南邮软件课程设计MATLAB软件设计.docx

1、南邮软件课程设计MATLAB软件设计南京邮电大学通信学院软件课程设计实验报告模块名称：_MATLAB软件设计 专业班级：_通信工程_ 姓 名：_ _ 学 号：_ _09 实验日期：2012 年 6 月 1121日 实验报告日期： 2012 年 6 月 26 日索引目录一、要求练习的实验部分1 1、练习题11 2、练习题21 3、练习题32 4、练习题45 5、练习题56 6、练习题67 7、练习题78 8、练习题811 9、练习题913 10、练习题1014 11、练习题1117 12、练习题1220二、模拟数字电路仿真实验 21(一) 数字逻辑电路基础21(二) 组合逻辑电路仿真22(三)

2、时序逻辑电路仿真26三、数字信号处理仿真实验28（一）、利用Kaiser窗函数设计的FIR低通滤波器进行数字滤波28（二）、 DSB-SC信号的生成与解调35四、通信系统实验40模拟调制-DSB调制与解调40一、要求练习的实验部分1 在时间区间 0,10中，绘出曲线。程序：（zoushuCode1.m）t=0:0.1:10;y=1-exp(-0.5)*t).*cos(2*t);plot(t,y,r-);shg结果：(图图1.fig)2. 写出生成如图E2-1所示波形的MATLAB脚本M文件。图中虚线为正弦波，要求它的负半波被置零，且在处被削顶。程序：（zoushuCode2.m）t=linsp

3、ace(0,3*pi,500);y=sin(t);a=sin(pi/3);z=(y=0).*y;z=(y=a).*a+(ytol) - rank(A) 是多少 ？ （2） S(1,1) - norm(A) = 0 是多少 ?（3） sqrt(sum(diag(S*S) - norm(A,fro) 的结果是什么 ?（4） S(1,1)/S(3,3) - cond(A) 的结果是什么 ?（5） S(1,1)*S(2,2)*S(3,3) - det(A) tol 的运行结果是什么？（6） V(:,1)*null(A) 得到什么结果 ? （7） abs(A*null(A) tol) - rank(A)

4、，求 a)a=sum(diag(S)tol) - rank(A)disp(设 b=S(1,1) - norm(A)，求 b)b=S(1,1) - norm(A)disp(设 c=sqrt(sum(diag(S*S) - norm(A, fro )，求 c)c=sqrt(sum(diag(S*S) - norm(A,fro)disp(设 d=S(1,1)/S(3,3) - cond(A)，求 d)d=S(1,1)/S(3,3) - cond(A)disp(设 e=S(1,1)*S(2,2)*S(3,3) - det(A) tol ，求 e)e=S(1,1)*S(2,2)*S(3,3) - det

5、(A) tol disp(设 f=V(:,1) *null(A)，求 f)f=V(:,1)*null(A)disp(设 g=abs(A*null(A) tol，求 g)g=abs(A*null(A) tol) - rank(A)，求 aa = 0设 b=S(1,1) - norm(A)，求 bb = 0设 c=sqrt(sum(diag(S*S) - norm(A, fro )，求 cc = 3.5527e-015设 d=S(1,1)/S(3,3) - cond(A)，求 dd = -8设 e=S(1,1)*S(2,2)*S(3,3) - det(A) tol ，求 ee = 1设 f=V(:

6、,1) *null(A)，求 ff = 0设 g=abs(A*null(A) tol) - rank(A) 的结果是0；（2）S(1,1) - norm(A) = 0 的结果是0；（3）sqrt(sum(diag(S*S) - norm(A,fro) 的结果是3.5527e-015；（4）S(1,1)/S(3,3) - cond(A) 的结果是-8；（5）S(1,1)*S(2,2)*S(3,3) - det(A) tol 的运行结果是1；（6）V(:,1)*null(A)的结果是0；（7）abs(A*null(A) tol的结果是1 1 1 ；（8）U(:,1:2)=orth(A)的运行结果是

