信号处理仿真与应用课程试做实验报告

1、信号处理仿真与应用课程试做实验报告实验名称实验四、正弦稳态电路仿真SMULINK实现姓名李攀（2012021270）教师姓名王丽娟实验地点B301实验日期2015.6.02dcaR2IsR3L4C1+Usb一、 实验内容仿真正弦稳态电路电路，要求熟悉SIMULINK常用模块，搭建仿真模型，并绘制出波形。如左图所示电路已知C=0.5F，R2=R3=2，L4=1H，Us=10cost，Is(t)=5cos2t，求b，d两点间的电压。二、实验目的1、熟悉SIMULINK常用模块；2、建立含受控源的电路模型并进行仿真。三、涉及实验的相关情况介绍（包含使用软件或实验设备等情况）计算机一台(安装MATLA

2、B6.5版本或以上版本)四、实验试做记录（含程序、数据记录及分析）VC Voltage Source模块：位于SimPowerSystems节点下的Electrical Sources模块库内，代表一个理想交流电压源AC Current Source 模块：位于SimPowerSystems节点下的Electrical Sources模块库内，代表一个理想交流电压源。Voltage Measurement 模块：位于SimPowerSystems节点下的Measurements模块库内，用于测量所在支路的电压值。Scope 模块：位于Simulink节点下的Sink模块库内，用于显示输出图形，

3、功能相当于一个示波器。Series RLC Branch模块：基本电路为了观察运行仿真后的输出结果，还应将模型编辑窗口菜单栏中“Simulation/ Simulation Parameters项”的“Solver选项卡”中所含的“Start time参数”设置为0，“Stop time 参数”设置为20，这样可以使得仿真时间从0s到20s其运行结果如下图所示:五、实验总结Simulink仿真直观,选择模型部件设置相应参数非常重要。在本实验中，需要双击“Scope”模块图标，在弹出的“示波器”显示图框中单击parameters图标，将打开的对话框“Data history”页中的“Limit

4、data points to last”选中，将其参数改为50000。这是为了“示波器”保存足够的显示数据。应注意的是该参数值的设置越大所占用的内存越大，会影响到仿真的速度，所以选择参数时应适当，够用即可。设置示波器的步长使看到的曲线更加光滑。信号处理仿真与应用课程试做实验报告实验名称实验五（1）、组合逻辑电路仿真姓名李攀（2012021270）教师姓名王丽娟实验地点5309实验日期2015.06.09一、实验内容利用SIMULINK模块进行一个3位二进制编码器的仿真。组合逻辑电路是相对于时序逻辑电路而言的，组合逻辑电路在结构上由各种逻辑门构成，它不包含记忆功能器件，其一般结构框图左图所示：组

5、合逻辑电路X1X2X3X4F1F2F3F4组合逻辑电路的特点是，在任何给定时刻的输出值仅与该时刻电路的输入值有关，而与过去的输入状态无关。目前，常用的组合电路有半加器、全加器、比较器、编码器、译码器、数据选择器、数据分配器、奇偶校验器等。二、实验目的1、熟悉SIMULINK仿真模型的建立、运行、仿真环境；2、应用SIMULINK实现编码器的仿真。三、涉及实验的相关情况介绍（包含使用软件或实验设备等情况）计算机一台(安装MATLAB6.5版本或以上版本)四、实验试做记录（含程序、数据记录及分析）3位二进制编码器，8/3线二进制编码器，其输入端有8个，输出端有3个。真值表如下图所示： 100000

6、0000001000000100001000000100001000011000001000001000001001010000001001100000001111根据真值表可以直接写出逻辑表达式：模型搭建首先建立一个名为sy03.mdl的文件，根据以上分析结果，可知需要选用以下模块：*Pulse Generator（脉冲序列发生器）模块：位于Simulink节点下的Source库中，用于产生所需的原始脉冲脉冲序列。复制8个Pulse Generator模块进入sy03.mdl文件中，将它们分别命名为。分别双击各个模块，对其参数进行调整。*Logical Operator（逻辑操作）模块：位于

