电子信息MATLAB系统仿真与设计

电子信息MATLAB系统仿真与设计（共10篇）

篇1：电子信息MATLAB系统仿真与设计

高频电子线路Matlab仿真实验/课程设计要求

1.要求

每位同学根据教材附录的matlab源码独立完成以下仿真要求，并将仿真代码和仿真结果写成实验报告，由各班统一收齐并于5月31日前提交。

2.仿真题目

（1）线性频谱搬移电路仿真

根据线性频谱搬移原理，仿真普通调幅波。

基本要求：载波频率为8kHz，调制信号频率为400Hz，调幅度为0.3；画出调制信号、载波信号、已调信号波形，以及对应的频谱图。

扩展要求1：根据你的学号更改相应参数和代码完成仿真上述仿真；载波频率改为学号的后5位，调制信号改为学号后3位，调幅度设为最后1位/10。（学号中为0的全部替换为1，例如学号2010101014，则载波为11114Hz，调制信号频率为114，调幅度为0.4）。

扩展要求2：根据扩展要求1的条件，仿真设计相应滤波器，并获取DSB-SC和SSB的信号和频谱。

（2）调频信号仿真

根据调频原理，仿真调频波。

基本要求：载波频率为30KHz，调制信号为1KHz，调频灵敏度kf23103，仿真调制信号，瞬时角频率，瞬时相位偏移的波形。扩展要求：调制信号改为1KHz的方波，其它条件不变，完成上述仿真。

3.说明

（1）仿真的基本要求每位同学都要完成，并且记入实验基本成绩。

（2）扩展要求可以选择完成，但需要进行相应的检查才能获得成绩。

（3）适用范围：通信工程2010级1、2班；微电子2010级1、2班

2012年5月

篇2：电子信息MATLAB系统仿真与设计

田晴，张茁

(河北联合大学电气工程学院，河北唐山063000)

摘要：MATLAB的图形用户界面(GUI)为基于对象的可视化编程，本文以此为基础，进行了自动控制原理实验仿真系统的软件设计，仿真实验系统囊括了控制理论的大部分要点，较实验室传统性实验更全面、具体。应用GUIDE的设计，该系统操作简单，知识点表现清晰明了，学生能够在轻松的环境下，且不受地域时域的限制，掌握控制理论知识。

篇3：电子信息MATLAB系统仿真与设计

关键词：信号与系统,Matlab,实验仿真教学,Simulink

0 引 言

信号与系统的基本概念、基本理论与分析方法在不同学科、专业之间有着广泛应用和交叉渗透[1]。“信号与系统”课程[2,3]作为电气信息类专业的学科基础课程[4],在专业教育中有着非常重要的地位。由于该课程自身的特点[5,6],决定了其是一门数学方法、专业理论、分析方法和工程应用密切相结合的课程,不仅要求学生能灵活地应用多种数学方法解决专业理论问题,而且还强调工程上的应用与实践,因此对理论教学和实验[7]都提出了很高的要求。

目前,信号与系统课程实验的实验方法和手段大都还局限在硬件实验上,实验内容、实验方法和手段上均不够深入和灵活,难以满足对理论教学上的支持和工程实践上的要求。为了使学生能更好地理解信号与系统的基本概念、基本理论与分析方法及其应用,克服硬件实验的限制以及实验条件投入的不足,有必要对“信号与系统”实验教学进行改革研究,建立软件仿真实验系统,拓展实验教学的内容和灵活性,使学生有能力进行软件仿真实验,突出学生实践能力和创新能力的培养。

1 系统开发工具简介

Matlab是美国MathWorks公司推出的优秀的科技应用软件。Matlab功能强大,可以进行数值计算和符号计算,编程界面友好,语言自然,开放性强,而且有众多的工具箱可以使用。将Matlab软件用于工程应用和解决实际问题[8],可以不必关心复杂的理论,具有编程快捷方便的特点。

Simulink是Matlab软件的扩展,是对系统进行建模、模拟和分析的软件。Simulink以模块为单元,通过模块之间的连接和属性的设置,进行系统模拟和仿真分析[9]。它的模块库包括连续模块、离散模块、信号和系统模块、数学模块以及信号源模块等。而且模型具有层次性,可以通过底层的子模块构建复杂的上层模块。

该实验系统开发工具采用Matlab和Simulink完成仿真系统的设计与开发。

2 仿真系统设计

2.1 系统设计思路

在系统设计方面采用自上而下的设计方法,对实验内容进行分类,层层推进。该系统采用模块的方式,将实验内容分为3大类、14个子类,围绕基础型、综合提高型和研究创新型3个层次,设计实验内容。每个模块均有开发扩展接口,便于二次开发。同时,充分考虑了教师的教学规律和学生的认知规律,具有引导性和启发性,而且实验内容与理论课程教学内容同步,便于学生理解。

该实验系统采用灵活的软件实验来代替硬件实验的方式,弥补了硬件实验的不足之处。在实验仿真系统中给出了大量的图形,并辅以文字说明,做到图文并茂,使得理论课程的教学内容在实验中进行时变得直观、清晰,易于理解。

2.2 实验内容设计

在实验内容方面,从基础型实验、提高型实验和创新研究型实验三个层次,结合工程应用进行设计。注重学生能力的培养和素质的提高。实验内容涵盖实验课程的全部内容,包括连续系统的时域、频域、复频域分析和离散系统的时域、Z域分析以及综合实验部分即系统分析与仿真。实验系统不仅介绍理论内容的实验仿真,而且真正做到理论联系实际,部分实验内容(如通信系统仿真、信号频谱搬移等)与现实生活紧密结合,贴近生活,具有丰富的时代气息,从而使学生学会用信号与系统的观点和方法来解决实际问题,真正做到学以致用,从各方面培养学生的创新能力和实践能力。

