課程設(shè)計完成.doc

電子信息課程設(shè)計 題目： Matlab/Simulink通信 系統(tǒng)建模與仿真 班級： 08電子信息工程2班 學(xué)號： 200895024057 姓名： 顏 佳 課程設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目Matlab/Simulink系統(tǒng)建模與仿真 設(shè)計要求1.認(rèn)真學(xué)習(xí)并熟練掌握Matlab/Simulink 軟件的應(yīng)用及仿真。2.按照題目1給出的要求建立起Simulink模型，并進(jìn)行仿真，仿真完成后，可以由MATLAB命令可以得出輸出信號波形。3.按照題目2給出的要求，建立起系統(tǒng)的Simulink仿真模型，并繪制出濾波前后頻譜波形。工作計劃2011.6.19 查詢資料，下載相關(guān)軟件并正確安裝。2011.6.20-6.25 學(xué)習(xí)相關(guān)軟件，并按要求進(jìn)行模型設(shè)計，應(yīng)用相關(guān)軟件進(jìn)行仿真。2011.6.26 檢查仿真結(jié)果并提交完成好的設(shè)計報告。指導(dǎo)老師： 教研室主任：電子信息課程設(shè)計Matlab/Simulink通信系統(tǒng)建模與仿真一、設(shè)計目的：學(xué)習(xí)Matlab/Simulink的功能及基本用法，對給定系統(tǒng)進(jìn)行建模與仿真。二、基本知識：Simulink是用來對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包，依托于MATLAB豐富的仿真資源，可應(yīng)用于任何使用數(shù)學(xué)方式進(jìn)行描述的動態(tài)系統(tǒng)，其最大優(yōu)點(diǎn)是易學(xué)、易用，只需用鼠標(biāo)拖動模塊框圖就能迅速建立起系統(tǒng)的框圖模型。三、設(shè)計內(nèi)容：1、基本練習(xí)：（1） 啟動SIMULINK：先啟動MATLAB，在命令窗口中鍵入：simulink，回車；或點(diǎn)擊窗口上的SIMULINK圖標(biāo)按鈕。（2） 點(diǎn)擊FilenewModel或白紙圖標(biāo)，打開一個創(chuàng)建新模型的窗口。（3） 移動模塊到新建的窗口，并按需要排布。（4） 連接模塊：將光標(biāo)指向起始模塊的輸出口，光標(biāo)變?yōu)椤?”，然后拖動鼠標(biāo)到目標(biāo)模塊的輸入口；或者，先單擊起始模塊，按下Ctrl鍵再單擊目標(biāo)模塊。（5） 在連線中插入模塊：只需將模塊拖動到連線上。（6） 連線的分支與改變：用鼠標(biāo)單擊要分支的連線，光標(biāo)變?yōu)椤?”，然后拖動到目標(biāo)模塊；單擊并拖動連線可改變連線的路徑。（7） 信號的組合：用Mux模塊可將多個標(biāo)量信號組合成一個失量信號，送到另一模塊（如示波器Scope）。（8） 生成標(biāo)簽信號：雙擊需要加入標(biāo)簽的信號線，會出現(xiàn)標(biāo)簽編輯框，鍵入標(biāo)簽文本即可。或點(diǎn)擊EditSignal Properties。傳遞：選擇信號線并雙擊，在標(biāo)簽編輯框中鍵入，并在該尖括號內(nèi)鍵入信號標(biāo)簽即可。四、建立模型（一） 干擾為1000Hz單頻正弦波的帶阻濾波器設(shè)計要求：設(shè)一段音頻信號中混雜了一個1000Hz的單頻正弦波干擾，試設(shè)計一個帶阻濾波器對其進(jìn)行濾波。目的：觀察濾波前后的頻譜變化，并通過聲卡將濾波前后的聲音輸出到揚(yáng)聲器，進(jìn)行主觀對比，看所設(shè)計的帶阻濾波器是否能夠起到抑制單頻正弦波干擾的目的？