7、Simulink节点下的Math Operations模块库中，用于实现逻辑表达式的运算。注意对Logical Operator模块参数进行调整。* Scope（示波器）模块：编码器部分译码器部分位于Simulink节点下的Sinks模块库中，注意本例用示波器。设置示波器参数后单击Scope模块，可以看到Z2,Z1,Z0的输出波形(如左图所示)。编码器结果译码器结果五、实验总结通过Simulink,可以仿真出组合逻辑中数字电路的编码器.同样, 应该注意Logical Operator模块和Pulse Generator模块等数字电路仿真常用模块的参数调整方法，以及它们如何相互搭配使用。信号处理

8、仿真与应用课程试做实验报告实验名称实验五（2）、时序逻辑电路仿真姓名李攀（2012021270）教师姓名王丽娟实验地点B301实验日期2015.06.09一、实验内容寄存器用于存储一组二进制代码，它被广泛应用于各类数字系统和数字计算机中。一个基本RS触发器可以用于寄存1位二进码信息，而将n个基本RS触发器连接在一起，就可以构成一个n位二进制并行寄存器。所谓并行寄存器就是能够同时存储几个数据源的寄存器。我们在Simulink中利用RS触发器（即S-R Flip-Flop模块）搭建并行寄存器。并行寄存器由两大部分组成，触发器和控制电路。触发器选用两个S-R Flip-Flop模块，而控制电路主要由

9、门电路构成。仿真时序逻辑电路。二、实验目的1、继续熟悉SIMULINK仿真模型的建立、运行、仿真环境；2、应用SIMULINK实现时序逻辑电路的仿真。三、涉及实验的相关情况介绍（包含使用软件或实验设备等情况）计算机一台(安装MATLAB6.5版本或以上版本)四、实验试做记录（含程序、数据记录及分析）拷贝2个S-R Flip-Flop模块到所建的文件中，以此搭建并行寄存器模型的触发器。分别将这2个S-R Flip-Flop模块的参数Initial condition（state of Q）均设置为0。对RS触发器模块的分析，当S、R端同时等于1时，S-R Flip-Flop模块处于无效的状态，因

10、此必须利用控制电路对S、R端的输入信号进行进行控制，以防止无效状态的出现。此外，在输入电路中还必须添加时钟电路控制，以使寄存器发挥作用。NORNOR接输入信号Clock接S端接R端图 并行寄存器控制电路分析该电路：当Clock信号输入为1时，输入端的输入信号并不起作用，此时连接S端和连接R端的输出都是0，因此S-R Flip-Flop保持前一时刻的状态；当Clock信号输入为0时，连接S端和连接R端的输出信号都取决于输入端的输入信号；而对于禁止状态，即对S-R Flip-Flop模块的R、S端均输出是1，是不可能由该控制电路产生的。根据以上分析，以下控制电路完全能满足搭建并行寄存器对控制电路功

11、能的需要，由此搭建二位并行寄存器Simulink模型图(如上图所示)。根据以上电路图建立二位并行寄存器SIMULINK电路模型，注意其参数设置，输入信号源为Pulse Generator模块，它们的参数设置如表所示：模块名称Pulse typeAmplitudePeriodPulse widthPhase delaySample timeD0Sample based13101D1Sample based13100.25其目的只是为了产生2个不同的输入信号，从而对2位并行寄存器不同寄存位进行比较，Clock模块是时钟序列产生模块，在此将其Period参数设置为2，以此产生一个周期为2s的时钟信号

12、。此外还需要将Scope模块的Number of axes参数设置为5，以显示时钟（Clock）信号、D0、D1、Q0（S-R模块Q端输出）、Q1(S-R模块Q端输出)的波形。保存该模型后运行，双击Scope模块，可以看到二位并行寄存器的波形。时钟在高电平时，触发器输出维持在时钟下跳前的值，对于D0、D1输入的变化没有任何反应；而当时钟信号为低电平时，输入信号全部送到了输出端。其输入与输出的时序图如下图所示：五、实验总结通过Simulink,可以仿真出时序逻辑中并行寄存器. 对比两个输入信号D0、D1和2个输出信号Q0、Q1可以看出，2个触发器完全独立工作，互不影响，这是并行寄存器的特点。如果