实验内容详细设计说明如下:

(1) 连续系统的时域分析包括信号的时域运算和二阶系统时域分析(见图1)。该部分属于基础性实验内容,可以通过选择不同类型的信号进行时域运算。在系统时域分析方面,以二阶系统为例,要求掌握系统响应的时域求解方法。

(2) 频域分析包括常用信号的傅里叶变换以及傅里叶变换的性质,作为频域分析的重要应用,抽样与恢复部分包括信号的抽样与重构。该部分实验属于综合提高型,是通信系统仿真的基础。

(3) 信号分析以方波的合成与分解为例,重点讨论信号的合成、分解方法,一步一步完成,每一步都有具体的图形与信号合成(分解)的效果,步骤清晰,便于学习。信号分析中的双边带信号频谱,以通信系统为例,介绍频谱搬移的过程,同时联系生活实际。该实验与工程应用紧密结合,讨论信号频谱的搬移过程和方法,只需鼠标点击和拖曳即可完成实验,操作简单,图形直观,形象生动。

(4) 复频域分析包括系统的零极点分析、稳定性分析以及系统响应。该部分属于提高型实验,从S域分析系统,并与工程应用中实际系统的稳定性相结合;

(5) 离散系统时域部分包括离散信号的时域运算如信号的加、减、乘。

(6) 离散系统的时域分析包括差分方程的求解,并重点讨论序列卷积的计算及说明,如图2(a)所示;

(7) 离散系统Z域分析包括零极点求解、频率特性、序列的响应和稳定性分析等,如图2(b)所示;

(8) 信号与系统的综合分析包括系统分析和系统仿真,采用Matlab软件的Simulink仿真完成,以系统框图的形式完成实验,功能强大,操作方便。时域分析部分内容包括一阶、二阶系统的时域特性仿真分析(见图3);频域仿真分析属于研究创新型实验,采用系统仿真的方式,以频谱搬移过程的系统仿真为例进行,但对复杂的通信系统进行仿真,可以查看各个框图、部件的时域波形、频域的频率特性,对信号与系统的实际应用有充分的了解和认识。具体实验内容及安排见表1。

2.3 系统界面设计

实验仿真教学系统界面设计中,避免繁琐,崇尚简洁,亲切自然,因而界面直观、清晰,导航方便,具有良好的人机交互页面,能够非常容易的找到需要的实验内容;同时色彩搭配柔和,给人朴实、安静而又进取的感觉,有利于集中精力进行教学和学习。实验内容部分页面和系统分析与仿真页面如图4所示。

3 系统特点

“信号与系统”实验仿真教学系统内容全面,包含“信号与系统”课程实验的全部主要内容和知识点,教师与学生可以用软件来完成实验内容的教学和学习,有助于学生加强对课程基本概念和重点、难点的理解和掌握,而且不受时间和空间的限制,便于实验教学工作的开展。

该系统具有二次开发功能。该系统在使用中可以结合实际情况,给教师和学生提供程序源代码,教师和学生可以进一步补充和完善实验内容,也可以添加新的实验内容由学生来完成。因而,学生具有更多的发挥空间,更有利于发挥主观能动性。

4 结 语

“信号与系统”实验仿真教学系统,内容全面、翔实,是集计算机技术和现代教育技术手段于一体的多媒体实验教学系统,便于教师进行课堂实验教学和学生软件实验的学习。

通过近三年的实验教学使用,采用该实验仿真系统,避免了硬件实验过程中的不确定性因素的影响,实验灵活方便,有利于拓展学生的思维能力和想象空间,为信号与系统课程的实验教学工作提供有力保障。

参考文献

[1]金波.信号与系统课程教学改革初探[J].电气电子教学学报,2007,29(4):7-8,11.

[2]奥本海姆.信号与系统(英文版)[M].2版.北京:电子工业出版社,2009.

[3]吴大正.信号与线性系统分析[M].4版.北京:高等教育出版社,2005.

[4]中华人民共和国教育部高等教育司.普通高等学校本科专业目录和专业介绍[M].北京:高等教育出版社,1998.

[5]郑君里.教与写的记忆:信号与系统评注[M].北京:高等教育出版社,2005.

[6]徐守时.信号与系统理论、方法和应用[M].合肥:中国科学技术大学出版社,2008.

[7]刘锋,段红,熊庆旭,等.信号与系统实验教学改革[J].实验技术与管理,2008,25(3):118-120.

[8]王洁丽,贾素梅,薛芳.Matlab软件在信号与系统辅助教学中的应用[J].现代电子技术,2007,30(6):123-125.

篇4：电子信息MATLAB系统仿真与设计

摘要：本文针对独立学院自动化专业MATLAB与系统仿真课程设计教学中存在的各种问题，结合笔者的教学实践，从教学内容、教学手段和教学方法、考核方式等方面提出了一系列切实可行的改革措施。

关键词：MATLAB与系统仿真；教学探索；独立学院；自动化专业

1 教学改革的意义

近年来，随着仿真技术的飞速发展和在社会各行各业的广泛应用，人们越来越认识到仿真的巨大作用。MATLAB作为目前国内外最流行的仿真软件，已经广泛应用于自动控制、科学计算、信号分析、航空航天等领域，是工程技术人员和学者进行科学研究的强有力工具。

MATLAB及系统仿真课程设计是自动化专业的必修课，课程教学目的是使学生掌握MATLAB的计算、编程、绘图等基本功能和部分专业工具箱的使用，利用Simulink进行动态系统的仿真，为研究与解决本专业相关的问题打好基础。

