牛曉偉，陳立萬，陳強，謝輝

摘要：針對鎖相環(huán)與頻率合成技術(shù)課程理論性強、數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程復(fù)雜、模型多、學(xué)科知識交叉、應(yīng)用廣泛等特點，提出將MATLAB代碼仿真、圖形化界面和PLL原理相結(jié)合，并給出具體應(yīng)用實例的實驗教改方法。實踐表明，教學(xué)實踐取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：鎖相環(huán)；鎖相技術(shù)；頻率合成

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）37-0048-02

一、鎖相環(huán)課程現(xiàn)狀分析

鎖相技術(shù)課程是我國高校信息與電子工程學(xué)科一門工程性和綜合性都很強的專業(yè)基礎(chǔ)課。對學(xué)生的要求比其他課程高得多，用傳統(tǒng)的教學(xué)方法學(xué)生課上只是被動地聽教師講課，課下沒能認(rèn)真的理解概念和過程，對鎖相環(huán)的理解不夠深刻，實驗環(huán)節(jié)給出通用單片集成鎖相芯片給予管腳配置和說明，連接相關(guān)硬件電路，按講義配置相關(guān)參數(shù)，得到鎖相環(huán)的一般通用性結(jié)論，使得學(xué)習(xí)積極性仍得不到最大程度的調(diào)動，對鎖相環(huán)捕獲、同步、鎖定、失鎖、同步帶、快捕獲帶等相關(guān)概念沒有一個很好的全面深刻的認(rèn)識，往往達(dá)不到很好的效果，同仁對鎖相技術(shù)這門課做了很多教學(xué)上的改革。如聶翔等人通過針對鎖相技術(shù)課程采用雙語教學(xué)的方法，對如何在高等工程教育中融入雙語授課、提高雙語教學(xué)效果進(jìn)行了有益探討。孫嬌燕在將計算機引入鎖相技術(shù)課程的教學(xué)中，用計算機來模擬鎖相環(huán)路的捕捉過程和對其進(jìn)行穩(wěn)定性分析。浙江工商大學(xué)信息與電子工程學(xué)院采用更加生動形象的PPT課件、Matlab應(yīng)用軟件、虛實結(jié)合的實驗?zāi)Ｊ降榷喾N輔助教學(xué)手段來改革傳統(tǒng)的教學(xué)思路，這些方法在一定程度上提高了學(xué)生的積極性，豐富了教師上課的方式和教學(xué)互動的內(nèi)容，提高了效率。但存在著以下幾個方面的問題：①鎖相課程理論性強，數(shù)學(xué)公式及圖形表示多，看懂公式是第一步，配合圖形了解環(huán)路實際運行狀態(tài)才是最重要的。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，除了看懂公式以及了解圖形大概所呈現(xiàn)的意思外，對兩者之間的聯(lián)系很難有更深的理解和認(rèn)識，在理解和掌握過程中產(chǎn)生了與知識的脫節(jié)。②鎖相課程中涉及到其他學(xué)科的內(nèi)容比較多，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中由于基礎(chǔ)知識不扎實，很多知識容易混淆，甚至根本理解不清楚。而鎖相應(yīng)用實驗又必須涉及相關(guān)知識，缺乏一種以具體應(yīng)用實例為參考的教學(xué)模式。如：調(diào)制跟蹤、載波跟蹤、同步解調(diào)、信號的跟蹤、濾除噪音、2FSK信號的調(diào)制解調(diào)。③學(xué)生對鎖相過程及應(yīng)用不能獨立的編程實現(xiàn)相關(guān)功能，說明對鎖相捕獲、鎖定、跟蹤、頻率牽引過程沒有真正的想清楚，并落實到每一步，想不清楚就寫不出算法步驟，自然就似懂非懂。