13、需要设计更多位的并行寄存器，只要添加相应格式的触发器及配套控制电路即可。信号处理仿真与应用课程试做实验报告实验名称实验六、系统稳定性分析4学时姓名李攀（2012021270）教师姓名王丽娟实验地点B301实验日期2015.06.9一、实验内容对于已知的系统框图（其中包括参数K），要求分别采用程序编程的方式和搭建Simulink模型方式，分别讨论参数K的取值范围对系统稳定性的影响。其中进行程序仿真时，需根据框图计算出整个系统的传递函数，然后再进行编程仿真。二、实验目的1、继续熟悉SIMULINK仿真模型的建立、运行、仿真环境；2、应用交互式滤波器设计工具FDATool设计IIR、FIR滤波器。三

14、、涉及实验的相关情况介绍（包含使用软件或实验设备等情况）计算机一台(安装MATLAB6.5版本或以上版本)4、 实验试做记录（含程序、数据记录及分析）部分参考程序：clearclcclose all%系统的传递函数 G(s)%系统描述num=0.0003*3 16 41 28;den=1 14 110 528 149 2117 112;%求系统的零极点sys=tf(num,den);% p,z=pzmap(sys);z,p,k=tf2zp(num,den);%num=b,den=aHw=pz2Hw(0,2,0.0001,p,z);f=0:0.0001:2;figure(1)plot(f,Hw)

15、;title('连续系统幅频响应曲线')xlabel('频率f');ylabel('H(jw)'); % figure(2)% zplane(num,den);%检验零点的实部；求取零点实部大于零的个数ii=find(real(z)>0);n1=length(ii);%检验极点的实部；求取极点实部大于零的个数jj=find(real(p)>0); %对于Z平面，需判断极点是否在单位圆内jj=find(abs(p)>0)n2=length(jj);if(n2>0) disp('the system is unstab

16、le');else disp('the system is stable');end%判断系统是否为最小相位系统if(n1>0) disp('the system is not a minimal phase');else disp('the system is a minimal phase');end figure(2)pzmap(p,z); hold ontitle('非稳定系统的零极点图')% 绘制单位圆x=-1:0.001:1;y1=(1-x.2).0.5;y2=-(1-x.2).0.5;plot(x,y1

17、,x,y2);axis(-9 9 -8 8)hold off 五、实验总结通过交互式界面的滤波器设计工具FDATool进行滤波器设计时，其设计直观、简单，同时能生成不同的输出形式，有利于进行信号的仿真处理，是进行数字信号处理的一个得力的好工具。信号处理仿真与应用课程试做实验报告实验名称实验七、IIR、FIR滤波器的设计姓名李攀（2012021270）教师姓名王丽娟实验地点5309实验日期2015.06.16一、实验内容数字滤波器的设计是数字信号处理技术的一个核心问题，除了众多的滤波器设计函数之外，Signal Processing Toolbox还提供一个带交互式界面的滤波器设计工具FDATo

18、ol。用户可以通过对话框的方式给出滤波器设计要求，然后使用FDATool对滤波器进行直接设计。对于设计完成的滤波器，在FDATool中可以对其进行分析，绘制幅频曲线、相位响应、零极点图等，并且将设计结果保存到工作空间中，同时，也可将其保存为mat文件、文本文件，或者直接生成C语言的头文件等。实验内容：利用模拟滤波器原型设计IIR滤波器，即设计一模拟低通Butterworth滤波器，要求：通带截止频率： fp =5000Hz 带内最大衰减：Rp =3dB阻带截止频率： fs =10000Hz 带内最小衰减：Rs =60dB二、实验目的1、继续熟悉SIMULINK仿真模型的建立、运行、仿真环境；2