目前的课程教学中，大多偏重于MATLAB软件的基础应用，如数值运算、符号运算、绘图功能、Simulink的基本应用等，普遍和本专业知识结合的不够紧密。这样，虽然学生也掌握了MATLAB的理论知识，但是不能将其熟练应用到其他专业课中解决实际问题，对自己专业的学习没有起到很好的促进作用。这种情况如何改善，值得我们认真思考。因此，MATLAB及系统仿真课程的教学改革是很有必要的，其主要方向应是加强和专业课程的联系，利用仿真解决一些专业课重点难点问题，提高学生兴趣，提升教学效果。

2教学中存在的问题

目前的课程教学中，普遍存在以下几个问题：

（1）大多偏重于MATLAB软件的基础应用，如数值运算、符号运算、绘图功能、Simulink的基本应用等，普遍和本专业知识结合的不够紧密。这样，虽然学生也掌握了MATLAB的理论知识，但是不能将其熟练应用到其他专业课中解决实际问题，对自己专业的学习没有起到很好的促进作用。

（2）要熟练掌握MATLAB软件，并且将其应用于解决实际问题，学习难度略大。对于独立学院的学生而言，难度更大，2周时间不足以学生熟练掌握这一工具。

（3）在进行设计时，学生是2-3个人一组，不能使每个学生得到充分的锻炼。

（4）学生成绩两级分化严重，特别是高年级的专业，任务布置上使用一刀切，不利于程度不同的学生有效的掌握，影响教学的有效性。

（5）实验报告抄袭现象严重。

3教学改革

（1）改革教学内容

改革《MATLAB与系统仿真课程设计》的教学内容，使学生在熟练掌握MATLAB的计算、编程、绘图等基本功能的基础上，学会利用Simulink进行动态系统的仿真，利用MATLAB软件进行控制系统数学建模，掌握时域、频域以及根轨迹的分析方法，从而对控制系统进行校正及PID参数整定，提高学生解决实际问题的能力。

（2）建立任务题库

改进任务书的布置方式，实行分级多任务的布置。针对不同学生的不同学习能力，分为简单任务题库和复杂任务题库。复杂任务题库的任务分基础部分和提高部分，分等级分步骤台阶式的递进增长。

（3）改革教学方法与手段

针对本系学生特点，充分运用各种教学手段和教学资源，充分调动学生的积极主动性，活跃课堂氛围，提高教学质量和效果。课堂上可以通过演示使用MATLAB软件生成美图、动画、音乐等，让学生意识到MATLAB软件的强大功能，从而增强学习主动性，起到事半功倍的效果。

（4）改革考核方式

特别强调的是考核方式是加入平时成绩的登记和最后答辩成绩登记，并且增大平时成绩和答辩成绩占的总成绩的比例。平时成绩的登记，是督促学生认真完成实验的重要手段。最后答辩成绩登记，是区别实验是否优秀的重要方法，杜绝实验报告抄袭的现象。

4结语

通过《MATLAB与系统仿真课程设计》培养学生利用MATLAB软件分析和解决控制系统的建模、仿真、分析、校正，使学生具备一定的分析问题、解决问题的能力。调动学生的学习主动性，逐步培养学生独立解决问题的能力。

参考文献：

篇5：电子信息MATLAB系统仿真与设计

1 系统设计的原理和方法

本设计描述了信号与系统仿真系统的作用、要求和构成。详细介绍了利用MATLAB软件来实现信号与系统仿真系统的基本原理及功能, 利用MATLAB软件提供的图形用户界面 (Graphical User Inte rface, GUI) 设计具有界面友好、人机交互便利等特点的用户界面。

在仿真实验中, 包括了许多信号与系统的子实验, 涉及范围广泛表现良好。本系统是一种演示型的软件, 可以利用可视化的仿真工具, 以及图形和动态仿真的方式来演示部分基本信号的波形和变换, 可以使学习人员清楚、明了的明白和掌握信号与系统的一些基础知识。

2 系统设计的总体方案和实现

通过添加GUI中的功能按钮, 可以实现各种各样功能转换, 如图1所示。

3 基础信号设计

基础信号包括:信号选择、正弦信号、指数信号、阶跃信号、脉冲信号、矩形脉冲信号、抽样信号。Axis1用于显示图形, 同时使图形可以放大缩小。将text1~6的string改为“自定义参数”, “A=”, “B=”, “C=”, “D=”, “简介”。Edit1~4用于改变信号的参数, 并将更改后的参数传递到popupmenu1中参与计算。Edit5的作用是显示各个函数的简介, 具体显示的内容由popupmenu1控制。pushbutton1转换界面。

4 语音信号设计

4.1 设计思路

本设计可以将本地语音信号读取到软件中, 同时也可以录制语音并保存。录制时用户可以根据自己的要求改变录制时长和采样频率。读取信号之后能对信号进行各种处理, 如变速播放、显示信号时域图形、快速傅里叶变换、显示信号频域图形。

pus hbutton1用于读取本地语音信号。pus hbutton2的作用是播放读取在软件中的变量。pushbutton4的作用是通过电脑自带的麦克风录制声音。pushbutton6的作用是将软件中的数据保存在本地文件中。pushbutton10的作用是将数据进行FFT变换。pushbutton3的作用为把数据以图形的形式显示在axes1中。

4.2 快速傅里叶变换程序设计

有限长序列可以通过离散傅里叶变换 (DFT) 将其频域也离散化成有限长序列。但其计算量太大, 很难实时地处理问题, 因此引出了快速傅里叶变换 (FFT) 。1965年, Cooley和Tukey提出了计算离散傅里叶变换 (DFT) 的快速算法, 将DFT的运算量减少了几个数量级。从此, 对快速傅里叶变换 (FFT) 算法的研究便不断深入, 数字信号处理这门新兴学科也随FFT的出现和发展而迅速发展。根据对序列分解与选取方法的不同而产生了FFT的多种算法, 基本算法是基2DIT和基2DIF。FFT在离散傅里叶反变换、线性卷积和线性相关等方面也有重要应用。

快速傅里叶变换 (FFT) 是计算离散傅里叶变换 (DFT) 的快速算法, 实现的流程图如图2所示。

5 设计结果与分析

整个系统设计编写已经完成并调试成功, 能够明确显示各种信号的仿真。经测试软件的全部内容与《信号与系统》一书内容符合, 完全可用于帮助该课程的图形显示。

本设计思路明确, 全部内容已用MATLABGUI来实现, 对于课程的初学者具有加深理解的现实意义。

参考文献

[1]奥本海姆AV, 威斯基AS.信号与系统[M].刘树棠, 译.西安:西安交通大学出版社, 1998.