設(shè)計一個帶阻濾波器的階數(shù)和濾波效果的關(guān)系如何？1.建立Simulink測試模型在創(chuàng)建模擬窗口添加各個模塊并進(jìn)行連接，得到測試模型如圖(1)所示 圖1.音頻信號中混雜了一個1000Hz的單頻正弦波干擾并濾波2.模型分析模型中，話音信號設(shè)為8000Hz采樣率的，從外部wav文件讀入。1000Hz的單頻正弦波采用信號處理箱中離散正弦波發(fā)生模型Sine Wave 產(chǎn)生，幅度為1V。Buffer 模型實(shí)現(xiàn)音頻數(shù)據(jù)串行化，以便同單頻干擾相疊加。采用Digital Filter Design 模型設(shè)計帶阻濾波器對單頻干擾進(jìn)行濾波，針對1000Hz信號，帶阻濾波器的中心阻帶頻率設(shè)置為950,1050,兩端通帶頻率點(diǎn)分別為700Hz和1300Hz。阻帶抑制度分別為5dB,15dB和25dB,采用切比雪夫1型。Digital Filter Design 模塊設(shè)計出來對應(yīng)的濾波器階數(shù)分別為2,4,6階。分別用這三種阻帶抑制度下的濾波器對信號進(jìn)行濾波，從喇叭中聆聽濾波結(jié)果（分別保存在wav文件:ch3prob5filter5dBdepress.wav, ch3prob5filter15dBdepress.wav, ch3prob5filter25dBdepress.wav中）。3.測試結(jié)果從喇叭中聆聽結(jié)果是：5dB抑制度下單頻干擾聲音仍然明顯；15dB抑制度下單頻干擾明顯減弱，25dB抑制度下單頻干擾已經(jīng)很小了。4.結(jié)論分析以上結(jié)果說明：抑制度要求越高，則所需濾波器階數(shù)就越大，對干擾的抑制效果將越好。5.測試模型改進(jìn)修改測試模型，使之能夠觀察濾波前后的頻譜情況。修改后的模型如圖（2）所示 圖2.頻譜測試模型為了使得頻譜儀顯示兩對比頻譜不重疊，測試模型中將濾波輸出信號衰減了3dB再送入頻譜儀。當(dāng)濾波器帶阻抑制度為15dB時，仿真所得功率如圖（3）所示。 圖3.濾波器阻帶抑制度為15dB時濾波前后的信號功率譜圖中，1000Hz處得線頻譜為單頻干擾，濾波后，該干擾線譜下降約15dB.（二）干擾為1000Hz方波的梳狀濾波器設(shè)計要求：將音頻信號中混雜的1000Hz的單頻正弦波干擾換成1000Hz的方波或三角波，試設(shè)計一個帶阻濾波器對其進(jìn)行濾波。目的：測試帶阻濾波器的抑制效果如何？試設(shè)計一個梳狀濾波器來抑制這樣的干擾，從聽覺上對比兩者的效果。1.建立Simulink測試模型在創(chuàng)建模擬窗口添加各個模塊并進(jìn)行連接，得到測試模型如圖（4)所示 圖4.梳狀濾波器抑制諧波干擾的測試模型2.模型分析模型中，采用Sigual Generator 產(chǎn)生1000Hz的方波或鋸齒波，再用Unit Delay 模塊采樣，采樣時間間隔為1/8000秒。Digital Filter Design模塊設(shè)計為梳狀濾波器模式，其參數(shù)設(shè)計對話框以及頻率響應(yīng)曲線如圖（5）所示。 圖5.梳狀濾波器設(shè)計參數(shù)和頻率響應(yīng)3.測試結(jié)果執(zhí)行仿真或濾波輸出音頻通過喇叭輸出，同時保存為wav外文件。Ch3pro6org.wav為加入1000Hz方波干擾后的音頻信號，其中干擾聲音嚴(yán)重影響了話音質(zhì)量，而濾波輸出Ch3pro6filter.wav中則基本聽不出干擾來。4. 結(jié)論分析仿真執(zhí)行中的頻譜儀顯示如圖6所示，顯然，輸出頻譜在1000Hz整數(shù)倍頻上被抑制了。 圖6.梳狀濾波器濾波前后的話音功率譜5.程序仿真Simulink模型不變，所不同的是Digital Filter Design模塊的配置。