二、实验原理：
时序逻辑电路与组合逻辑电路最大的区别在于，研究时刻的输出不仅取决于研究时刻的输入，而且还依赖于研究时刻以前的输入。因此，从电路结构来看，时序电路一定要包含存储器件，它的作用就是用来“记忆”研究时刻以前的输入情况。
基本触发器：
在MATLAB的Simulink中有专门的触发器模块，它们都位于Simulink Extras节点下的Flip Flop模块库中。有RS触发器，JK触发器，D触发器等模块。
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，而控制电路主要由门电路构成。
仿真时序逻辑电路 三、实验内容及步骤：：
首先新建一个Simulink模型文件，将其命名为sy04.mdl。
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。
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能的需要，由此搭建二位并行寄存器Simulink模型图
接S端 NOR 接R端 NOR 接输入信号
Clock
图4-1并行寄存器控制
电路
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 type Amplitude Period Pulse width Phase delay Sample time D0 D1 Sample based Sample based 1 1 3 3 1 1 0 0 1 0.25 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。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）、Q2(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；而当时钟信号在低电平时，输入信号全部送到了输出端。
此外，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。 四、实验思考：
思考如何实现三位并行寄存器。 五、可用的MATLAB函数
Smulink模块： S-R Flip-Flop模块 NOR门
Clock时钟模块 Scope示波器模块 输入信号源D0、D1
实验五 IIR、FIR滤波器的设计
一、实验目的：应用交互式滤波器设计工具FDATool设计IIR、FIR滤波器 二、实验原理：
数字滤波器的设计是数字信号处理技术的又一个核心问题，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—FDATool。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。如果用户安装了Filter Design Toolbox，在FDATool中还可以考察滤波器量化对滤波器性能造成的影响；如果用户安装了DSP Blockset，则可以将设计出的滤波器通过Smulink中的模块加以仿真。
启动方式，有如下两种：
1）在“Command Window”窗口中键入命令： ＞＞fdatool
2）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）。
将启动滤波器设计工具FDATool，总体来说，这个工具应该是直观易用的，应该在掌握基础知识的基础上，配合帮助文档，才能很快的熟悉该工具。
FDATool工具的主界面如下所示：
图 5－1交互式信号处理工具—FDATool 三、实验内容及步骤： 实验内容：
1、利用模拟滤波器原型设计IIR滤波器
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 =30dB 采样频率为100000 Hz。
2、利用设计的滤波器进行信号滤波处理，同时观测滤波前后的信号频谱。 实验步骤：
1、打开FDATool的滤波器设计及分析界面，如上所示。
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Butterworth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，包括滤波器阶数、幅频响应、相频响应（以上三项必做）、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）。
更改滤波器的相应参数，如过渡带宽度、阻带最小衰减，观测滤波器阶数、幅频响应的变化。
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。
9、通过Simulink产生出两个正弦波的合成信号（频率分别为4KHz和13KHz），通过频谱分析仪分别观测滤波前后信号频谱的变化（频谱分析仪的参数设置参看教材P69）。
10、更改滤波器的设计参数（阻带最小衰减），重复步骤9，观测滤波后13KHz信号滤波器后频谱峰值的变化（该项为选做项目）。 四、实验思考：
尝试FDATool的其它功能，导入滤波器、滤波器量化、滤波器变换。对FDATool的功能基本熟悉。
实验六 通信系统设计
一、实验目的：
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）。 二、实验原理：
混合系统仿真技术的一般知识：
在对混合系统进行仿真分析时，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。
用户只需选择Format菜单中的Sample time colors命令便可实现这一功能。其中黑色的信号表示连续信号，其它颜色的信号表示离散信号；并且不同的颜色表示采样时间的不同，其中红色的信号表示其采样速率时间最快，绿色次之，而黄色表示含多速率的系统或信号。
在实际的通信系统中，所有的信道都存在着不同程度的信道噪音，均使信道所传递的信号受到一定的损失。 三、实验内容及步骤：
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：
...?3（1）通信信道动态方程为10?9y?10y?
y?u，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：
Y(s)U(s)?110?9s?102?3s?1（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1024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：
Y(Z)U(Z)?0.04?0.08z1?1.6z?1?1?0.04z?2?2?0.7z