[2]宗孔德, 胡广书.数字信号处理[M].北京:清华大学出版社, 1988.

[3]李强, 明艳, 陈前斌, 等.基于Matlab的数字信号处理实验仿真系统的实现[J].实验技术与管理, 2006.

篇6：电子信息MATLAB系统仿真与设计

关键词：相移键控系统 仿真 MATLAB

随着现代微电子技术、控制技术、软件技术以及通信技术的发展，传统的无线电系统对于硬件依赖性强、信号适应能力差，构成越来越复杂，软件无线电的出现带来了新的革命。软件无线电主要由天线、射频前端、宽带A/D-D/A转换器、通用和专用数字信号处理器以及各种软件组成。软件无线电并非简单的将硬件功能由软件来实现，它是以软件为核心的全新的体系结构，与基于ASIC、FPGA以及其他基于软件的数字系统相比有其独特的优点，即整体的可编程性，因此它能够在单一的结构中多模工作和自适应的工作。软件无线电具有灵活性、可扩展性等主要特点，这主要是因为软件无线电的所有功能都是用软件来实现的，通过软件的增加、修改或升级就可以实现新的功能。可以说，功能的软件化是软件无线电的最大优势之一。在所有软件中，数字信号处理软件占据重要的位置，例如编码、调制、解调、译码、频谱分析等都可以采用信号处理算法来实现。

本文即是对软件无线电中基带处理部分——相移键控系统进行建模、仿真等分析。

1 相移键控系统仿真建模

众所周知第二代、第三代、HSDPA后三代、WiMAX以及超宽带(UWB)移动通信都是以数字调制为基础。而数字调制方式中，相移键控系统是应用最广泛的一种。

相移键控方式是键控的载波相位按基带脉冲序列的规律而改变的方式。2PSK的信号形式一般表示为：

S(t)=∑ang(t-nT)cos(ωct)

式中，an的取值为-1，+1，即发送二进制符号0时，an取1；发送二进制符号1时，an取-1。

下面对采用矩形脉冲激励的2PSK传输系统进行仿真。模型如图1。

二进制信号源由Uniform Random Number Generator模块、Sign模块和Look-Up Table模块构成。Uniform Random Number模块在指定的区间上产生均匀分布的随机数。Sign模块将连续的随机数离散化。Sign模块的输出是：当输入大于0时输出为1；若输入為0则输出为0；当输入小于0时输出为-1。为了产生输出比特为等概率的+1和-1二进制信号源，加入Look-Up Table模块，它的输入—输出映射关系为：+1到-1，-1到-1，而0到+1。利用这三个模块即可得到二进制数字信号。

Fcn模块可以产生载波cos(4*pi*u），时间变量u从Clock模块得到。product模块用来产生已调信号。考虑到实际传输过程，信道采用无噪声信道和AWGN信道两种形式。接收端的匹配滤波器是利用Integrator模块按积分清除来实现的。复位信号由Pulse Generator模块产生。以上几个模块主要完成信号的调制、解调及传输。各部分输出信号均连接到Scope模块（相当于一台虚拟示波器）。仿真过程采用非归零矩形脉冲作为激励信号。其时域波形和频谱如图2。

无噪声干扰时仿真只需将图1中的AGWN Channel模块去掉即可，即发送端和接收端直接相连。发送端信号如图

3，波形由上至下分别为输入二进制序列、载波和已调信号。从已调信号波形中可以看出二进制符号0对应π相位的

载波；二进制符号1对应0相位的载波。接收端信号如图4，波形由上至下分别为乘法器输出、时钟信号和信宿波形。对比信源和信宿波形可以看出信号被无失真解调。

信道传输有噪声干扰时接收波形如图5，因为加入了白色高斯噪声，接收波形明显失真。图6中第一个波形是接收端解调后的波形，由于没有经过低通滤波，x(t)还包含载波及其高频谐波分量和随机噪声。信源波形图3与信宿波形图6是一致的，但仔细比较就会发现信宿信号比信源信号延迟了。这是由于噪声的存在。

噪声的存在会有误码，误码率取决于噪声的方差。由仿真运行结果分析可以得到2PSK系统的性能。在图7中，X轴表示信道的信噪比，Y轴表示信号的误码率。信噪比越大，误码率越低。图中的4条曲线分别表示当2PSK调制器和解调器的Symbol Error Rate取不同参数时的误码率性能。从图中可以看出，参数值越大，信号的误码率越低，但仿真需要的时间也会延长，所以应当合理设置其值。

3结论

本文采用MATLAB实现了通信系统调制与解调的仿真，给出了较详细的实现方法和仿真分析。仿真结果表明，它和理论计算和分析结果比较接近。

仿真模型的设计与分析，为实际系统的构建提供了很好的依据。同时也拓宽了研究分析的视野，可大大地提高研究设计的效率，具有重要的推广和应用价值。

参考文献

［1］李贺冰.simulink通信仿真教程.北京:国防工业出版社，2006.