19、、应用交互式滤波器设计工具FDATool设计IIR、FIR滤波器。三、涉及实验的相关情况介绍（包含使用软件或实验设备等情况）计算机一台(安装MATLAB6.5版本或以上版本)四、实验试做记录（含程序、数据记录及分析）1、启动方式，有如下两种：1）在“Command Window”窗口中键入命令：fdatool2）单击FDATool功能选择按钮，将打开FDATool的滤波器设计分析界面（即启动后的默认界面）。其设计界面如下图所示。2、在滤波器设计参数指定区域中，将滤波器（Filter Type）设置为低通（Lowdpass）；设计方法（Design Method）设置为IIR类中的Butterw

20、orth滤波器；滤波器阶数设置为最小阶（Minimum Order），这样FDATool会根据用户指定的具体指标设计一个具有最小阶的低通Butterworth滤波器。3、指定所需设计的滤波器的截止频率（Frequency Specification）。首先，需要给出频率单位（Units），可以是模拟频率（包括Hz、kHz、MHz、GHz几种单位），采用这种方式给出频率指标需要给出采样频率（Fs）；也可以采用归一化频率的方式来给出滤波器要求的频率指标（这里采用第一种方式）。4、最后，需要指定滤波器允许的通带和阻带波动，允许的波动值仍然以常用的dB的方式给出（Units）；5、在完成以上设置后，将

21、在FDATool界面上的“Filter Specifications”区域以图形的方式清楚的显示出用户所要求的滤波器的理想频响的性状，每个设计指标也在图中进行了清楚的标注。6、单击“Design Filter”按钮，MATLAB将自动按照设定的指标要求进行滤波器设计。设计完成后，原来界面上的“Filter Specifications”区域变成了一个名为“Magnitude Response”区域，其中绘出了设计出的滤波器的幅频响应曲线。7、分析该Butterworth滤波器，包括幅频响应、相频响应、群延迟、冲激响应、阶跃响应、零极点图、滤波器传递函数的系数。如果用户需要了解滤波器响应图形中每

22、一个点的情况，可以直接单击该点，系统会弹出一个小方框显示该点信息。在图形的任意位置单击鼠标右键，用户还可以改变分析参数设置（Analysis Parameters）或者采样频率设置（Sampling Frequency）。8、将设计好的Butterworth滤波器实现数字滤波器的实现1）转换滤波器的实现结构在实现滤波器之前，需要先考虑滤波器的实现结构。执行主菜单“Edit”/“Convert Structure”命令可以对滤波器实现结构进行转换，从而用户可以在弹出的窗口中选择滤波器实现结构转换到何种方式。2）导出滤波器设计参数 执行主菜单“File”/“Export”命令，就可以将设计好的滤波

23、器参数导出。3）将设计好的滤波器实现为一个Smulink模块 如果用户已经安装了DSP Blockset，FDATool功能选择按钮中将出现一个功能选择按钮，单击该按钮后，FDATool界面下半方的滤波器设计参数指定区域将变为滤波器实现的参数指定区域，对各项参数进行设置后，即可以将设计好的滤波器实现为一个Simulink模块。五、实验总结通过交互式界面的滤波器设计工具FDATool进行滤波器设计时，其设计直观、简单，同时能生成不同的输出形式，有利于进行信号的仿真处理，是进行数字信号处理的一个得力的好工具。信号处理仿真与应用课程实验报告实验名称实验八、欠采样系统的实现姓名李攀（201202127

24、0）教师姓名王丽娟实验地点B301实验日期2015.06.16一、实验内容根据Nyquist采样定理，对模拟信号进行采样时，采样频率需大于或等于信号最高频率的2倍。但根据信号理论，采样频率不一定需满足Nyquist采样定理，既欠采样技术。本实验要求学生在自学的基础上，了解欠采样的相关理论，通过Simulink仿真技术，对信号进行欠采样，在滤波器后分别观测采样后的时域波形和频谱；同时要求对系统加入白噪声，计算并显示有用信号的信噪比。二、实验目的1、继续熟悉SIMULINK仿真模型的建立、运行、仿真环境；2、采用Simulink进行混合系统的仿真。三、涉及实验的相关情况介绍（包含使用软件或实验设备

