计算机辅助设计与仿真实验报告.docx

计算机辅助设计与仿真实验报告.docx

《计算机辅助设计与仿真实验报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机辅助设计与仿真实验报告.docx（39页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

计算机辅助设计与仿真实验报告

实验报告

课程名称：

计算机辅助设计与仿真

实验题目：

计算机辅助设计与仿真

专业班级：

学生姓名：

学生学号：

实验时间：

指导教师：

实验一MATLAB基本操作

一、实验目的

1、熟悉MATLAB环境。

2、掌握MATLAB矩阵输入、运算以及MATLAB的数值运算功能。

3、掌握各种数据的创建‘访问，扩建，缩减。

创建一个2*2元宝叔祖，扩充和缩减

二、实验内容及结果

1、利用help命令，查找plot、stem、clear、clc、who、whos和*、.*等的帮助文件。

同时练习helpdesk命令。

2、在命令窗口中运行demo命令，运行有关通信、信号处理的演示。

3、输入X=[1,2,3],Y=[4,5,6]，计算Z=X.*Y，Z=X.\Y，Z=X.^Y，Z=X.^2，2.^[XY]。

以及输入D=[1,4,7;8,5,2;3,6,0]，计算Z=D^3,D.^3，Z=3.^D，掌握元素运算和矩阵运算的区别。

解：

>>X=[123];

>>Y=[456];

>>Z=X.*Y

Z=

41018

>>Z=X.\Y

Z=

4.00002.50002.0000

>>Z=X.^Y

Z=

132729

>>Z=X.^2

Z=

149

>>Z=2.^[XY]

Z=

248163264

>>D=[1,4,7;8,5,2;3,6,0]

D=

147

852

360

>>Z=D^3

Z=

627636510

804957516

486612441

>>Z=D.^3

Z=

164343

5121258

272160

>>Z=3.^D

Z=

3812187

65612439

277291

4、输入X=[-101]，计算Y=X-1，l=length（X），pi*X，X*Y'，Y'*X，验证矩阵的左乘与右乘不相等,此外，试举例比较size和length的区别。

解：

>>X=[-101];

>>Y=X-1

Y=

-2-10

>>l=length（X）

l=

3

>>pi*X

ans=

-3.141603.1416

>>X*Y'

ans=

2

>>Y'*X

ans=

20-2

10-1

000

>>size（X）

ans=

13

5、输入A=[1,2,3;4,5,6],B=[2,4,0;1,3,5],D=[1,4,7;8,5,2,;3,6,0]，计算D\A',A/D，掌握矩阵的左除与右除的含义。

解：

>>A=[1,2,3;4,5,6];

>>B=[2,4,0;1,3,5];

>>D=[1,4,7;8,5,2,;3,6,0];

>>D\A'

ans=

-0.03700

0.51851.0000

-0.14810

>>A/D

ans=

0.40740.07410.0000

0.74070.40740.0000

6、

（1）计算

时值。

（2）

解：

（1）>>y1=2^3+（2-0.98）^2/（2+1.25）^3-5*（2+1/2）

y1=

-4.4697

>>y2=4^3+（4-0.98）^2/（4+1.25）^3-5*（2+1/4）

y2=

52.8130

（2）>>cos（pi/3）-sqrt（9-sqrt

（2））

ans=

-2.2542

7、请建立一个等比数列，然后由它产生一个对角阵，并储存这个矩阵。

调出上面储存的矩阵，并由它产生一个列向量。

解：

>>A=[124816]

A=

124816

>>B=diag（A）

B=

10000

02000

00400

00080

000016

>>B（:

3）

ans=

0

0

4

0

0

8、向量的产生，直接输入

利用linspacelogspace及t=m:

s:

n方式产生，并对所产生的向量进行加减乘除操作，区分向量操作与矩阵的区别。

解：

直接输入：

>>A=[1234567]

A=

1234567

>>B=linspace（2,9,7）

B=

2.00003.16674.33335.50006.66677.83339.0000

>>C=logspace（1,2,7）

C=

10.000014.678021.544331.622846.415968.1292100.0000

>>B+C

ans=

12.000017.844725.877737.122853.082675.9625109.0000

>>B-C

ans=

-8.0000-11.5113-17.2110-26.1228-39.7492-60.2959-91.0000

>>B.*C

ans=

20.000046.480393.3588173.9253309.4393533.6788900.0000

>>B.\C

ans=

5.00004.63524.97185.74966.96248.697311.1111

3、总结

（1）思考题

1、MATLAB中元素运算和矩阵运算的区别是什么？

答：

元素运算用：

.+、.-、.*、./，即点加、点乘等等，是对元素的运算操作；矩阵用:

+、-、*、/,可能会改变矩阵的维数。

2、矩阵的左除与右除的含义是什么？

答：

xA=B即：

x=B/A,右除；Ax=B即：

x=A\B，左除。

（2）实验体会：

对于这次实验，由于已经学过matlab这门课，所以觉得比较基础，没有什么困难，只不过要清楚元素运算和矩阵运算的区别。

通过这次实验，我更加熟悉了matlab的环境。

实验二、M文件的编写及调试

1、实验目的

1、熟悉MATLAB中M文件的编辑环境；

2、掌握MATLAB中M文件的编写与调试；

3、熟悉MATLAB中基本程序语句的使用；

2、实验内容及结果

1、在命令窗口中输入edit命令，观察M文件编辑器的组成及各部分功能。

2、在命令窗口中输入helpfunction，观察function函数的功能，并编写排序函数对输入元素进行排序：

格式：

paixu（A,B），其中A为一矩阵或向量，函数实现对A中元素进行排序，B为0表示升序，为1表示降序；当A为矩阵时实现对矩阵A的各行进行排序。

（要求，循环结构分别利用for、while语句实现；升降序选择用switch语句实现）。

解：

M文件（for）：

functiona=paixu（A,B）;

c=length（A）;

switchB

case0

fori=1:

c-1;

forj=i+1:

c;

if（A（i）>A（j））

k=A（i）;

A（i）=A（j）;

A（j）=k;

a=A;

end

end

end

case1

fori=1:

c-1;

forj=i+1:

c;

if（A（i）

k=A（i）;

A（i）=A（j）;

A（j）=k;

a=A;

end

end

end

end

调试：

>>A=[251693];

>>paixu（A,0）

ans=

123569

>>paixu（A,1）

ans=

965321

M文件（while）：

functiona=paixu（A,B）

c=length（A）;

switchB

case0

i=1;

while（i<=c-1）

if（A（i）>A（i+1））

k=A（i）;

A（i）=A（i+1）;

A（i+1）=k;

i=i+1;

end

a=A;

end

case1

i=1;

while（i<=c-1）

if（A（i）

k=A（i）;

A（i）=A（i+1）;

A（i+1）=k;

i=i+1;

end

a=A;

end

end

>>A=[251693];

>>paixu（A,0）

ans=

123569

>>paixu（A,1）

ans=

965321

3、根据2中观察所得的function帮助内容，在paixu函数中加入提示别人调用该函数的帮助内容。

解：

functiona=paixu（A,B）;

c=length（A）;

switchB

case0

fori=1:

c-1;

forj=i+1:

c;

if（A（i）>A（j））

k=A（i）;

A（i）=A（j）;

A（j）=k;

a=A;

end

end

end

case1

fori=1:

c-1;

forj=i+1:

c;

if（A（i）

k=A（i）;

A（i）=A（j）;

A（j）=k;

a=A;

end

end

end

end

helppaixu

4、自行编写函数，定义全局变量及局部变量，并进行访问，观察全局变量与局部变量的区别。

解：

局部变量：

functionlocal

x=rand（2,2）;

y=[678;394];

z='函数中的变量';

u={x,y,z};

disp（z）

whos

local

函数中的变量

NameSizeBytesClassAttributes

u1x3272cell

x2x232double

y2x348double

z1x612char

全局变量：

globalxyz

>>xyz=43

xyz=

43

whos

NameSizeBytesClassAttributes

xyz1x18doubleglobal

>>xyz=54

xyz=

54

>>clearxyz

>>whos

>>whosglobal

NameSizeBytesClassAttributes

xyz1x18doubleglobal

>>xyz=78

xyz=

78

>>whos

NameSizeBytesClassAttributes

xyz1x18double

>>globalxyz

Warning:

Thevalueoflocalvariablesmayhavebeenchangedtomatchthe

globals.FutureversionsofMATLABwillrequirethatyoudeclare

avariabletobeglobalbeforeyouusethatvariable.

>>xyz

xyz=

54

5、编写一个函数，输入参数个数为2~5，输出参数个数为1~3，利用函数nargin、nargout及nargchk完成判断输入参数个数功能，输入、输出参数个数不同，函数返回结果不同。

当输入或者输出参数个数不在此范围内时，返回错误或警告提示。

（error或warning）

解：

unctionc=testarg（a,b）

%TESTARG检测输入输出参数个数

%该函数根据不同的输入输出参数个

%数进行相应的操作

if（nargout~=1）

disp（'使用该函数必须指定一个输出参数!