［2］薛年喜.MATLAB在数字信号处理中的应用.北京:清华大学出版社，2003.

［3］周晓兰，张杰.MATLAB在通信系统仿真中的应用:计算机技术与发展，2006，(9):166-169.

篇7：电子信息MATLAB系统仿真与设计

1 系统分析

1.1 基带传输系统模型

现在讨论数字基带信号通过基带传输系统的传输性能。基带传输系统的模型如图1。[1]

1.2 码间串扰的产生

造成判决错误的主要原因是噪声和由于传输特性不良而引起的码间串扰[1]。基带脉冲序列通过系统时,系统的滤波器作用是使脉冲展宽,他们重叠到邻近时隙去。当接收端以抽样时刻来测定的信号幅度为依据进行判决,从而导出原脉冲的消息。假如重叠到邻接时隙内的信号太强,可能发生错误判决。现实中可能出现好几个邻近脉冲的拖尾叠加。这种脉冲重叠在接收端造成判决困难的现象称作码间串扰。

因此可以看出,传输基带信号受到约束的主要影响因素是系统的频率特性。当然有意地加宽传输频带使这种干扰减小到任意程度。但是这就会不必要地浪费了带宽。如果展宽得太多还会使过大的噪音引入系统中来。

1.3 码间串扰的解决方法

通过设计信号的波形,并设计所采用的传输滤波器,使得在最小传输带宽的条件下大大减小或者消除这种干扰。因而可见,研究基带的传输特性H(w)对码间串扰的影响有很大的意义。

虽然理想低通滤波器特性能达到基带传输系统的极限性能,不过这种特性在实际中是无法实现的。即使可以获得相当逼近的理想特性,但由于理想低通滤波器的冲激响应是Sa(x)型,衰减比较慢,拖尾又很长,所以要求抽样点定时必须精确同步,否则当信号速率.截止频率或抽样时刻稍有偏差就会产生码间串扰。因此,需要进一步研究对实际的基带传输系统提出怎样的要求才能使数字信号波形的拖尾收敛得比较快,而且相邻码元间要保证没有码间串扰。

奈奎斯特曾经对这个问题进行了研究,并且导出了无码间串扰必须满足的条件。奈奎斯特的结果称作频谱形式的残留对称定理。根据这个定理,只要信号频谱Y(w)是实数时,而且对w=+Wc或-Wc点存在奇对称性,它便可具有任意形状,都可以获得具有所需求零点分布的脉冲信号。这种设计也可看成是理想低通特性按奇对称条件进行“圆滑”的结果,上述的“圆滑”,通常被称为“滚降”。图2为对称特性图。[1]

1.4 滚降因子[1]

符合上述对称特性条件的H(w)有很多,实际中具有余弦滚降特性的传输特性用得最多。图3为余弦滚降特性及其相应的波形。图中a为带宽展宽W1与奈奎斯特带宽Wc,即是a=W1/Wc,称之为滚降因子。Y(t)衰减快慢与滚降因子a有关。A越大,衰减越快,传输可靠性就越高,但是所需频带也越宽,单位带宽可传输的信号速率酒越低(即频带利用率降低)。因此,传输可靠性的提高是用增加传输带宽或降低传输速率换来的。现实中,根据具体要求选取适当的a值。通常称a=0.3为30%滚降特性。此时变为升余弦特性。

具有滚降系数α的余弦滚降特性H(ω)和时间波形h(t)可表示成:

2 系统设计

根据消除码间串扰的方法,对图1的基带传输模型图采用软件的方法来仿真实现。

2.1 用MATLAB产生双极性NRZ数字基带波形

双极性非归零码是用正电平和负电平分别表示的二进制码0和1的码型,它同双极性归零码类似,但双极性非归零码的波形从统计平均来看,该码型信号在0和1的数目各占一半时无直流分量,并且接收时判决电平为0,容易设置并且稳定,因此抗干扰能力强[2]。此外,可以在电缆等无接地的传输线上传输,所以双极性非归零码应用极广。

2.2 程序解析

2.3 用MATLBA仿真理想滤波器[4]

用MATLAB仿真理想滤波器的目的是通过理想滤波器对比设计的滚降余弦滤波器。

2.4 用MATLAB仿真升余弦滚降系统[3]

2.5 用MATLAB画出眼图

从眼图中可以看出,经理想滤波器滤波后的眼图的眼比升余弦的眼图要大。虽然升余弦的眼图线因为噪音有点模糊,但已经无码间串扰。

2.6 两个系统的对比

3 结束语

升余弦滚降系统和理想滤波器系统一样,可以使双极性NRZ码在噪声影响下恢复出原信号,做到无码间串扰。升余弦滚降系统和理想滤波系统相比较,可以看出,升余弦滚降系统滚降没理想滤波器的降幅大,拖尾比它长。而且数值会比理想滤波器的幅度小,表明其消耗比理想滤波器大。但升余弦滚降系统满足了无码间串扰系统的要求,而且出来的波形比较圆滑,拖尾比较短,恢复原信号正确。通过对无码间串扰传输特性的动态仿真分析及研究,使其对实际系统的设计具有很强的指导作用。

摘要：在数字基带传输系统中,码间串扰是影响其性能的主要因素之一。因此,如何克服它的影响,使系统的误码率降低是数字基带系统中必须研究解决的问题。而硬件实验系统中实现的并不理想。该文通过使用MATLAB软件来实现对基带传输系统的仿真,从实验的角度并根据MATlAB所得到的图形来定性地分析无码间串扰系统的传输特性。

关键词：系统,串扰,失真,传输特性

参考文献

[1]王秉钧.现代通信原理[M].北京:人民邮电出版社,2006.

[2]郭文斌.通信原理:基于Matlab的计算机仿真[M].北京:北京邮电大学出版社,2006.