7、1 1 1 1 1 14. 求积分，。程序：（zoushuCode4.m）t=0:pi/100:2*pi;f=abs(sin(cos(t);F=cumsum(f)*pi/100;plot(t,F);xlabel(x轴);ylabel(y轴);title(描绘y=abs(sin(cos(t)在(0,x)间积分曲线x(0,2)grid on;结果：（图图4.fig）5. 求方程的解。程序：（zoushuCode5.m）clear;clc;disp(计算方程组 x2+y2=1 x*y=2 的根 x y)x,y = solve(x2+y2 = 1,x*y = 2)结果：（结果5.txt）计算方程组 x

8、2+y2=1 x*y=2 的根 x y x = -1/2*(1/2*5(1/2)+1/2*i*3(1/2)3+1/4*5(1/2)+1/4*i*3(1/2) -1/2*(1/2*5(1/2)-1/2*i*3(1/2)3+1/4*5(1/2)-1/4*i*3(1/2) -1/2*(-1/2*5(1/2)+1/2*i*3(1/2)3-1/4*5(1/2)+1/4*i*3(1/2) -1/2*(-1/2*5(1/2)-1/2*i*3(1/2)3-1/4*5(1/2)-1/4*i*3(1/2) y = 1/2*5(1/2)+1/2*i*3(1/2) 1/2*5(1/2)-1/2*i*3(1/2) -1

9、/2*5(1/2)+1/2*i*3(1/2) -1/2*5(1/2)-1/2*i*3(1/2)6. 在某激励条件下，二阶系统归一化响应可表示为，其中为阻尼系数，。请用不同的颜色或线型，在同一张图上，绘制取值下系统在区间内的响应曲线，并要求用和对它们相应的两条曲线进行醒目的文字标志。程序：（zoushuCode6.m）b=0.2:0.2:2.0;t=0:0.1:18;color=r,g.,bo,cx,m+,y*,kv,r-,g:,b-.;for i=1:10 p(i)=sqrt(1-b(i).*b(i); q(i)=atan(sqrt(1-b(i).*b(i)./b(i); y=1-1./p(i

10、).*exp(-b(i).*t).*sin(p(i).*t+q(i); if i=1 plot(t,y,color(i) text(t(30),y(30), leftarrow =0.2,FontSize,18) hold on else if i=10 plot(t,y,color(i) text(t(50),y(50), leftarrow =2.0,FontSize,18) hold on else plot(t,y,color(i) hold on end endend结果：（图图6.fig）7. 构建一个简单的全波整流模型，并用示波器分两路同时观察原信号和整流后的信号波形。要求：信源

11、模块被重新命名为“输入正弦波”；信宿模块被重新命名为“示波器”；连接到信宿的信号线上分别标注“原信号”和“整流信号”；在模型窗中添加注释文本。(1)、原理图：（zoushuSimulink7.mdl）各模块参量设置： 示波器ParametersNumber of axes: 2其他默认其余模块默认选项结果（图图7.jpg)(2)、原理图：（zoushuSimulink72.mdl）各模块参数设定GainGain: -1其他默认 其余模块默认选项结果（图图7.2.jpg）8. 利用 SIMULINK及其标准模块设计一个低通滤波器，从受噪声干扰的多频率混合信号中获取10Hz的信号。在此，而原理图（

12、zoushuSimulink8.mdl）各模块参量设置：Sine WaveFrequency (rad/sec): 10其他默认Sine Wave1Frequency (rad/sec): 100Phase (rad): pi/2其他默认Random NumberVariance: 0.2Sample time: 100其他默认SumList of signs: |+其他默认Analog Filter DesignPassband edge frequency (rad/s): 10其他默认其余模块默认选项结果：（图图8.jpg）9. 已知系统的状态方程为：，其中，请构建该系统的仿真模型，并用

13、XY Graph模块观察相轨迹。原理图：（zoushusimulink9.mdl）参数配置;SumList of signs: |-+其他默认 integratorInitial condition:0.2integrator1 Initial condition:0.2结果：（图图9.jpg）10. CD74HC00仿真（数字电路）实现方法：这里就是四个与非门的实现，利用Logical Operator模块做出四个与非门，还要再和Vcc和Gnd相与，再输出。然后用Subsystem封装成子系统即可；原理图：（zoushuSimulink10.mdl）(1)、封装前的原理图（2）、分装后的测试

