计算机辅助设计与仿真实验报告.doc

实 验 报 告课程名称：计算机辅助设计与仿真实验题目： 计算机辅助设计与仿真 专业班级： 学生姓名： 学生学号： 实验时间： 指导教师： 实验一 MATLAB基本操作一、 实验目的1、熟悉MATLAB环境。2、掌握MATLAB矩阵输入、运算以及MATLAB的数值运算功能。3、掌握各种数据的创建访问，扩建，缩减。创建一个2*2元宝叔祖，扩充和缩减二、 实验内容及结果 1、利用help命令，查找plot、stem、clear、clc、who、whos和*、.*等的帮助文件。同时练习helpdesk命令。2、在命令窗口中运行demo命令，运行有关通信、信号处理的演示。3、输入X=1,2,3,Y=4,5,6，计算Z=X.*Y，Z=X.Y，Z=X.Y，Z=X.2，2 .X Y。以及输入D= 1,4,7;8,5,2;3,6,0，计算Z=D3,D.3，Z=3.D，掌握元素运算和矩阵运算的区别。解： X=1 2 3; Y=4 5 6; Z=X.*YZ = 4 10 18 Z=X.YZ = 4.0000 2.5000 2.0000 Z=X.YZ = 1 32 729 Z=X.2Z = 1 4 9 Z=2.X YZ = 2 4 8 16 32 64 D= 1,4,7;8,5,2;3,6,0D = 1 4 7 8 5 2 3 6 0 Z=D3Z = 627 636 510 804 957 516 486 612 441 Z=D.3Z = 1 64 343 512 125 8 27 216 0 Z=3.DZ = 3 81 2187 6561 243 9 27 729 1 4、输入X=-1 0 1，计算Y=X-1，l=length(X)，pi*X，X*Y，Y*X，验证矩阵的左乘与右乘不相等,此外，试举例比较size和length的区别。解： X=-1 0 1; Y=X-1Y = -2 -1 0 l=length(X)l = 3 pi*Xans = -3.1416 0 3.1416 X*Yans = 2 Y*Xans= 2 0 -2 1 0 -1 0 0 0 size(X)ans =1 35、 输入A=1,2,3;4,5,6,B=2,4,0;1,3,5,D=1,4,7;8,5,2,;3,6,0 ，计算DA,A/D，掌握矩阵的左除与右除的含义。解： A=1,2,3;4,5,6; B=2,4,0;1,3,5; D=1,4,7;8,5,2,;3,6,0; DAans= -0.0370 0 0.5185 1.0000 -0.1481 0 A/Dans= 0.4074 0.0741 0.0000 0.7407 0.4074 0.0000 6、（1）计算时值。 （2）解：（1） y1=23+(2-0.98)2/(2+1.25)3-5*(2+1/2)y1 = -4.4697 y2=43+(4-0.98)2/(4+1.25)3-5*(2+1/4)y2 = 52.8130(2) cos(pi/3)-sqrt(9-sqrt(2)ans = -2.25427、 请建立一个等比数列，然后由它产生一个对角阵，并储存这个矩阵。调出上面储存的矩阵，并由它产生一个列向量。解： A=1 2 4 8 16A = 1 2 4 8 16 B=diag(A)B = 1 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 8 0 0 0 0 0 16 B(:,3)ans = 0 0 4 0 08、 向量的产生，直接输入 利用linspace logspace 及t=m:s:n方式产生，并对所产生的向量进行加减乘除操作，区分向量操作与矩阵的区别。解：直接输入： A=1 2 3 4 5 6 7A = 1 2 3 4 5 6 7 B=linspace(2,9,7)B = 2.0000 3.1667 4.3333 5.5000 6.6667 7.8333 9.0000 C=logspace(1,2,7)C = 10.0000 14.6780 21.5443 31.6228 46.4159 68.1292 100.0000 B+Cans = 12.0000 17.8447 25.8777 37.1228 53.0826 75.9625 109.0000 B-Cans = -8.0000 -11.5113 -17.2110 -26.1228 -39.7492 -60.2959 -91.0000 B.*Cans = 20.0000 46.4803 93.3588 173.9253 309.4393 533.6788 900.0000 B.Cans = 5.0000 4.6352 4.9718 5.7496 6.9624 8.6973 11.11113、 总结（1）思考题1、 MATLAB中元素运算和矩阵运算的区别是什么？答：元素运算用：.+、.-、.*、./ ，即点加、点乘等等，是对元素的运算操作；矩阵用:+、-、*、/ ,可能会改变矩阵的维数。 2、矩阵的左除与右除的含义是什么？