[3]刘卫国.MATLAB程序设计与应用[M].北京:高等教育出版社,2004.

篇8：电子技术仿真设计系统探究

摘 要：实验教学是课堂教学的延续。随着计算机及多媒体技术、仿真技术和虚拟技术的迅速发展，传统的教学方式已不能适应现代化的实验教学，用现代新技术来改革传统的教学方式已成为大多数人的共识。虚拟电路实验就是结合电子电路的特点，利用计算机构造一个模拟实验环境，通过电路的建立和对数据与电路功能的分析，达到实验的目的和要求。

关键词：虚拟实验室；电子技术；多媒体

1 实行虚拟实验的必要性

实验教学是课堂教学的延续，随着计算机及多媒体技术、仿真技术和虚拟技术的迅速发展，传统的教学方式已不能适应现代化的实验教学，用现代新技术来改革传统的教学方式已成为大多数人的共识。虚拟电路实验就是结合电子电路的特点，利用计算机构造一个模拟实验环境，通过电路的建立和对数据与电路功能的分析，达到实验的目的和要求。目前，电路的仿真软件很多，如：常用的虚拟电子实验室软件有CircuitMaker、Multisim及Protel。其中Multisim（又叫ElectronicsWorkbench即EWB）软件是比较常见的电子技能训练工具，这些软件是以电路符号来实现的，与实物实验差别很大，而且软件不具有开放性，仿真只能在这些软件本身的环境下实现，无法在多媒体环境下进行。本文构建的“电子电路虚拟实验系统”，实现了仿真技术和多媒体技术的有机结合，它既不同于以往的原理电路的仿真软件，又不同于一般多媒体软件对于实验现象的模拟演示，而是让学生在逼真的多媒体“虚拟场景”中，利用各种“虚拟元件、仪器仪表”任意搭接电路，即时得到仿真结果，学生可以在计算机上自主进行实验，并自动记录实验结果，最终生成标准的电子基础实验报告。

2 工作流程

由于我们的教学主要是理论传授，不需要去开发和设计电路，所以上述的实验流程并不包括电路设计开发部分。但是EDA软件在极大地满足我们的实验要求的基础上，还有非凡的应用潜力，这无疑是个广阔的天地。在计算机辅助教学实践中，学生上机普遍存在两个问题：一是面对众多的计算机，教师难以准确、全面地掌握学生练习的实际情况，及时进行个别辅导；二是难以做到上机时学生之间、师生之间进行交流，使上机操作变成学生自己的活动，影响教学.因此这就要求建立一种虚拟试验的教学模式，使教学信息交流双向化。

3 虚拟实验室的设计

3.1 虚拟实验室所能实现的功能

（1）虚拟实验室作为一个仪器设备和数据等资源的交互。共享以及可交互控制平台，应具有以下功能：虚拟工作台；基于虚拟仪器的用于测量的控件；智能虚拟仪器驱动；可视化自动测试环境；虚拟实验室平台控制系统；系统平台内部的智能决策系统；各类数据库的信息管理系统；虚拟实验室的监控系统；虚拟仪器的管理操作系统；同时还应考虑到系统的扩展性、兼容性等方面具有良好性能的特征。

（2）虚拟实验室作为电子技术基础实验室应具有以下特点：无论是学生还是教师，都可以自由地、随时随地进入虚拟实验室操作仪器，进行各种实验；操作人员通过友好的图形界面及图形化编程语言控制仪器动行，完成对被测试量的采集、分析、判断、显示及数据生成；教师可以根据实验的需要设计出各种虚拟仪器来供学习者自行选择；学生可以根据所学的专业知识，设计实验题目及内容，给出实验方案，在虚拟环境中进行自己感兴趣的实验。

3.2 虚拟实验室的基本组成

虚拟实验室的核心部件是虚拟仪器的硬件主要由计算机、传感器和信号采集调理模块组成，完成对被测信号的采集、传送、显示输出结果。信号采集调理模块主要有数据采集卡、VXI仪器模块、GPIB仪器模块。目前应用较多的是数据采集卡和VXI仪器模块。

3.3 虚拟实验的开设步骤

具体的虚拟模拟电子技术基础实验的开设步骤有三个方面：

（1）学生在已建立的虚拟实验环境中完成基本的电子技术基础实验，掌握用虚拟仪器代替传统仪器来进行数据处理，观察分析实验结果，诊断设备故障等。

（2）学生根据实验要求，自行设计各种软件面板，定义仪器的功能，并以各种形式表达输出结果，进行实时分析。

（3）增加综合性实验，让学生自己选题，拟订方案，设计虚拟仪器检测系统，培养学生的创新和科研能力。

4 实验结果

负反馈放大电路图，开关K1、K2上拔，K3闭合，可以形成电压串联负反馈（同相比例运算器）。开关K1下拔、K2上拔，K3闭合，可以形成电压并联，按要求连接好电路，打开直流电源和信号源，调整其数值，就会看到万用表上显示的输出电压的值。把输出电压的值除以信号源的值，就可以得到由虚拟测试得出的闭环电压放大倍数Auf。然后把测试结果与下框中的理论计算相比较，以判断测试的正确性和存在的误差。同理，也可以算出输入、输出电阻的值。该实验可以通过选项菜单设置相应的电阻。通过一系列电路的测试和数据的读取分析与实物实验所得结果进行比较，得出本文设计的基于电子技术的仿真系统的电子线路虚拟实验能完整、准确、快速地达到所有电子线路课程的要求。

