如在上图中输入正弦波幅度为1，频率为10，然后再按“OK”即可返回源库菜单。

（5）在源库菜单内，单击“OK”返回系统窗。完成设置。

2 操作库（算子库），如下图所示：

图表6 算子库

操作库是本软件中最核心的部分，它其中的功能非常强大，它把很多复杂的功能集成为一个小框图，其中的每一个算子都把输入的数据作为运算自变量，以实现对用户数据的操作。各个算子名称依次为：

1 延迟2模余数计算3保持4数据开关5逻辑异或 6 FFT 7抽样器8采样器

9逻辑与10逻辑与非11增益12平均

13 线性系统14逻辑或15逻辑非16序列统计滤波17采样延迟18数字变换19比较

例如创建线性系统步骤如下：

（1）双击“操作库”图标，进入操作库菜单。

（2）在操作库菜内单内单击“线性系统”图标，选中该元件。

（3）再单击“Parameter”按扭，进入参数设置菜单。

（4）在参数设置菜单内，按不同的要求设置参数后，单击“OK”键返回操作库菜单。

（5）在操作库菜单内，单击“OK”键返回系统窗。

算子库中的线性系统图符（Linear System)是SystemView中具有多种用途而且功能很强的图符之一。只要把它简单地放置在用户系统中，就能实现任何显学线性系统的传递函数。但是，这个图符的定义要使用一个具有大范围选项的定义窗口和滤波器，其中包括若干有限冲激响应（FIR）和无限冲激响应（IIR）滤波器。此外，用户还可以自定义在Z 域内有任意个零极点的复杂线性系统。线性系统设计窗口如下

图表7 线性系统设计窗口

可以用如下几种方法定义线性系统图符：

*人工输入Z域系数{a k,b k}。

用户可以输入传递函数的分子分母来定义一个线性系统，首先在确定系数个数的文字框内分别输入分子和分母的系数个数，然后在系数框内输入用户系统的多相式系数。输入结束后，传递函数的单位冲激响应的时域或频域波形就会出现在图形框内，输入的系数可以文件的形式保存，方法是在线性系统设计窗口文件菜单中选择保存文件命令“Save Coefficient File”。

*从外部文件读入Z域系数{a k,b k}。

通过读入外部文件，也可以达到输入系统系数的目的。数据文件必须满足如下要求：

1、数据必须是文本格式或32bit二进制格式。

2、分子系数在前分母系数在后，且输入系数前必须有个数说明

3、每个数据占一行，数据之间不能有空行。

*FIR滤波器设计。

通过选择菜单条上的FIR可以进入FIR滤波器设计窗口，它包含两种滤波器。第一组包含六种滤波器：

低通滤波器（LOW PASS）

带通滤波器（BAND PASS）

高通滤波器（HIGH PASS）

希而伯特变换（HILBERT TRANSFORMS）

差分器（DIFFERNTIAUOR）

带阻滤波器（BAND REJECT）

当选择了其中任何一个滤波器后，都会出现一个响应的设计窗口，用户可以输入滤波器的通带宽度、过度带以及截止频带等滤波器参数。此外，还能对响应形式的滤波器设置通带内的纹波系数。

对滤波器而言，所有频率都应是采样频率的分数。例如，系统的采样速率为1MHZ，所设计的FIR低通滤波器的截频率为50KHZ，则滤波器的设计窗口输入的截止频率为0.05（50KHZ/1MHZ）

如果在滤波器前面接连的是抽样器或采样器图标，则这些图符的频率也必须是滤波器采样频率的分数。

用户能用单击抽头数估计按扭“Tap Estimate”观察实现滤波器所须要的抽头数。一旦系数计算结束，滤波器的系数和响应曲线会显示在屏幕上，系统在显示命令省缺时显示时域波形。用户还可以选择增益、相位、或群延时波形，用户可以通过改变波形显示区下方的最大、最小和采样速率的数值调整波形图的标尺。

作为一个例子，让我们设计一个FIR低通滤波器。在FIR菜单上选择低通滤波器后，屏幕上将出现如图所示的低通滤波器设计窗口。在这个窗口的右边是一组用来确定滤波器抽头、通带内纹波系数以及最大迭代次数的文字框，其中的数字用于计算FIR抽头系数的算法中。

在窗口中，有用于选定滤波器通带内增益、通带转折频率、过度带宽以及滤波器截止带内增益等参数的文字框。输入的数据如图。

注意，“No. FIR Taps”文字框内的数字最大可以是1024。不过，最好的处理方法是按一下“Tap Estimate”按扭，实现滤波器所需要的抽头数会自动出现在文字框内

当设计参数输入结束后，单击OK进行系数计算。在进行系数计算时，会有一个过程条出现以指示系数计算的状态。计算结束后，滤波器的时域单位响应曲线会出现在图形显示区内。单击增益选项，可以看到如图所示的波形图：