這里先用編程方法設(shè)計出梳狀濾波器傳遞函數(shù)的分子分母系數(shù)來，然后導(dǎo)入到Digital Filter Design模塊中。編程法設(shè)計梳狀濾波器程序如下： % ch3prob6.m Fs=8000;Ts=1/8000; %采樣率 f0=1000; %梳狀濾波器開槽基頻率 bw=100/(Fs/2); %歸一化開槽帶寬 ab=-3; %計算開槽帶寬位置處的衰減分貝值 n=Fs/f0; %計算濾波器階數(shù) num,den=iircomb(n,bw,ab,notch); %計算H(z) freqz(num,den,4000,8000); %作出H(z)的幅頻相頻圖 axis(0 4000 -30 5)執(zhí)行程序ch3prob6.m后，得出所設(shè)計的梳狀濾波器幅頻相頻曲線如下圖(7)所示，以及其傳遞函數(shù)的分子分母系數(shù)num,den。圖7.程序ch3prob6設(shè)計得到的梳狀濾波器幅頻相頻曲線雙擊Digital Filter Design模塊圖標(biāo)，在參數(shù)設(shè)置對話框中選擇濾波器參數(shù)導(dǎo)入模式，填寫分子分母系數(shù)分別為num，den，采樣率取8000Hz,濾波器結(jié)構(gòu)可任選。Digital Filter Design模塊的設(shè)計參數(shù)的導(dǎo)入和頻率響應(yīng)曲線參見圖(8)。 圖8.梳狀濾波器設(shè)計參數(shù)的導(dǎo)入和頻率響應(yīng) 按所設(shè)置參數(shù)及所給程序進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果同上。 6純程序仿真測試 諧波干擾采用1000Hz和3000Hz的正弦波疊加來模擬。 程序代碼如下： % ch3pro6B.m Fs=8000;Ts=1/8000; %采樣率 f0=1000; %梳狀濾波器開槽基頻率 bw=100/(Fs/2); %歸一化開槽帶寬 ab=-3; %計算開槽帶寬位置處的衰減分貝值 n=Fs/f0; %計算濾波器階數(shù) num,den=iircomb(n,bw,ab,notch); %計算H(z) freqz(num,den,4000,8000); %作出H(z)的幅頻相頻圖Axis(0 4000 -5 1);t=0:Ts:10;sig=wavread(ch3prob5org.wav);interf=0.5*sin(2*pi*1000*t)+0.5*sin(2*pi*3000*t); %諧波干擾mixed=sig(1：length(interf)+interf;sound(0.5*mixed,Fs);filterout=filter(num,den,mixed);sound(filterout,Fs);wavwriter(filterout,Fs,ch3prob6meth3filterd.wav)7.程序仿真結(jié)果分析 程序執(zhí)行后，首先從喇叭輸出濾波之前的音頻信號，可聽見較強(qiáng)的諧波干擾聲，然后從喇叭輸出濾波后的音頻，基本聽不到諧波干擾聲了。程序執(zhí)行完畢將濾波輸出音頻信號寫入音頻文件ch3prob6meth3filterd.wav。五、設(shè)計總結(jié) 經(jīng)過一周的課程設(shè)計，我對matlab有了較深的認(rèn)識，它在數(shù)學(xué)方面，繪圖方面都有較龐大的系統(tǒng)，特別這次課程設(shè)計的simlink系統(tǒng)的繪圖功能讓我認(rèn)識到matlab的功能強(qiáng)大。Matlab是一個基于矩陣運(yùn)算的軟件，所以在運(yùn)用的時候，也就是在編程的時候，應(yīng)該盡可能使用矩陣而不是循環(huán)來賦值，否則matlab就不能真正發(fā)揮到作用。 設(shè)計過程中也遇