Simulink系统仿真课程设计Word格式.doc
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华中科技大学武昌分校制
信息系统仿真课程设计任务书
一、设计（调查报告/论文）题目
MATLAB仿真设计：
（1）自编程序实现动态卷积；
（2）用双线性变换法设计IIR数字滤波器。
Simulink仿真设计：
（1）低通抽样定理的实现；
（2）抽样量化编码器的设计。
二、设计（调查报告/论文）主要内容
（1）自编程序实现动态卷积：
动态演示序列f1=u（n）（0<
n<
11）和f2=（0<
16）的卷积和的过程。
（2）用双线性变换法设计IIR数字滤波器：
采用双线性变换法设计一个巴特沃斯数字低通滤波器，要求：
wp＝0.2，Rp＝1dB；
ws＝0.3，As＝15dB，滤波器采样频率Fs＝100Hz。
自编程序实现上述滤波器的设计，满足各个参数要求。
（1）低通抽样定理的实现：
建立Simulink动态仿真模型，设置模块参数与系统仿真参数，进行系统仿真。
对仿真结果进行调试、分析，得出结论。
（2）抽样量化编码器的设计：
设计一个PCM编码器，当输入一个电平，通过该编码器得到相应的编码输出。
三、原始资料
电子课件，仿真参考例子。
四、要求的设计（调查/论文）成果
对于MATLAB仿真设计部分：
（1）自编卷积程序要出现动态卷积的过程，并且结果正确；
（2）双线性变换法设计的IIR滤波器应满足参数要求，设计结果合理、正确。
对于Simulink仿真设计部分：
（1）建立Simulink仿真模型完成低通抽样定理的实现；
（2）建立Simulink仿真模型仿真完成PCM编码器的设计，调试。
当输入一
个电平，应得出正确的编码输出。
五、进程安排
讲述MATLAB语言及Simulink仿真技术。
（2.5天）
布置课设任务。
（0.5天）
Simulink仿真设计。
MATLAB仿真设计。
验收课程设计结果。
（1天）
撰写课程设计报告。
六、主要参考资料
[1]李贺冰等.Simulink通信仿真教程.北京：
国防工业出版社，2006.
[2]刘舒帆等.数字信号处理实验（MATLAB版）.西安：
西安电子科技大学出版社，2008.
[3]党宏社.信号与系统实验（MATLAB版）.西安：
西安电子科技大学出版社，2007.
[4]郭文彬等.通信原理——基于Matlab的计算机仿真.北京：
北京邮电大学出版社，2006.
指导教师（签名）：
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、MATLAB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。
（1）当抽样频率大于信号频率的两倍，（eg:
30Hz）
①建立模型；
图1-1抽样仿真框图
图1-3参数设置
图1-2F=30HZ抽样及恢复波形
（2）改变抽样频率为信号频率的两（eg:
20Hz）
图1-4F=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1-5F=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）。
即一个频带限制在（0，）内的时间连续信号，如果以T≤秒的间隔对它进行等间隔抽样，则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。
正弦信号为幅度为1，频率为1Hz的连续时间信号。
图1-6抽样量化编码仿真模块框
图1-7参数设置
图1-8参数设置
图1-9量化波形图1-10量化误差
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：
quantizationpartition设置为[-1/2-1/4-1/8-1/16-1/32-1/64-1/12801/1281/641/321/161/81/41/21]
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1-1113折线PCM编码器模型模型
图1-12常数发生器模块参数图1-13限幅器模块参数
图1-14查表模块参数图1-15增益参数
图1-16延时器
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