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Simulink系统仿真课程设计

《信息系统仿真课程设计》课程设计报告题目信息系统课程设计仿真院(系): 信息科学与技术工程学院专业班级:通信工程1003学生姓名:学号:指导教师:吴莉朱忠敏2012年1 月14 日至2012年1 月25日华朴中科技大学武昌分校制信息系统仿真课程设计任务书20 年月日目录摘要 (5)一、Simulink 仿真设计 (6)1.1 低通抽样定理 (6)1.2 抽样量化编码 (9)二、MATLA仿真设计 (12)2.1 、自编程序实现动态卷积 (12)2.1.1 编程分析 (12)2.1.2 自编matlab 程序: (13)2.1.3 仿真图形 (13)2.1.4 仿真结果分析 (15)2.2 用双线性变换法设计IIR 数字滤波器 (15)2.2.1 双线性变换法的基本知识 (15)2.2.2 采用双线性变换法设计一个巴特沃斯数字低通滤波器 (16)2.2.3 自编matlab 程序 (16)2.2.4 仿真波形 (17)2.2.5 仿真结果分析 (17)三、总结 (19)四、参考文献 (19)五、课程设计成绩 (20)摘要Matlab 是一种广泛应用于工程设计及数值分析领域的高级仿真平台。

它功能强大、简单易学、编程效率高,目前已发展成为由MATLAB 语言、MATLAB 工作环境、MATLAB 图形处理系统、MATLAB 数学函数库和MATLAB 应用程序接口五大部分组成的集数值计算、图形处理、程序开发为一体的功能强大的系统。

本次课程设计主要包括MATLAB 和SIMULINKL 两个部分。

首先利用SIMULINKL 实现了连续信号的采样及重构,通过改变抽样频率来实现过采样、等采样、欠采样三种情况来验证低通抽样定理,绘出原始信号、采样信号、重构信号的时域波形图。

然后利用SIMULINKL 实现抽样量化编码,首先用一连续信号通过一个抽样量化编码器按照A 律13折线进量化行,观察其产生的量化误差,其次利用折线近似的PCM 编码器对一连续信号进行编码。

最后利用MATLAB 进行仿真设计,通过编程,在编程环境中对程序进行调试,实现动态卷积以及双线性变换法设计IIR 数字滤波器。

本次课程设计加深理解和巩固通信原理、数字信号处理课上所学的有关基本概念、基本理论和基本方法,并锻炼分析问题和解决问题的能力。

一、Simulink 仿真设计1.1低通抽样定理输入信号为频率为10Hz 的正弦波,观察对于同一输入信号在不同的抽样频率时, 恢复信号的不同波形形态。

⑴ 当抽样频率大于信号频率的两倍,(eg:30Hz )①建立模型;Sine- Wove \ mFPul*图1-1抽样仿真框图 孔openProd! uEtdn B |CHQI -HI :E r L mmi 二宀bl mkKk P±iid - Wavs U E « tbs om^sas-vd Elr-4 if n^aFici&l w^clanz » it::s»£ £. a-VtartZaJff in Alzsa-lL..!a 1 lu, ocEa_rrafuc^cr:S IM TTPfli : J Tl«e tasedil«H4l图1-3 参数设置filSUlAl llJl tlH尸 In T-i&re -: Mrrte*i er!i nn l-B*Sl| Bllcck PerdmetefK PtilwGehflfWUNI* 壬: K ET L VTizie-z-ased : s 二x ■■:zziren •二世日 f-nr use tl 豊 et le- 5t *图1-2 F=30HZ抽样及恢复波形⑵改变抽样频率为信号频率的两(eg:20Hz)图1-4 F=20HZ的抽样及恢复波形(3)改变抽样频率小于信号频率的两倍(eg:5Hz)图1-5 F=5HZ的抽样及恢复波形分析:1、由仿真图可知当抽样频率大于或等于被抽样信号频率的 2倍时,抽样输出通 过模拟低通滤波器能够恢复出被抽样信号;当抽样频率小于被抽样信号频率的2倍,模拟低通滤波器的输出波形的形状已失真,即不能恢复出原始信号。

2、验证抽样定理,即一个频带限制在 0~f 内的连续信号m(t),如果取样速率Fs 大 于或等于2f ,则可以由抽样值序列{m(nTs)}无失真地重建原始信号 m(t)。

即一个频带限m(t),如果以T 三*秒的间隔对它进行等间隔抽样, 则m(t)将被所得到的抽样值完全确定。

3、 采样信号通过模拟低通滤波器后,将其截止频率设置为 80HZ ,为了接近理想低 通滤波器,将其滤波阶数设置的高一点,信号通过低通滤波器后,除了被滤除阻带上的 高频分量外,幅度还会有衰减,因此还需通过一个增益放大器。