14、原理图（zoushuSimulink10.mdl）结果：（图图10.jpg）分析：前两路分别为产生“1100”和“0101”的脉冲发生器的波形，后四路波形则分别为四个与非门的输出；可以看到，四路输出信号与输入信号均符合与非逻辑的关系，符合7400的真值表，设计正确！112FSK信号的生成与接收滤波要求：1) 产生二进制0，1随机信号波，信号波特率为1000B2) 对此信号进行2FSK调制，f1=1500Hz, f2=3050Hz3) 加入高斯白噪声4) 在接收端进行带通滤波5) 抽样速率为20KHz.6) 观察滤波前后信号的波形和频谱。实现方法：利用Bernoulli Binary Gener

15、ator模块产生随机信号；利用Sine Wave模块产生f1=1500Hz, f2=3050Hz 的载波，结合Switch模块进行2FSK调制；利用AWGN Channel模块构建高斯白噪声信道，其参数设置为：信噪比：10dB，输入信号功率：1W；利用Digital Filter Design设计带通滤波器，分别为1500Hz和3050Hz滤波然后利用相干解调，在将两个载波相加，用符号函数判决出原信号。原理图：（zoushuSimulink11.mdl、zoushuSimulink11b.mdl）参数设计： Sine Wave: Frequency:1500 Hz 其他：默认 Sine Wav

16、e 1: Frequency:3050 Hz 其他：默认 Bernoulli Binary Generator Sample time:1/1000 其他：默认 Switch: Threshoid:1/2 其他：默认 AWGN Channel SNR:10 db Power:1W 其他：默认 Digital Filter Design Bandpass; Fs:20kHz Fstop1:0.8KHz Fpass1:1.2KHz: Fstop2:2KHz Fpass:2.2.5KHz: 其他：默认 Digital Filter Design 1 Bandpass; Fs:20kHz Fstop1

17、:2.5KHz Fpass2:2.8KHz: Fstop2:3.5KHz Fpass2:4KHz: 其他：默认调制的原理图：（zoushuSimulink11.mdl）调制加解调的原理图：（zoushuSimulink11b.mdl）结果：（图图11.jpg、图图11b.jpg）频谱图：图图11.jpg调制、解调的波形图：图图11b.jpg结果分析：原信号经过2FSK调制，经过噪声信道，再进行滤波、相干解调，最后又恢复出原信号，结果符合题目要求，系统设计正确！滤波器等相关设备的参数也设置恰当！实验成功！12. 创建一个简单的离散多速率系统：单位阶跃信号经过具有不同速率的采样后分别用作两个离散传

18、递函数的输入。这两个离散传递函数有相同的有理分式，但采样时间和时间偏置二元对分别设为1 , 0.1和0.7 , 0。要求：观察这两个离散传递函数的输出有什么不同；用不同的颜色标帜不同采样速率系统。（通信系统）原理图：（zoushuSimulink.mdl）结果（图图12.jpg）二、模拟数字电路仿真实验(四) 数字逻辑电路基础熟悉常用逻辑单元的特性，学会运用基本逻辑单元（与、或、非、异或、R-S触发器、D触发器、J-K触发器等），修改参数、增减输入/输出端。(五) 组合逻辑电路仿真1、 设计二/四线译码器实现方法：利用Logic Operator模块实现非门和与非门；利用Pulse Gener

19、ator模块产生0101和0011序列码，用来检验设计出的子系统。 原理图：（zoushuSimu20021.mdl）封装前原理图：结果及分析（图图20021.jpg、图图20021-2.jpg） 分析：当!EN端置0时，此时，随着第二、三两路信号输入的不同，作为输出端的Y0,Y1,Y2,Y3依次输出低电平，符合真值表要求，证明设计的子系统工作正常。分析：当!EN端置1时，子系统没有被使能。此时，作为输出端的Y0,Y1,Y2,Y3没有随着输入A0，A1作出相应变化，而是一直输出高电平，证明设计的子系统工作正常。设计正确！2、 设计四选一数据选择器能仿真测试，并设计成子系统元件 实现方法：利用的

