信号处理仿真及应用实验指导书
实验一 电路的建模与仿真
——MATLAB程序设计
一、实验目的：
1、熟悉MATLAB命令和编辑、运行、调试环境； 2、编写M文件，实现电路仿真。
二、实验原理与方法：仿真RLC电路的响应，要求运用电路分析知识编写M文件，计算电流，并绘制出图形。 二、实验内容及步骤：
方法一：采用函数文件形式进行仿真（参考教材P18例子）
1、如下图所示电路的初始能量为零，t=0时刻，将一个25mA的直流源作用到电路上，其中电容C=0.1F，电感L=1H，电阻R=4?，画出图中电感L支路上电流iL的图形。
I t=0 iC CiL L iR R
列写出关于电感L支路上电流iL的微分方程 2、根据建模分析 3、进行MATLAB仿真建立M文件，运行求解微分方程 4、绘制电感支路电流图形
方法二、采用MATLAB函数dsolve进行仿真
1、运用电路分析知识建立电路模型
如上图所示电路的初始能量为零，t=0时刻，将一个25mA的直流源作用到电路上，其中电容C=25nF，电感L=25mH，电阻R=400?（注意该参数与前面的参数不同）。列写出关于电感L支路上电流iL的微分方程
因为电路初始能量为0，而且电感上的电流不能突变，所以在开关打开瞬间电感上的电流iL(t)?0(t?0),电感上的电压VL(t)?0(t?0),又VL(t)?L*d(iL)/dt,所以：
diLdt(0)?0 （1）
?根据电路图及基尔霍夫电流定律可得：
iL?iR?iC?I （2）
其中，iR,iC的表达式分别如下：
iR?VR，iC?CdVdt （3）
在上式中，V为电阻R两端电压，同时也就是电容两端电压，又有如下式关系：
V?LdiLdt
dVdt?LdiLdt22 （4）
将（3）式与（4）式依次代入（2）式，可得如下表达式：
diLdt22?1diLRCdt?iLLC?ILC
2、进行MATLAB仿真建立M文件，运行求解微分方程 desolve：求解微分方程符号的一般指令，其通用格式为： r?dsol(v'e1e,q2e?,?q?','con1d,c?o?2n?,d
v其中，eq1,eq2,?分别代表按序排列的不同微分方程，cond1、cond2分别代表微分方程式的初始条件，v代表微分方程中的独立变量（其默认独立变量为t）。此外指令中用到字母D，代表与独立变量有关的微分，例如：DiL代表式子：d(iL)/dt；如D后面跟有数字n，则代表进行n次微分，没有则为默认的一次微分。
3、绘制电感支路电流图形
ezplot：作图指令，专门用于函数作图，通用格式为：ezplot(f,[min,max]) 其中，f代表函数，[min,max]代表函数中变量的范围。
在此例中t的范围很小，是为了观察iL在电路加上电流I的瞬间的变换情况。 三、实验思考：
1、基尔霍夫电流定律 2、命令行与M文件的区别
实验二 正弦稳态电路仿真
—— SIMULINK实现
一、实验目的：熟悉SIMULINK常用模块。建立含受控源的电路模型并进行仿真。 二、实验原理：仿真正弦稳态电路 三、实验内容及步骤：
1根据电路图建立SIMULINK电路模型
如图所示电路，已知C1=0.5F，R2=R3=2?，L4=1H，Us=10cost，Is(t)=5cos2t，求b，d两点间的电压
2建立SIMULINK电路模型
新建一个名为sy02.mdl的仿真模型文件，需要选用以下模块并设置其参数
a C1 + Us b R2 c 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，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
此外还需要双击“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 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。
上述工作进行完毕后，运行该模型，得到Scope的输出图形。 四、实验思考：
Simulink仿真的直观性 五、可用的MATLAB函数
R3 d Is L4 实验三 组合逻辑电路仿真
一、实验目的：应用SIMULINK实现编、移码器和加法器的仿真。 二、实验原理：
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，其一般结构框图如下所示：
X1 X2 X3 X4 … 组合逻辑电路 …F1 F2 F3 F4 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。
编码器是指用选定的一组0、1序列来标识特定对象的过程，执行编码功能的电路称为编码器，结构框图如图所示：
设编码器有n个输入端X0,X1,...Xn?1，有m个输出端Z0,Z1,...Zm?1。为了不使输出发生混乱而产生错误，规定在任何给定时间内，n个输入端中只有一个输入出现，其余n-1个输入均不得出现。为使输入与输出建立一一对应的关系，即一个被编码的对象具有一个特定的代码，输出的位数应满足：
m?log2 （该式中，m应取满足该式的最大整数）
n X0 X1 … 编码器 Z0 Z1 … Xn-1 数字系统是以二进制进行运算的，所以常常需要将用的十进制表示法与二进制表示法相互进行转换，编码器就起到了十分关键的作用。 三、实验内容及步骤：
利用SIMULINK模块进行一个3位二进制编码器的仿真。 1、系统分析
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：
X0 Zm-1 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 Z0 Z1 Z2 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 根据真值表可以直接写出逻辑表达式：
Z2?X4?X5?X6?X7,Z1?X2?X3?X6?X7,Z0?X1?X3?X5?X7
２、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X0,X1,...X7。分别双击各个模块，对其参数进行调整。
在Pulse Generator打开的的参数对话框界面中进行相应的设置，在Pulse type选项中有Time based（默认选项）和Sample based两项。
如果选中Time based项，模块按照时间参数输出脉冲序列；
如果选中Sample based项，模块将根据设定的采样频率及其他相关参数输出序列。 在此选择Sample based项。
对“Block Parameters”对话框进行设置：
“Amplitude”文本框：用于设定调整脉冲输出幅度；
“Period（number of samples）”文本框：用于设定按照采样时间长度确定产生的脉冲序列周期；
“Pulse width（number of samples）”文本框：用于设定按照采样时间长度确定产生的脉冲序列周期；
“Phase delay (number of samples)”文本框：用于设定每一个脉冲持续的时间长短（即电平为1的时间，以采样时间为单位）；
“Sample time’文本框：该文本框用于确定采样时间，单位是s（秒）； *Logical Operator（逻辑操作）模块
位于Simulink节点下的Math Operations模块库中，用于实现逻辑表达式的运算 Logical Operator模块参数调整 * Scope（示波器）模块
位于Simulink节点下的Sinks模块库中，本例用到3个示波器。 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。 四、实验思考：
本次实验利用Simulink已有模块完成数字电路的编码器仿真，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。 五、可用的MATLAB函数
实验四 时序逻辑电路仿真
一、实验目的：应用SIMULINK实现时序逻辑电路的仿真