5 结语

虚拟实验，通过多媒体技术和仿真技术的有机结合，虚拟出逼真的实验场景，通过相应数学模型的建立，提供与实际实验的操作方法相类似的实践体验。作为实验教学的重要辅助手段，一方面，可以大大提高实验效率和效果，拓宽学生由感性认识上升到理性认识的途径，使学生在愉悦和主动的思维中牢固地掌握知识；另一方面，能更好地完善实验教学的结构，激发学生的创造性思维。模拟电子技术虚拟实验室的建立和实践，明显提高了实验课的教学效果。虚拟实验室不受时间及空间的限制，学生可以自主地完成实验，具有良好的发展前景。但虚拟实验的实现是一项非常复杂的工作，目前仅仅涉及的是简单数学模型的构建，还有许多理论和技术繁杂问题有待仿进一步的探讨。因此，在现有的条件下，虚拟实验是不可能完全代替实物实验的。实物实验在实验操作过程中的元件参数分散性、误差、噪声等现象都是客观存在的，开放性实物实验的立体直观对于培养学生的真切感受和创造性思维是至关重要的。

参考文献：

[1]朱洁.多媒体技术教程[M].机械工业出版社，2005.

[2]卜锡滨.电路与模拟电子技术[M].人民邮电出版社，2008.

[3]尹仁平，刘刚，汪立新，乔云生.虚拟测频仪的设计与实现[J].中国测试技术，2006（05）.

[4]胡晓峰，吴玲达.多媒体技术教程[M].人民邮电出版社，2005.

作者简介：井超（1996—），男，上海人，沈阳理工大学学生。

刘轩良（1996—），男，辽宁沈阳人，沈阳理工大学学生。

篇9：电子信息MATLAB系统仿真与设计

1 连续时间LTI系统的时域分析

在时域中, 可以用微分方程来表示连续时间LTI系统。通过求微分方程求解系统响应过程中, 对零状态响应的求解很困难, 容易出现错误。本文将《信号与系统》中的冲激响应和阶跃响应利用MATLAB求解。

LTI连续系统可用线性常系数微分方程来描述:

在MATLAB中, 控制系统工具箱提供了一个用于求解零初始条件微分方程数值解的函数lsim。其调用格式:

式中, t表示计算系统响应的抽样点向量, f是系统输入信号向量, sys是LTI系统模型, 用来表示微分方程、差分方程或者状态方程。其调用格式:

式中, b和a分别是微分方程的右端和左端系数向量。

已知某LTI系统的微分方程为:

其中, , 求系统的输出f (t) 。

显然, 这是一个求系统零状态响应的问题。利用MATLAB软件编程所绘制的。

系统零状态响应波形如图1所示:

在MATLAB中, 对连续LTI系统的冲激响应和阶跃响应, 可分别用控制系统工具箱提供的函数impluse和step来求解[2]。其调用格式为:

式中, t表示计算系统响应的抽样点向量, sys是LTI系统模型。

已知一个LTI系统的微分方程为:

求解系统的冲激响应和阶跃响应的波形。

利用MATLAB编程绘制的系统冲激响应和阶跃响应波形如图2、图3所示:

2 图形GUI设计

如图4所示, 摆放好各个控件的位置, 其中用到的有:按钮、编辑框、静态文本、弹出式菜单、坐标轴[3]。

在实验开发中, 实现零状态响应的代码如下:

其中以, 输入信号为3*t的仿真图形为图5:

利用MATLAB编程得到的冲激响应波形如图6, 阶跃相应波形如图7。

3 结论

基于MATLAB的连续时间LTI系统的时域分析与仿真及其GUI界面设计, 将MATLAB课程和《信号与系统》课程进行了有效地结合, 从而引发并锻炼学生利用所学课程知识综合解决实际问题的能力。

摘要：《信号与系统》课程的学习对数学功底要求较高, 因此学习起来有一定难度, 进而会减少学生学习兴趣。本文将具有数值计算、编程仿真等强大功能的MATLAB软件与《信号与系统》课程相结合, 利用MATLAB软件研究连续时间LTI系统的时域分析与仿真, 并利用GUI界面有效地将《信号与系统》课程和MATLAB课程相结合, 从而提高学生学习兴趣并培养学生将不同课程融合学习的好习惯。

关键词：连续时间LTI系统,MATLAB软件,GUI界面设计,时域分析,仿真设计

参考文献

[1]吴大正.信号与线性系统分析 (第三版) [M].高等教育出版社, 2002.

[2]张磊, 郭莲英, 丛滨.MATLAB实用教程 (第2版) [M].人民邮电出版社, 2014.

篇10：电子信息MATLAB系统仿真与设计

摘要：针对电力电子技术课程教学中的理论性比较强的内容，学生学习理解起来难度大的问题，本文以单相SPWM逆变电源为例进行仿真研究，采用MATLAB/SIMULINK强大的仿真功能进行建模仿真，使教学过程更直观形象，仿真结果和理论分析结果的一致，验证了基于MATLAB的电力电子系统建模和仿真的实用性。

关键词：仿真教学 SPWM 逆变电源

【中图分类号】TM1-4；G434

一、引言

电源设备广泛应用于科学研究、经济建设、国防设施及人民生活等各个方面，是电子设备和机电设备的基础， 在国民经济各个部门中都是相关的，应用最为广泛的是在工农业生产中。可以说，一切领域都要用到电源设备，凡是涉及电子和电工技术的。逆变电路是该电源的关键电路，其功能是实现DC/AC的功能变换，即在逆变电路的控制下把直流电源转换成SPWM波形供给后级滤波电路，形成标准的正弦波。采用IGBT作为开关器件，IGBT是自关断器件，用它做开关元件构成的SPWM逆变器，可使装置的体积小，斩波频率高，控制灵活、调节性能好、成本低。SPWM逆变器，简单的说，是控制逆变器开关器件的通断顺序和时间规律，在逆变器输出等幅、宽度可调的矩形波。