答：xA=B即：x=B/A , 右除 ；Ax=B即：x=AB ，左除 。（2）实验体会：对于这次实验，由于已经学过matlab这门课，所以觉得比较基础，没有什么困难，只不过要清楚元素运算和矩阵运算的区别。通过这次实验，我更加熟悉了matlab的环境。 实验二、M文件的编写及调试1、 实验目的1、熟悉MATLAB中M文件的编辑环境；2、掌握MATLAB中M文件的编写与调试；3、熟悉MATLAB中基本程序语句的使用；2、 实验内容及结果1、在命令窗口中输入edit命令，观察M文件编辑器的组成及各部分功能。2、在命令窗口中输入help function，观察function函数的功能，并编写排序函数对输入元素进行排序：格式：paixu(A,B)，其中A为一矩阵或向量，函数实现对A中元素进行排序，B为0表示升序，为1表示降序；当A为矩阵时实现对矩阵A的各行进行排序。（要求，循环结构分别利用for、while语句实现；升降序选择用switch语句实现）。解：M文件（for）：function a=paixu(A,B);c=length(A);switch B case 0 for i=1:c-1; for j=i+1:c; if (A(i)A(j) k=A(i); A(i)=A(j); A(j)=k; a=A; end end end case 1 for i=1:c-1; for j=i+1:c; if (A(i) A=2 5 1 6 9 3; paixu(A,0)ans = 1 2 3 5 6 9 paixu(A,1)ans = 9 6 5 3 2 1M文件（while）：function a=paixu(A,B)c=length(A);switch B case 0 i=1; while(iA(i+1) k=A(i); A(i)=A(i+1); A(i+1)=k; i=i+1; end a=A; end case 1 i=1; while(i=c-1) if (A(i) A=2 5 1 6 9 3; paixu(A,0)ans = 1 2 3 5 6 9 paixu(A,1)ans = 9 6 5 3 2 13、 根据2中观察所得的function帮助内容，在paixu函数中加入提示别人调用该函数的帮助内容。解：function a=paixu(A,B);c=length(A);switch B case 0 for i=1:c-1; for j=i+1:c; if (A(i)A(j) k=A(i); A(i)=A(j); A(j)=k; a=A; end end end case 1 for i=1:c-1; for j=i+1:c; if (A(i) xyz=43xyz = 43whos Name Size Bytes Class Attributes xyz 1x1 8 double global xyz=54xyz = 54 clear xyz whos whos global Name Size Bytes Class Attributes xyz 1x1 8 double global xyz=78xyz = 78 whos Name Size Bytes Class Attributes xyz 1x1 8 double global xyzWarning: The value of local variables may have been changed to match the globals. Future versions of MATLAB will require that you declare a variable to be global before you use that variable. xyzxyz = 545、 编写一个函数，输入参数个数为25，输出参数个数为13，利用函数nargin、nargout及nargchk完成判断输入参数个数功能，输入、输出参数个数不同，函数返回结果不同。当输入或者输出参数个数不在此范围内时，返回错误或警告提示。（error或warning）解：unction c = testarg(a,b)%TESTARG 检测输入输出参数个数% 该函数根据不同的输入输出参数个% 数进行相应的操作if (nargout = 1) disp(使用该函数必须指定一个输出参数!); returnendswitch nargin case 0 disp(使用该函数至少需要一个输入参数!); c = ; return case 1 c = a.2; case 2 c = a+b; end 6、编写M文件试用input函数的功能：解：function lqma=input(输入(1,5,10):); lqm输入(1,5,10):1 17、提示请输入分别实现输入数字和字符串解：function lqminput(请输入数字:n);input(请输入字符串：,s) lqm请输入数字:24678请输入字符串：longqianmeians =longqianmei8、请编写一个判断数据（整数）奇偶性的函数。