25、等情况）计算机一台(安装MATLAB6.5版本或以上版本)4、 实验试做记录（含程序、数据记录及分析）五、实验总结该课程设计使我对采样定理和信号重构的一些基本公式有了一些了解。在整个实验过程中，我查阅了很多相关知识，从这些书籍中我受益良多。也使我上机操作顺利完成。虽然刚开始对采样过程和恢复过程认识不深，但是通过这次实验对采样过程和恢复过程有了进一步掌握。 通过实验的设计使我对采样定理和信号的重构有了深一步的掌握。虽然在实验过程中出现很多错误，但是在同学的帮助下，不断的修正错误，同时也学会了MATLAB中信号表示的基本方法及绘图函数的调用。虽然刚开始我对MATLAB的基本使用方法没有太深刻的认识

26、。但是该实验使我对MATLAB函数程序的基本结构有所了解，也提高了我独立完成实验的能力和理论联系实际的应用能力。进而了解了采样和重构的方法。信号处理仿真与应用课程实验报告实验名称实验十、通信系统设计姓名李攀（2012021270）教师姓名王丽娟实验地点B301实验日期2015.06.16一、实验内容应用SIMULINK仿真技术，实现通信系统设计。在实际的系统设计中，系统往往为混合系统（系统中既有连续信号，又有离散信号）。必须考虑系统中连续信号与离散信号采样时间之间的匹配问题。Smulink中的变步长连续求解器充分考虑了上述问题。因此在对混合系统进行仿真分析时，应该使用变步长连续求解器。由于混合

27、系统中信号类型不一，使用同样的样式表示信号不利于用户对系统模型的理解。Smulink仿真环境提供的Sample time colors功能可以很好的将不同类型、不同采样时间的信号用不同的颜色表示出来，从而可以使用户对混合系统中的信号有清晰的了解。二、实验目的1、继续熟悉SIMULINK仿真模型的建立、运行、仿真环境；2、采用Simulink进行混合系统的仿真。三、涉及实验的相关情况介绍（包含使用软件或实验设备等情况）计算机一台(安装MATLAB6.5版本或以上版本)四、实验试做记录（含程序、数据记录及分析）1、通信系统的物理模型与数学描述：1）通信系统的信源：单位振幅值与单位频率的低频率锯齿波

28、信号源。2）通信系统的调制与解调：通信系统的调制信号为正弦连续信号（幅值为1，频率为100Hz），解调信号为正弦离散信号（幅值为1，频率为100Hz，采样时间为0.005s），并且采用双边带抑制载波调制与解调。由于高频信号更容易受到噪音的干扰，而使信号出现较大的失真，故这里正弦信号的频率选择为100Hz，而非无损信道通信系统中所采用的1000Hz。3）通信信道：（1）通信信道动态方程为，其中u为信道输入，y为信道输出。显然，此信道为一线性信道，信道传递函数描述如下：（2）信道噪音：信道受到服从高斯正态分布的随机加性噪音的干扰，噪音均值为0，方差为0.01。（3）信道延迟：信道经过缓冲区为102

29、4的延迟4）数字滤波器：数字滤波器的差分方程为：y(n)-1.6y(n-1)+0.7y(n-2)=0.04u(n)+0.08u(n-1)+0.04u(n-2)此数字滤波器为线性系统，使用滤波器形式对其进行描述如下：2、建立通信系统模型：按照通信系统的物理与数学模型建立系统模型。在建立系统模型之前，首先给出建立系统模型所需要的系统模块，如下所述：1）Sources模块库中的Sine Wave 模块：作为高频载波信号与解调信号。2）Sources模块库中的Signal Generator模块：产生低频锯齿波信号。3）Math 模块库中的Product模块：用于信号进行调制与解调。4）Continuous模块库中Transfer Fcn模块：描述通信信道。5）Sources 模块库中的Random Number模块：产生信道噪音。6）Continuous模块库中的Transport Delay 模块：产生信道延迟。7）Discrete模块库中的Discrete Filter模块：描述数字滤波器。8）Subsystems模块库中的Subsystem模块：封装系统中不同部分。9