二、逆变电源概述

和逆变电源的发展联系在一起的是电力电子器件的发展，逆变电源的发展是电力电子器件的发展带动的。目前逆变器的核心部分就是逆变器和其控制部分，虽然在控制方法上已经趋于成熟，但是其控制方法实现起来还是有一定的困难。因此，对逆变电源的控制和逆变器进行深入研究具有很大的现实意义。早期的逆变电源，只需要保证其输出不断电，稳压、稳频即可。然而，现在的逆变电源除了这些要求以外，还必须是绿色环保的、高性能的逆变电源。必须满足：输入功率因数高，输出阻抗低；暂态响应快速，稳态精度高；高稳定性，高效率，高可靠性；网络功能完善；智能化；电磁干扰低。在传统的逆变电源中采用模拟电路控制，但模拟控制存在许多固有的缺点：

（1）采用大量分散元件和电路板，硬件成本偏高，系统可靠性下降；

（2）人工调试器件，导致生产效率降低及控制系统一致性差；

（3）器件老化及热漂移问题，导致逆变电源输出性能下降，甚至导致输出失败；

三、SPWM调制技术

SPWM是实现逆变器输出交流电压调节、减小输出电压谐波的一种控制方法。利用SPWM

控制构成的逆变器调节性能好，速度快，可使调节过程中频率和电压相配合，以获得好的动态性能，输出电压波形接近正弦波。SPWM逆变器具有以下主要特点：

（1）逆变器同时实现调频调压，系统的动态响应不受直流环节滤波器参数的影响。

（2）可获得正弦波的输出电压波形，低次谐波减少，在电气传动中，可使传动系统转矩脉冲大大减少，扩大调速范围，提高系统性能。

（3）组成变频器时，主电路只有一组可控的功率环节，简化了结构，由于采用不可控整流器，使电网功率因数接近于1，且与输出电压大小无关。

四、IGBT介绍

选用IGBT作为逆变器的功率开关器件， IGBT是一种复合型功率开关器件，它既有单极型电压驱动的MOSOFT的优点，又结合了双极型开关器件BJT耐高压，电流大的优点。其开关速度显然比功率MOSFET低，但远高于BJT，又因为它是电压控制器件，故控制电路简单、稳定性好。IGBT的最高电压为1200V，最大电流为1000A，工作频率高达1000kHz。它具有电压控制和开关时间（约为300ns）极短的优点。

五、逆变器控制电路

逆变器采用单相桥式电压型逆变电路，负载为感性负载，给定为正弦波ur为调制波，载波uc为三角波，正弦波ur与三角波uc的交点时刻控制各开关器件的通断。工作时，通过对T1～T4管的合理通断切换，使逆变电路输出电压为交变电压，其中T1、T2的通断状态互补，T3、T4的通断状态互补。采用双极性控制方式时，在正弦波ur的正、负半周期内，ur与三角波uc的交点时刻控制各开关器件的通断。即当ur>uc时，给T1、T4以通信号，给T2、T3以关断信号，引时如果负载电流io>0，则T1、T4导通。如io<0，则VD1、VD4导通，但不管哪种情况，都是输出电压Uo=Ud。当Ur0，则VD2和VD3导通，但不管哪种情况都是uo=-Ud。其具体控制电路如图1所示：

逆变器的输出电压为SPWM波形时，其低次谐波将得到很好的抑制和消除，高次谐波又

能很容易滤去，从而可获得比较理想的正弦波输出电压。

六、逆变电路仿真建模

利用MATLAB软件的SIMULINK工具对电路进行建模，电路模型图如下图2所示：

交流电压参数设置：交流电压峰值为100V，频率为60Hz。

电阻R1的参数设置：电阻R1=1000Ω，L=0H，C=inf。

电阻R2的参数设置：R2=20Ω，L=0H，C=inf。

IGBT的参数设置：Rn=0.001Ω，Lon=0H，Uf=0.8，Rs=10Ω，Cs=250e-6F。

电容C的参数设置：R=0Ω，L=0H，C=100?F。

电容C1 的参数设置：R=0Ω，L=0H，C=10?F。

电感L的参数设置：R=0Ω，L=1H，C=inf。

普通桥的参数设置：Number of bridge arms为2，Power Electronic device为Diodes。

1、SPWM控制器子系统创建：双击上图中的SPWM模块，在子系统窗口内编辑SPWM发生电路控制器的SIMULINK模型，如下图3所示：

选用了一个关系运算模块以实现与门输出

三角波的参数设置：时间值为【-0.3 0.3】，输出值为【-2 2】

正弦波的参数设置：振幅为0.5

2、仿真结果

设置好各模块参数后，单击工具栏“Simulation”菜单下的“Start”命令进行仿真，双击示波器模块，得到仿真结果如下图4所示：

七、结束语

在电力电子技术课程的逆变电源教学研究中引入了仿真，对于加深学生对这门课程的理解起到了良好的作用。掌握了仿真的方法，学生的想法可以通过仿真来进行验证，学生对理论的理解就会更深刻，对培养学生的创新能力很有意义，并且可以调动学生学习的积极性。而仿真教学不受时间、空间和实训条件的限制，学生可以在课外自行仿真练习。仿真在促进教学改革、加强学生软件操作能力方面起到了积极的推动作用。

【基金】 湖南省教育厅职业院校教育教学改革研究项目（编号：ZJB2012023）

八、参考文献

[1]. 李传琦.电力电子技术计算机仿真实验[M].电子工业出版社，北京，2006年2月

[2]. 王云亮.電力电子技术[M].电子工业出版社，北京，2004年8月

[3]. 李雅轩.电力电子技术[M].中国电力出版社，北京，2007年3月

[4].王兆安，黄俊.电力电子技术（第4版）[M].机械工业出版社，2000