20、模块同上；地址信号用Pulse Generator产生；D0到D3也由Pulse Generator模块产生，为了区分各路信号，将其信号周期依次设置为0.0625s, 0.125s, 0.25s和0.5秒。原理图（zoushuSimu20022.mdl）结果及分析：（图图20022）前两路分别为输入信号，组合产生00，01，10，11的地址信号；第四到第七这四路信号为D0到D1，它们的频率各不相同；最后一路为输出信号；可以看出，随着输入的地址信号的变化，输入一次输出该地址信号对应的信号。子系统设计成功！(六) 时序逻辑电路仿真1、 设计四位二进制计数器（带置位和清零）实现方法： 利用JK触发器

21、和逻辑门构成之。利用比较系数的方法可得电路的驱动方程为检验电路将P, T, LD, CR置为1，然后观察示波器输出。原理图：（zoushuSimu20031.mdl）封装前的原理图：封装后：结果：（图图20031.jpg）从图中可以看出，脉冲在上升沿有效，计数器按00001111方式进行计数。当P、T、L（置数）、CR（清零）有一个为低电平时的输出为全零。P、T为0时，计数器不能工作；L为0置数，D3D0全零，输出也全零。CR为零时清零，所以输出也全零。三、数字信号处理仿真实验（一）、利用Kaiser窗函数设计的FIR低通滤波器进行数字滤波利用Kaiser窗函数，设计具有如下指标的FIR低通滤

22、波器：fs=20KHz, fpass=4kHz, fstop= 5KHz, Apass=0.1dB, Astop=80dB。归一化低通滤波器的主要性能指标有：绝对指标：0, wp为滤波器的通带，p为可容许的通带波动；ws,为滤波器的阻带，s为阻带波动。相对指标：Ap为用dB表示的通带波动；As为用dB表示的阻带波动相对指标与绝对指标的关系为：Ap=-20lg(1-p)/(1+p)As=-20lg(s)设计基本思路：首先选择一个符合要求的理想滤波器（这里是理想低通滤波器）；由于理想滤波器的冲击响应是非因果的且无限长，为了能用FIR滤波器实现，必须用适当的窗函数来截取，从而得到线性相位和因果的FI

23、R滤波器。而滤波器的特性与窗函数的长度（也就决定了FIR滤波器的长度）密切相关。 一个截止频率为wc的理想低通滤波器的单位冲击响应为：h(n)=sinwc(n-a)/(n-a)a为采样延迟，对应的频谱特性为：H(w)=exp(-jaw), 当|w|wc时。用一个窗函数w(n)去截取后，得到： hd(n)=h(n).w(n)窗函数满足在0，M内关于a对称，在其他区域为0。在频域，FIR滤波器的频率响应由理想滤波器的频响和窗函数的频响卷积得到。对给定的阻带衰减，Kaiser窗提供了最大的主瓣宽度，从而提供最陡的过渡带。窗函数的表达式为：w(n)=I0square(1-(1-2n/M)2)其中I0为

24、零阶Bessel函数。Kaiser窗的优点在于它可以通过改变参数和M来改变阻带衰减和过渡带宽。在MATLAB的SimLink中，有相关的模块供调用。题目：1 生成2KHz和8KHz的混合信号，使该信号通过上述滤波器，观察滤波前后的波形变化和频谱分布情况。（基本要求）实现方法：首先用两个Sine Wave模块分别产生2kHz和8kHz的正弦信号，之后用add模块将二者混合。用Digital Filter Design设计低通滤波器，具体设置如图所示：原理图：（zoushuSimu30011.mdl）Digital filter Design配置：结果（图图30011a.jpg、图图30011b.jpg）图为滤波之后和之前的信号频谱，可以观察到，滤波之后，处于通带之外的8kHz的正弦分量消