Simulink系统仿真课程设计

Simulink系统仿真课程设计 1 / 19 《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 华中科技大学武昌分校制 Simulink系统仿真课程设计

2 / 19 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f1=u(n)(0f2=0.1ne(0（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＝1 dB；ws＝0.3，As＝15 dB，滤波器采样频率Fs＝100 Hz。自编程序实现上述滤波器的设计，满足各个参数要求。 Simulink仿真设计： （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。 Simulink系统仿真课程设计 3 / 19 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。（2.5天） MATLAB仿真设计。（2.5天） 验收课程设计结果。（1天） 撰写课程设计报告。（1天） 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 Simulink系统仿真课程设计

4 / 19 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 Simulink系统仿真课程设计

5 / 19 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。 Simulink系统仿真课程设计

6 / 19 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 Simulink系统仿真课程设计

7 / 19 图1-2 F=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1-4 F=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1-5 F=5HZ的抽样及恢复波形 Simulink系统仿真课程设计

8 / 19 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，Hf）内的时间连续信号()mt，如果以T≤Hf21秒的间隔对它进行等间隔抽样，则()mt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。 ① 建立模型；

图1-6 抽样量化编码仿真模块框 Simulink系统仿真课程设计

9 / 19 图1-7 参数设置 图1-8 参数设置 Simulink系统仿真课程设计

10 / 19 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、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 1] 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1-11 13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