第二组FIR滤波器全部示基于标准单位冲激响应和公共窗函数结合的低通滤波器设计。在系统窗口可生成五种类型的窗口FIR滤波器：

Hanning Hamming Bartlett Blackman Elanix

设计工作从选择窗函数开始，窗函数选择好后会出现设计窗口，设计窗口中显示出滤波器的形状。与前面的FIR滤波器设计相同，窗口中有数据输入区，数据输入结束后，按一下“Tap Estimate”按扭估计出所需要的抽头数。

从库中选择某个IIR滤波器。

通过选择菜单上的IIR可以设计四种无限冲激响应滤波器：巴特沃斯（Butterworth）

贝塞尔(Bessel)

切比契夫(Chebechev)

线性相位(Linear Phase)

这些滤波器可以示低通高通或带通。当在下拉式菜单中选择其中的一种型的滤波器后，屏幕上会出现一个响应的设计窗口：

所选滤波器的一般形状由滤波器的类型所决定。需要输入的是滤波器的阶数（即极点数）、3dB带宽以及相应的纹波系数。

作为例子，我们设计一个切比契夫IIR低通滤波器。确定系统采样频率为1M或者，在IIR的下拉式菜单中选择“Lbrary”。要确定滤波器，单击“Chebechev”、“Low Pass”，输入极点数“9”

输入带内纹波系数（0.1dB）和截止频率20KHZ。

所有上述数据输入结束后，单击OK，所设计滤波器的单位冲激相应波形好就会出现在图形区：

把用户系统设置在拉普拉斯（Laplace）

如果已经有了拉普拉斯变换式，Systenview会提供在一个单一图符内实现连续线性系统的能力，在拉氏域设置完参数后，系统会自动计算Z域的各项系数。

另外，在Systemview系统中，可以很方便地观察到各系统地跟轨迹和波特图，只须按一下跟轨迹或波特图按扭即可。

五系统定时

用鼠标单击定时图符按扭，就能打开如图所示的系统定时窗口。

图表8 系统定时窗口

系统定时在仿真过程中控制仿真速度和精确度，我们应根据仿真的实际需要来定义时间窗的各项参数。

1 起始时间和终止时间

起始和终止时间控制运行时间的范围。SystemView对系统仿真运行时间基本上没有限制，只是要求停止时间值要大于起始时间值。

2 采样率/采样间隔

这两个数值在系统仿真过程中控制着时间步长。请记住，SystemView是一个离散时间系统。用户可以设定采样率或采样时间间隔。必须注意，在SystemView中，采样率=1/采样间隔，这说明二者不是互相独立的系数，改变其中一个数值后系统会自动修改另一个。

3 采样点数（No.Samples）

这个输入参数用于指定系统仿真过程中总的采样点个数采样点数的基本计算关系是：

采样点数=（终止时间—起始时间)*采样率+1

下面是两个终止时间为1秒，频率为2，采样率不同的正弦波形：

图表9 采100HZ 采样率15HZ 从图中我们可以看出采样率越大，仿真波形越精确，但是这样延长了系统仿真的时间，因为Systemview系统本身是一个离散时间系统，如果采样率太大，则仿真波形不能显示到终止时间，如果采样率太小，仿真波形会严重失真，所以我们必须适当地选择采样率，通常是根据实际仿真精度需要和所仿真信号频率设置采样率，以得到比较理想的仿真结果。

4频率分辨率

这个参数是指系统对用户数据进行Fourier变换时，根据时间序列所得到的频率分辨率。

频率分辨率=采样率/采样点数

5 更新数值

用户更改了某一个时间参数后，只需按下“Udate”，系统就自动对其它参数进行修改。

6 系统循环次数

这是一个十分有用的功能，目的是提供用户系统自动重复运行的能力

循环复位功能（Reset System On Loop）将控制用户每一次运行后系统的操作。如此功能被关闭，则用户系统每次运行的参数都将被保存起来；若此功能被击活，则每一个运行循环结束后，所有图符的参数都复位。

六补充说明

Systemview动态系统分析软件是一个功能强大，有多种用途的工具件，使用Systemview，只要使用眼睛、鼠标器，当然，更重要还有大脑，就可以实现复杂系统的设想、设计和测试而不必学习计算机程序编制。

本文上述的软件介绍还只是它的最基本的功能（学习版），下面的系统仿真也只是应用学习版来设计的。Systemview的功能远不尽如此，在32位专业版中，线性系统和计算器的功能热闹感更加强大，系统速度加快，且图标个数一般不会受到限制。除此之外，专业版还增加了通信库、DSP库、射频/模拟库、逻辑库、专业版基本模块、用户代码扩充模块以及APG自动程序生成模块等。应用专业版可以完成更复杂系统的设计、测试及仿真等。