二、引入MATLAB，將公式轉(zhuǎn)化為形象的圖形過程

將Matlab引入至鎖相技術(shù)的理論及實踐教學(xué)中，從一開始就樹立處處仿真的獨立意識。在教學(xué)過程中，采用Matlab工具作為輔助教學(xué)手段，要求學(xué)生自己動手運用Matlab軟件強大的圖形功能將理論公式轉(zhuǎn)化為更形象的圖形表述。通過這個過程，學(xué)生可以更好地理解公式所要表達(dá)的意思以及從圖形中可以進(jìn)一步加快和加深對公式的理解和認(rèn)識，將死記硬背公式的方式轉(zhuǎn)化為以理解公式和圖形為主的方法。減少學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的困難，使學(xué)習(xí)內(nèi)容更形象具體，便于理解。使學(xué)生對鎖相技術(shù)的基本概念、性質(zhì)、方法等有更加透徹的理解，提高鎖相技術(shù)課程的教學(xué)質(zhì)量。

三、應(yīng)用仿真例證分析

要求仿真正弦波的跟蹤過程，僅加入高斯白噪聲，原正弦波為exp（j*w0t），恢復(fù)出的NCO波形為exp（-j*w0t），兩者相互補償使鑒相器的輸出趨于0，穩(wěn)定后鑒相輸出為0，環(huán)路濾波器的輸出為輸入信號的初相。

部分代碼如下：

clear all；

theta=60*pi/180；

f=70e3；fs=8.5e3；

k=1：1：1000；delf=0；

cpx=exp（j*（2*pi*k*（f+delf）/fs+theta））+0.2*（rand（1，length（k））+j*rand（1，length（k）））；

for n=2：length（cpx）

nco（n）=conj（exp（j*（2*pi*n*f0/fs+phi_hat（n-1））））；

phd_output（n）=imag（cpx（n）*nco（n））；

phd_output（n）=asin（imag（cpx（n）*nco（n）））；

phd_output（n）=atan（imag（cpx（n）*nco（n））/real（cpx（n）*nco（n）））；

index_stop=1000；

subplot（411），plot（1：index_stop，phd_output（1：index_stop）），ylabel（'Ph.Det.'）；title（'鑒相輸出'）；

subplot（412），plot（1：index_stop，C（1：index_stop）/kp），ylabel（'Est. Phs.'）；title（'積分輸出輸出'）；

subplot（413），plot（1：index_stop，e（1：index_stop）*180/pi），ylabel（'Est.Phs.'）；title（'環(huán)路濾波輸出'）；

subplot（414），plot（1：index_stop，phi_hat（1：index_stop）*180/pi），ylabel（'Est.Phs.'）；title（'相位輸出'）；

subplot（3，1，1），plot（1：index_stop，phd_output（1：index_stop）），ylabel（'Ph. Det.'）；

subplot（3，1，2），plot（1：index_stop，real（nco（1：index_stop）），1：index_stop，real（cpx（1：index_stop））），

ylabel（'RE-PLL'）；subplot（3，1，3），plot（1：index_stop，phd_output（1：index_stop），'-v'，1：index_stop，

50*C（1：index_stop），'-+'），ylabel（'Ph. Det.'）；title（'鑒相輸出'）；

四、實驗教學(xué)效果分析

通過在鎖相實驗課上應(yīng)用MATLAB實例教學(xué)分析，學(xué)生一致認(rèn)為此種教學(xué)方式比傳統(tǒng)的基于單片集成芯片的硬件教學(xué)模式要生動形象。而且由于是計算機仿真教學(xué)，加深了對鎖相基本概念和MATLAB圖形化命令的操作模式，而且也鍛煉了學(xué)生的編程能力，以具體實例來引導(dǎo)學(xué)生加深對鎖相環(huán)鑒相器、環(huán)路濾波器及壓控振蕩器各部件功能的理解，便于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)鎖相環(huán)這門課程的積極性，將死記硬背公式和概念轉(zhuǎn)化為具體形象的實際應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]張厥盛，鄭繼禹，萬心平.鎖相技術(shù)[M].西安電子科技大學(xué)出版社，2010：13-18.

[2]孫嬌燕.將計算機引人“鎖相技術(shù)”課程教學(xué)的嘗試[J].交通高教研究，1993，（3）：55-59.endprint