Simulink系统仿真课程设计(20210131180333)

1、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MATLAB仿真设计：(1) 自编程序实现动态卷积：动态演示序列fi=u(n)(0n11)和 f 2=e 0.1

2、n (0n 1 KP*s m* r #1b4 ! L v hHi了IKmiLvr 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 uH. pr o-ibX +mv d!J I* tuATii jwi Iflir la tio-a G. 力甘蛆曰右# ia obtolul嵋 I. 1 C C E-Uf口 IE Cuixr.l |pS-anplcd Qu-uiti ger Encode Gid.sk) O.ixe-1Quant izt w andQg si pal 伽 di3

3、til 百ipiaL(Z)1 z at 1 qu vftJtaa and. (.3 J 住n 五*tr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_aireliasBd raw vector. This block processes each *44*tar 41aft4Tt iftiapaAdSLllyFu：hfetrsQu xi Liz nt呻心 U Mi；32 】/84 LHEH H：削 心 和32打 込 H4 1吃 口Quan

4、 Li z at l on c odeli ook.T7 丽-bJp-5 -47f-3/3 -?/a -iTTn t/a 2/8 3/e V：Iftpnt sigtL vftctar licth.Sanple tint；UKI Csbcel血凶|图1-7参数设置.110 / 19图1-8参数设置图1-9量化波形图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、

5、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 13、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

6、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）I Fl 1 .liilIntege r to Bit*1-iaiio Bit奇D nvarlwr I 呼20 / 19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VLtcis: Faraaeters： Look-Up I&ble匿 I Block Far u eters : GainLwk-Up TablePtrforn 1*D linur inttrpolLtion of lLput vdu

7、tsif.tac 3 fi a*l t -thl -t Lir-apal, ii: i he parf nir 即斗七 *E*dU kTh*t IOid-ur l es.1 aremet rsIf lffUiit Willies：|0 1/12B t/64 i/32 1/U 1/8 1/41/2 tTsCtW LUtpLLlL0 1/0 2/Q 3/a 4/i3 5；e C/C VB 1=Shiw fldliti Qifll psrsmiterEGtinElenentffi Ee 召匸(* - K.買dr n ati iif ga ri & = K就皿 or y =eK)_PiJrafKitE

8、Gain*Mnltijlicat cn Elaiiejil-# se (Jt,相)Shew tddLtiDLal paxeflietersUKC&ncalKLpDECm:tl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： Qnaiitizeruantiztrliscretict inpit at given, interval.Qunbit讥iem LDtervilr15P Triftl ai gkin vihMi LiMirizicifDECtncdfelp图1-18量化器参数图1-19十进制转二进制参数分析：1由常数发生器模

9、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 PCMS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。2、在设置增益时，增益为127或128时输出的量化电平正确，二、MATLA仿真设计2.1、自编程序实现动态

10、卷积2.1.1编程分析1) 掌握离散卷积过程：序列倒置移位相乘求和；2) 自编程序实现两个序列的动态卷积。题目：动态演示序列=u(n)(0n11)和f 2=e 0.1n (0n16)的卷积和的过程 2.1.2自编matlab程序: clear; clc; %清除数据区，指令区n f仁 1:10;lf1=le ngth( nf1);%f1序列长度f仁on es(1,lf1);%f1序列n f2=1:15;lf2=length(nf2);%f2长度f2=exp(-0.1.*nf2); %f2 序列 f3=fliplr(f2); %f2 翻转 h=zeros(1,lf2+1),f2,zeros(1,

11、lf1-1);%f2 补零u=zeros(1,lf2+1),f1,zeros(1,lf2-1);%f1 补零n f3=-lf2:lf1+lf2-1;%求卷积for k=0:lf1+lf2%卷积的动态显示过程P=zeros(1,k),f3,zeros(1,lf1+lf2-k);% 序列补零并且进行循环移位y1=p.*u;%求乘积yk=sum(y1);%各点之和，即一个点卷积结果y(k+1)=yk;%将卷积结果存入y序列z=zeros(1,lf2-1),y,zeros(1,lf2+lf1-k); %y 序列进行补零后的卷积序列 %绘图subplot(5,1,1);stem( nf3,u,fille