两种方法（1、(用if-elseif-end语句判断奇偶数),2、用switch-case语句判断奇偶数）解：第一种方法：function y=f(x)if(mod(x,2) disp(奇数);else disp(偶数);end f(89)奇数 f(36)偶数第二种方法：function y=y(x)y=mod(x,2);switch y case 0 y=0; case 1 y=1;end y(36)ans = 0 y(57)ans = 13、 总结 1、MATLAB中M文件的编写与调试的过程是什么？答：在file-new-M_File里面编写M文件，看右边的调试框，当呈现红色时说明有语法错误等，直到是绿色为止，程序已然无任何语法错误，然后保存在matlab的根目录work里面。 2、MATLAB中基本程序语句的如何使用？答：调用M文件可直接调用文件名，注意文件名不能用自带的函数命名，否则就不能正常调用文件。因为一同会优先考虑那是系统函数，而不是文件名。 3、实验体会：此次实验，根据实验题目和老师的课件，基本上没什么问题，最大的问题是在编写M文件排序上，由于要用到C语言的知识，所以有很多不熟，不过在同学和老师的帮助下，最终还是成功了。 实验三、MATLAB绘图及信号产生1、 实验目的1、掌握MATLAB的二维、三维绘图方法；2、掌握MATLAB产生基本的信号。2、 实验内容及结果1、 绘制如下图所示的图形（使用plot ezplot meshgrid surf mesh）。解：（1） t=0:pi/25:2*pi;x=sin(t);y=cos(t);plot(x,y),grid on （2） t=0:pi/50:2*pi;y1=sin(t);y2=cos(t);plot(t,y1,r,t,y2,:b),title(正弦曲线和余弦曲线),xlabel(弧度值),ylabel(函数值),grid on（3） 其中f(x,y)= 3*(1-X).2.*exp(-(X.2)-(Y+1).2)-10*(X/5-X.3-Y.5).*exp(-X.2-Y.2)-1/3*exp(-(X+1).2-Y.2) X,Y=meshgrid(-4:0.125:4);Z=3*(1-X).2.*exp(-(X.2)-(Y+1).2)-10*(X/5-X.3-Y.5).*exp(-X.2-Y.2)-1/3*exp(-(X+1).2-Y.2); subplot(2,1,1);mesh(X,Y,Z);grid on subplot(2,1,2);surf(X,Y,Z);grid on shading interp 2、利用sin、cos、sawtooth、square分别生成一连续和离散时间周期信号，要充分利用其中每个函数的参数。解：n=0:pi/20:2*pi; y1=sin(n); subplot(2,1,1),plot(n,y1),grid on subplot(2,1,2),stem(n,y1),grid on y2=cos(n); subplot(2,1,1),plot(n,y2),grid on subplot(2,1,2),stem(n,y2),grid on t=0:pi/10:10*pi;y3=sawtooth(t,1);subplot(2,1,1),plot(y3),grid onsubplot(2,1,2),stem(y3),grid on t=0:0.001:15*pi;y=square(t,20);plot(t,y);axis(0 25 -1.5 1.5) n=-10:10; y=square(n,20); stem(y) 3、 分别生成离散时间的单位冲击信号和单位阶跃信号。解：冲击函数 n=1:10;N=5; seg=n-N=0; stem(n,seg) 阶跃函数 n=1:10;N=5; seg=n-N=0; stem(n,seg);grid on 4、编写程序产生如图1所示的信号向量，并绘制图形。解： t=-6:0.01:6;y=(2).*(t=-6&t=-4&t=-2&t=0&t=3&t plot(t,y);grid on 3、 总结 对于matlab绘图和信号产生实验，前面基本上没什么难度，最大的难度是最后一个分段函数，本以为还要编写M文件程序来绘图，结果老师讲解了更简单的方法，对于此次实验，我受益匪浅。 实验四、基本SIMULINK仿真系统设计1、 实验目的1、熟悉MATLAB中基本SIMULINK仿真环境；2、掌握SIMULINK进行系统仿真设计的基本步骤；3、了解SIMULINK中各模块库；4、掌握仿真系统参数设置及子系统封装技术；二、实验内容及结果1、在命令窗口中输入SIMULINK命令，观察其模块库的构成；2、了解专业模块库中的communication及DSP，熟悉其中的demo。 3、新建一个模型文件，搭建一个简单的simulink信源系统信宿仿真模型，并进行系统仿真。改变系统仿真环境参数，观察其变化。解： 改变参数后： 4、 在3步基础上，构建子系统，并设置封装参数，至少2个，以变量方式传递。