4、 低通巴特沃兹滤波器的阶次要选择适宜,阶次过高或过,输出的信号都有失真 另外,低截止频率不能过大,否则会使多余的谐波通过,也会导致复原的信号失真。

5、 当输入的连续信号仿真时长也会影响信号的波形,仿真是长越短越好,输出的 波形越好。

由于计算机处理的信号本质上不是模拟信号,为了更接近模拟信号,就将仿 真时长尽可能的减小,但不可能减少到零,减少到零后的波形也有一定程度上的失真。

1.2抽样量化编码1) 用一个正弦信号通过一个抽样量化编码器后按照号,从示波器(Scope )上可以观察到产生的量化误差。

正弦信号为幅度为1,频率为1Hz 的连续时间信号①建立模型;图1-6抽样量化编码仿真模块框制在(0,f H )内的时间连续信号 A 律13折线产生量化输出信Scopelscope.1图1-7参数设置图1-8参数设置 皿丁沪 HI ock Kara»et ers : iSupI e4 Unflnlucodip g 占 pu ・ 耳 VW* *l"r ■ lh* »■"• tyjii dUBrmi nB ^ th« ccnjutet 3 c*n.«J. tecIkTtk -QU ^ used The p ti ;~* 1 s i .血 tike tw> 1 KP*s M ~* >r #1B 4 ■<! Ihr^ylrVA f-'*K >■«! L v< ■ / CF J HMUMfi-ar * £vli-kl > h^Hi •了 IK MI L vr wf wl■ >Th ・・・ * 匚戶“左■■ ■嘗4. / C2*F i > IT* H *th« x, KYI p-la - *bniX ■ ■ i UH 1 jrp » if TLUTI ■ r i E U H. pr o-ibX +mv d !J ■ I* tuATii JWI ^ Iflir la ◎ tio^-a G.. 力甘蛆曰右# i A obtolul 嵋 < I. » « "1 C C E-Uf S-anplcd Qu-uiti ger Encode Gid.sk) O.IX ^E -1 Quant izt w andQg si pal 伽 ⑴ di<3 til 百ipiaL 」(Z) 1 z at 1 QU vftJtaa^ and. (.3 J 住n 五*t ・r 七 1 on b.1 ar-ary ?:anpl b line pcuut. Th 专 i 理qt cw. ts ci thtr % 二wJa# a nspl 专・、an 常 d vsctur^ or a. ±i _aire~liasBd raw vector. This block processes each *44*tar 41aft4Tt< iftiapaAd^SLllyFu :'«hfet«rsQu «xi Liz nt 呻心 U Mi ;■"32 ・】/84 ・LHEH H :削 心 和32打" 込 H4 1吃 口 Quan Li z at L on c odeli ook.[T7 丽-B J P ~-5^ -47F ~-3/3 -?/a -iTT n t/a 2/8 3/E V : Iftpnt sig^tL vftctar l«icth.Sanple tint ;UK I Csbcel 血凶|£1*51T«4 世鼻¥4口 IE ] Cuixr.l | p图1-10量化误差分析:1、正弦信号通过一个抽样量化编码器后按照 A 律13折线产生量化输出信号, 从示波器(scope )上可以观察到产生的量化误差,为了比较量化之前和之后的正弦信 号,正弦信号产生器和抽样量化编码器的第 2个输出端口的输出信号通过一个复用器连 接到示波器1 ( scope1) 2、 抽样量化编码器用于产生1A 律3折线,它把正弦信号产生器产生的正弦信号转换 成量化信号,并且计算这个过程中产生的量化噪声。

抽样量化编码的参数设置如下:quantization partition 设置为[-1/2 -1/4 -1/8 -1/16 -1/32 -1/64 -1/128 0 1/128 1/64 1/32 1/16 1/8 1/4 1/2 1] 3、 示波器运行结果,图中平滑曲线是表示抽样之前的正弦信号,折线表示通过抽样量 化编码之后的信号。

可以看到,抽样量化之后的信号与原来的连续信号之间存在一定的 量化误差,示波器1运行结果,从中可以看出抽样量化产生的量化误差。

1.3设计一个13折线近似的PCM 编码器,设计一个13折线近似的PCM 编码器使它能够对取值在[-1,1]内的归一化信号样值进行 编码。

(eg :当输入为843 ,输出编码应为11101010)图1-11 13折线PCM 编码器模型模型图1-9量化波形 ■I Fl 1 .liil— Intege r to Bit*1-<1 *■■CCiMTtJrtmixir 貳血A.bf衍#n iQijar>ia«iio Bit奇Dnvarlwr£> I 呼图1-12常数发生器模块参数 图1-13限幅器模块参数分析:1由常数发生器模块产生一个对 2048个量化台阶的归一化的电压,连续信号通 过限幅器将输入信号的幅度限制在 PCM 编码定义的范围[-1 ,1]内,将延迟的门限设置 为0,用来判断输入电平的极性,其输出作为 PCM S 码的极性码。

样值取绝对值后,通 过查表模块进行13折线压缩,由于以取绝对值,表格中的值只取13折线第一象限中的 九个分段VLtcis: Faraaeters : Look -Up I&ble匿 I Block Far u eters : GainLwk-Up TablePtrforn 1*D lin^ur inttrpolLtion of lLput vdutsif.tac 3 fi a*l t -thl «{-T Lir-apal, ^ii: i HEparf nir^ 即斗七 *E*dU kTh*t I'O^id-ur L es.1 aremet «rsI>f lffUiit Willies :|[0 1/12B t/64 i/32 1/U 1/8 1/41/2 t]TsCtW »£ LUtpLLlL[0 1/0 2/Q 3/a 4/i3 5;e C/C VB 1]--------------- =""Shiw fldliti Qifll psrsmiterEGtinElenent^ffi Ee 召匸(* - K .買dr n ati iif ga~ ri & = K 就皿 or y =eK)_PiJrafKit^E Gain*Shew tddLtiDLal paxeflietersUK C&ncal K^LpDE图1-14查表模块参数 图1-15增益参数图1-16延时器参数 图1-17绝对值参数Elork FaruetfrE : Qnaiitizer^uantiztrliscretict inpit at given, interval.Qu«nbit 讥iem LDterv^ilr15P Triftl ai gkin vihMi LiMirizicifDE Ctncd felp图1-18量化器参数图1-19十进制转二进制参数Mnltijlicat] cn [Elaiiejil-#] se (Jt,相)▼Cm:tl点的坐标,查表方法为内插法,以便能精确近似,然后用增益模块将样值放大128倍,用间距为1的Quantier进行四舍五入量化,最后将整数编码为7位二进制序列,作为PCM®码的低7位。

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