12、d);title(u( n);ylabel(u( n);subplot(5,1,2);stem( nf3,h,filled);title(h( n);ylabel(h( n);subplot(5,1,3);stem(nf3,p,filled);title(翻转移位);ylabel(h(n-k);subplot(5,1,4);stem( nf3,y1,filled);title(乘积);ylabel(u( n)*h( n);subplot(5,1,5);stem(nf3,z,filled);title(卷积结果);ylabel(y(n);if k=0 disp(开始卷积),pause;EndIf

13、 k=1f1+1 disp/(暂停pause;Else pause(0.5)Endend2.1.3仿真图形图2-2卷积动态2.1.4仿真结果分析:1、卷积后的结果000.904841.72362.46443.13473.74124.294.78665.2365.64256.01045.43844.92093.64553.09672.60012.15081.74421.3763 1.0435 0/742260.46973 0.223132、u (n)的长度为10, h (n)的长度为15,卷积后的长度Ny=Nu+Nh-1=24.有图分析 知，y (n)的长度为24点，满足卷积定理。2.2用双线性

14、变换法设计IIR数字滤波器2.2.1双线性变换法的基本知识1)双线性变换法是将整个s平面映射到整个z平面，其映射关系为双线性变换法克服了脉冲响应不变法从 s平面到z平面的多值映射的缺点，消除了频谱混叠现象。但其在变换过程中产生了非线性的畸变，在设计IIR数字滤波器的过程中需要进行一定的预修正。2) 设计中有关双线性变换法的子函数。Bili near功能：双线性变换将s域(模拟域)映射到z域(数字域)的标准方法，将模拟滤波器 变换成离散等效滤波器。调用格式：numd, dend= bilinear(num, den, Fs);将模拟域传递函数变换为数字域传递函 数，Fs为取样频率。numd, d

15、end= bilinear(num, den, Fs, Fp);将模拟域传递函数变换为数字域传 递函数，Fs为取样频率，Fp为通带截止频率。zd, pd, kd= bilinear(z, p, k, Fs);将模拟域零极点增益系数变换到数字域, Fs为取样频率。zd, pd, kd= bilinear(z, p, k, Fs, Fp);将模拟域零极点增益系数变换到数字 域，Fs为取样频率，Fp为通带截止频率。Ad , Bd, Cd, Dd= bilinear(A, B, C, D, Fs);将模拟域状态变量系数变换到 数字域，Fs为取样频率。3) 用MATLAB双线性变换法进行IIR数字滤波器

16、设计的步骤：(1) 输入给定的数字滤波器设计指标；2(2) 根据公式-tan()进行预修正，将数字滤波器指标转换成模拟滤波器设计指T 2标；(3) 确定模拟滤波器的最小阶数和截止频率；(4) 计算模拟低通原型滤波器的系统传递函数；(5) 利用模拟域频率变换法，求解实际模拟滤波器的系统传递函数；(6) 用双线性变换法将模拟滤波器转换为数字滤波器。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，要求：wp = 0.2,Rp=1 dB;ws= 0.3,As=15 dB,滤波器采样频率Fs= 100 Hz。2.2.3自编matlab程序wp=0.2*pi; %滤波器的通带截止频率ws=0.3

17、*pi; % 滤波器的阻带截止频率 Rp=1;As=15; % 输入滤波器的通阻带衰减指标 ripple=10A(-Rp/20);Att n=10(As/20);Fs=100;T=1/Fs;Omgp=(2/T)*tan(wp/2); %原型通带频率预修正Omgs=(2/T)*tan(ws/2); %原型阻带频率预修正n,0mgc=buttord(Omgp,Omgs,Rp,As,s);% 计算阶数 n和3dB截止频率 z0,p0,k0=buttap(n); %归一化原型设计ba=k0*real(poly(z0); %求原型滤波器系数 baa=real(poly(p0); % 求原型滤波器系数 a