解： 示波器： 示波器1： 封装： 子系统： 5、 完成一正弦稳态电路的SIMULINK模型仿真及M文件方式仿真实现，并比较两种方式各自的优缺点。解： M文件：w=1,2;Us=10,0;Is=0,5;Z1=1./(0.5*w*j);Z4=1*w*j;Z2=2,2;Z3=2,2;Uoc=(Z2./(Z1+Z2)-Z4./(Z3+Z4).*UsZeq=Z3.*Z4./(Z3+Z4)+Z1.*Z2./(Z1+Z2)U=Is.*Zeq+Uocdisp( w Um phi)disp(w,abs(U),angle(U)*180/pi) U=3.1623*cos(t-18.4349)+7.0711*cos(2*t-8.1301); ezplot(U,0,20) 3、 总结 1、SIMULINK的基本功能是什么？答：交互式、图形化建模环境；交互式仿真环境；专用模块库（blocksets） 2、SIMULINK进行系统仿真设计的基本步骤是什么？答：选择模块；模块连接；信号组合与分支；运行仿真。 3、如何封装一个子系统？答：点击要封装的部分后，再单击右键，点封装。 4、实验体会：这次实验是将我们的理论知识化为操作能力的开端，让我们更加的理解的理论知识，也提高了我们学习知识的兴趣。在实验操作中，有些问题，对于我来说，在simulink仿真时，寻找模块是我最大的问题，时常找很久都没有找到，不过现在知道怎么寻找了，以后我应该多多练习。 实验五、基于SIMULINK数字逻辑电路仿真1、 实验目的1、进一步熟悉MATLAB中基本SIMULINK仿真环境及子系统封装技术；2、掌握SIMULINK数字逻辑电路仿真系统的设计方法；3、熟悉基本触发器模块的使用；4、体会SIMULINK系统仿真与M文件系统仿真的差别；二、实验内容及结果 1、设计一8-3线二进制编码器仿真系统，观察其仿真结果；将其封装为一个子系统模块，并设置传递参数。解：参数设置：Pulse Generator模块：Pulse type选择sample based；Period设置为8；Pulse width设置为1；Phase delay：X0X7依次设置为07；Logical Operator模块：Operator选择为ORNumber of input ports设置为4Scope模块：设定坐标轴个数为8（输入）和3（输出），Tick label选择allScope:Scope1:封装：子系统： 2、设计一3-8线二进制译码器仿真系统，观察其仿真结果；将其封装为一个子系统模块，并设置传递参数。利用编码器和译码器子模块搭建系统，观察输入与输出是否相同。解：输入：输出：封装：子系统：3、 总结 1、SIMULINK数字逻辑电路仿真系统的设计方法是什么？ 答：先根据要求设计电路，再根据电路图选择合适的模块进行模块连接，最后进行仿真。 2、实验体会：这次实验主要是进一步熟悉MATLAB中基本SIMULINK仿真环境及子系统封装技术；掌握SIMULINK数字逻辑电路仿真系统的设计方法；熟悉基本触发器模块的使用；体会SIMULINK系统仿真与M文件系统仿真的差别。通过实验我已经十分熟悉了数字逻辑电路仿真的设计方法。 实验六、ProtelDXP中电路原理图设计1、 实验目的1、熟悉ProtelDXP中原理图设计环境；2、掌握基本的电路原理图设计方法；3、熟悉原理图元件库的添加过程；4、熟悉原理图元件库中的基本元器件符号；5、掌握层次原理图设计的基本方法。二、实验内容及结果 1、打开ProtelDXP软件，观察界面构成；创建一个工程，在工程中添加一个原理图文件，观察原理图文件编辑器的界面环境构成。解： 2、在Design下打开Browse Library窗口，观察分立元器件库元件符号及基本接插件库中元件符号；（举例：电感/电阻/电容，数字74系列，与非门等）3、对第二步中所绘制的电路原理图进行保存、编译、查错处理，直至完整无误后生成元器件报表。并自行保存以备下次实验调用。 4、对1步中所绘制的电路原理图以自下而上的方式实现。 3、 总结 1、 ProtelDXP中电路原理图设计基本步骤。答：（1）、原理图设计； （2）、生成网络表; （3）、印制电路板设计； （4）、生成印制电路板报表并打印印制电路板图 。 2、实验体会：本次实验主要是熟悉ProtelDXP的界面，为下次的实验做准备，对下一次实验的顺利进行起着至关重要的作用。 实验七、ProtelDXP中印制电路板设计1、 实验目的1、进一步熟悉ProtelDXP中绘制原理图的方法；2、熟悉PCB编辑器环境；3、掌握ProtelDXP中PCB的基本设计方法；4、熟悉PCB元件库的添加过程及基本库元件的封装形式；5、熟悉ProtelDXP中各类报表；2、 实验内容及结果1、 打开ProtelDXP创建一个工程，新建一个原理图文件，绘制实验六的原理图。绘制过程中注意观察所调用元件的封装形式。解：2、在工程中添加一个PCB文件，观察PCB文件编辑器的界面环境构成。3、在所创建的PCB 文件中依据1所绘制电路图，建立其对应的PCB。并对其进行布局、布线