18、 ba1,aa1=lp2lp(ba,aa,Omgc);% 变换为模拟低通滤波器系数 b,a bd,ad=bilinear(ba1,aa1,Fs) % 用双线性变换法求数字滤波器系数 b,a sos,g=tf2sos(bd,ad); % 由直接型变换为级联型 H,w=freqz(bd,ad);dbH=20*log10(abs(H)+eps)/max(abs(H);% 化为分贝值 subplot(2,2,1),plot(w/pi,abs(H);ylabel(|H|);title(幅度响应);axis(0,1,0,1.1);set(gca,XTickMode,manual,XTick,0,0.25,

19、0.4,1); set(gca,YTickMode,manual,YTick,0,Attn,ripple,1);grid subplot(2,2,2),plot(w/pi,angle(H)/pi);ylabel(phi);title(相位响应 );axis(0,1,-1,1);set(gca,XTickMode,manual,XTick,0,0.25,0.4,1); set(gca,YTickMode,manual,YTick,-1,0,1);grid subplot(2,2,3),plot(w/pi,dbH);title(幅度响应 (dB);ylabel(dB);xlabel( 频率(pi)

20、;axis(0,1,-40,5); set(gca,XTickMode,manual,XTick,0,0.25,0.4,1); set(gca,YTickMode,manual,YTick,-50,-15,-1,0);grid subplot(2,2,4),zplane(bd,ad);2.2.4 仿真波形幅度响应(dB)1056o*护-1-0.500.51Rl Parteg225仿真结果分析Xx /1、滤波器阶数n=6, 3dB截止频率Omgc=76.623.分子系数 bd = 0.00070.00440.01110.01480.01110.00440.0007分母系数 ad 1.0000-3

21、.18364.6222-3.77951.8136-0.48000.0544二阶环节级联结构的分子分母系数矩阵sosSos=1 2.0004 11 -0.90437 0.215521 2.018 1.0184 1 -1.0106 0.358271 1.9816 0.98194 1 -1.2686 0.70513增益 g=0.000737822、由频率特性曲线可知，设计结果在通带截止频率处满足 标要求，系统的极点全部在单位圆内，是一个稳定的系统, 数字低通滤波器是的设计指FP1dB , As三 15dB 由 N=6可知，设计的巴特沃斯 个6阶的系统，原型H (s)在s=- %处有六个零点，映射到z

22、=-1处。3、由幅度相应图可看出，通带有富余量，这是由于用最小阻带频率指标计算的结果。4、计算过程:W=0.2 n R p=1dB Ws=0.3 n As=15dBOmgp=(2/T)*ta n(wp/2)=200ta n0.1 n =64.9839Omgs=(2/T)*ta n(ws/2)=200ta n0.15n =101.9051入 sp= Omgs/Omgp=1.568如 7d0as/10-1)/(10ap/10-1) =10.875N=lgksp/lg 入 sp=5.3056N取6Omgc=Omgs10.1as-1) -1/2N=76.62292 2 2G=1/(p +0.5176p

23、+1)(p +1.4142p+1)(p +1.9319p+1)-1 1P=S/Omgc s=2/T(1-Z)(1+Z )H(z)= (0.0007+ 0.0044+ 0.0111Z2+ 0.0148z -3+ 0.0111Z4+ 0.0044z-5 +0.0007z-6 )/(1.0000 -3.1836Z1 +4.6222Z-2 -3.7795z -3 +1.8136z-4 -0.4800N5 +0.0544z-6)本题所设计的滤波器是一个六阶滤波器，由于MATLAB精度有限，表现的sos有误差，把它们调整到精确值后，滤波器的级连型系统函数应该为H(z) =0.00073782( 1+z-1)-6 /(1-0.90437 10.215522)(1-1.0106 z-1+0.35827 z-2)(1 -1.2686 z-1+0.70513 z2)四、总结通过本次课程设计，我学会了用Simulink建模的方法和调试过程，验证了低通抽样 定理，实现PCM编码及13折线量化，通过MATLAB实现卷积过程的动态，实现用双 线性变换法设计IIR数字滤波器。学会了用s