'）;

return

end

switchnargin

case0

disp（'使用该函数至少需要一个输入参数!

'）;

c=[];

return

case1

c=a.^2;

case2

c=a+b;

end

6、编写M文件试用input函数的功能：

解：

functionlqm

a=input（'输入（1,5,10）:

'）;

>>lqm

输入（1,5,10）:

1

1

7、提示‘请输入…’分别实现输入数字和字符串

解：

functionlqm

input（'请输入数字:

\n'）;

input（'请输入字符串：

','s'）

>>lqm

请输入数字:

24678

请输入字符串：

longqianmei

ans=

longqianmei

8、请编写一个判断数据（整数）奇偶性的函数。

两种方法（1、（'用if-elseif-end语句判断奇偶数'）,2、'用switch-case语句判断奇偶数）

解：

第一种方法：

functiony=f（x）

if（mod（x,2））

disp（'奇数'）;

else

disp（'偶数'）;

end

>>f（89）

奇数

>>f（36）

偶数

第二种方法：

functiony=y（x）

y=mod（x,2）;

switchy

case0

y=0;

case1

y=1;

end

>>y（36）

ans=

0

>>y（57）

ans=

1

3、总结

1、MATLAB中M文件的编写与调试的过程是什么？

答：

在file-new-'M_File'里面编写M文件，看右边的调试框，当呈现红色时说明有语法错误等，直到是绿色为止，程序已然无任何语法错误，然后保存在matlab的根目录work里面。

2、MATLAB中基本程序语句的如何使用？

答：

调用M文件可直接调用文件名，注意文件名不能用ｍａｔｌａｂ自带的函数命名，否则就不能正常调用Ｍ文件。

因为一同会优先考虑那是系统函数，而不是文件名。

3、实验体会：

此次实验，根据实验题目和老师的课件，基本上没什么问题，最大的问题是在编写M文件排序上，由于要用到C语言的知识，所以有很多不熟，不过在同学和老师的帮助下，最终还是成功了。

实验三、MATLAB绘图及信号产生

1、实验目的

1、掌握MATLAB的二维、三维绘图方法；

2、掌握MATLAB产生基本的信号。

2、实验内容及结果

1、绘制如下图所示的图形（使用plotezplotmeshgridsurfmesh）。

解：

（1）>>t=0:

pi/25:

2*pi;

x=sin（t）;

y=cos（t）;

plot（x,y）,gridon

>>

（2）>>t=0:

pi/50:

2*pi;

y1=sin（t）;

y2=cos（t）;

plot（t,y1,'r',t,y2,':

b'）,title（'正弦曲线和余弦曲线'）,xlabel（'弧度值'）,ylabel（'函数值'）,gridon

>>

（3）其中f（x,y）=3*（1-X）.^2.*exp（-（X.^2）-（Y+1）.^2）-10*（X/5-X.^3-Y.^5）.*exp（-X.^2-Y.^2）-1/3*exp（-（X+1）.^2-Y.^2）

>>[X,Y]=meshgrid（-4:

0.125:

4）;

Z=3*（1-X）.^2.*exp（-（X.^2）-（Y+1）.^2）-10*（X/5-X.^3-Y.^5）.*exp（-X.^2-Y.^2）-1/3*exp（-（X+1）.^2-Y.^2）;

>>subplot（2,1,1）;mesh（X,Y,Z）;gridon

>>subplot（2,1,2）;surf（X,Y,Z）;gridon

>>shadinginterp

>>

2、利用sin、cos、sawtooth、square分别生成一连续和离散时间周期信号，要充分利用其中每个函数的参数。

解：

>>n=0:

pi/20:

2*pi;

>>y1=sin（n）;

>>subplot（2,1,1）,plot（n,y1）,gridon

>>subplot（2,1,2）,stem（n,y1）,gridon

>>

>>y2=cos（n）;

>>subplot（2,1,1）,plot（n,y2）,gridon

>>subplot（2,1,2）,stem（n,y2）,gridon

>>

>>t=0:

pi/10:

10*pi;

y3=sawtooth（t,1）;

subplot（2,1,1）,plot（y3）,gridon

subplot（2,1,2）,stem（y3）,gridon

>>

>>t=0:

0.001:

15*pi;

y=square（t,20）;

plot（t,y）;

axis（[025-1.51.5]）

>>

>>n=-10:

10;

y=square（n,20）;

stem（y）

>>

3、分别生成离散时间的单位冲击信号和单位阶跃信号。

解：

冲击函数

>>n=1:

10;N=5;

>>seg=[n-N==0];

>>stem（n,seg）

>>

阶跃函数

>>n=1:

10;N=5;

>>seg=[n-N>=0];

>>stem（n,seg）;gridon

>>

4、编写程序产生如图1所示的信号向量，并绘制图形。

解：

>>t=-6:

0.01:

6;

>>y=

（2）.*（t>=-6&t<-4）+（2*（t+3）.^2）.*（t>=-4&t<-2）+

（2）.*（t>=-2&t<0）+（t+2）.*（t>=0&t<3）+（-0.5*t+3）.*（t>=3&t<=6）;

>>plot（t,y）;gridon

>>

3、总结

对于matlab绘图和信号产生实验，前面基本上没什么难度，最大的难度是最后一个分段函数，本以为还要编写M文件程序来绘图，结果老师讲解了更简单的方法，对于此次实验，我受益匪浅。

实验四、基本SIMULINK仿真系统设计

1、实验目的

1、熟悉MATLAB中基本SIMULINK仿真环境；

2、掌握SIMULINK进行系统仿真设计的基本步骤；

3、了解SIMULINK中各模块库；

4、掌握仿真系统参数设置及子系统封装技术；

二、实验内容及结果

1、在命令窗口中输入SIMULINK命令，观察其模块库的构成；

2、了解专业模块库中的communication及DSP，熟悉其中的demo。

3、新建一个模型文件，搭建一个简单的simulink信源系统信宿仿真模型，并进行系统仿真。

改变系统仿真环境参数，观察其变化。

解：

改变参数后：

4、在3步基础上，构建子系统，并设置封装参数，至少2个，以变量方式传递。

解：

示波器：

示波器1：

封装：

子系统：

5、完成一正弦稳态电路的SIMULINK模型仿真及M文件方式仿真实现，并比较两种方式各自的优缺点。

解：

M文件：

w=[1,2];

Us=[10,0];

Is=[0,5];

Z1=1./（0.5*w*j）;

Z4=1*w*j;

Z2=[2,2];

Z3=[2,2];

Uoc=（Z2./（Z1+Z2）-Z4./（Z3+Z4））.*Us

Zeq=Z3.*Z4./（Z3+Z4）+Z1.*Z2./（Z1+Z2）

U=Is.*Zeq+Uoc

disp（'wUmphi'）

disp（[w',abs（U'）,angle（U'）*180/pi]）

>>U='3.1623*cos（t-18.4349）+7.0711*cos（2*t-8.1301）';

>>ezplot（U,[0,20]）

>>

3、总结

1、SIMULINK的基本功能是什么？

答：

交互式、图形化建模环境；交互式仿真环境；专用模块库（blocksets）

2、SIMULINK进行系统仿真设计的基本步骤是什么？

答：

选择模块；模块连接；信号组合与分支；运行仿真。

3、如何封装一个子系统？

答：

点击要封装的部分后，再单击右键，点封装。

4、实验体会：

这次实验是将我们的理论知识化为操作能力的开端，让我们更加的理解的理论知识，也提高了我们学习知识的兴趣。

在实验操作中，有些问题，对于我来说，在simulink仿真时，寻找模块是我最大的问题，时常找很久都没有找到，不过现在知道怎么寻找了，以后我应该多多练习。

实验五、基于SIMULINK数字逻辑电路仿真

1、实验目的

1、进一步熟悉MATLAB中基本SIMULINK仿真环境及子系统封装技术；

2、掌握SIMULINK数字逻辑电路仿真系统的设计方法；

3、熟悉基本触发器模块的使用；

4、体会SIMULINK系统仿真与M文件系统仿真的差别；

二、实验内容及结果

1、设计一8-3线二进制编码器仿真系统，观察其仿真结果；将其封装为一个子系统模块，并设置传递参数。

解：

参数设置：

PulseGenerator模块：

Pulsetype选择samplebased；

Period设置为8；

Pulsewidth设置为1；

Phasedelay：

X0~X7依次设置为0~7；

LogicalOperator模块：

Operator选择为OR

Numberofinputports设置为4

Scope模块：

设定坐标轴个数为8（输入）和3（输出），

Ticklabel选择all

Scope:

Scope1:

封装：

子系统：

2、设计一3-8线二进制译码器仿真系统，观察其仿真结果；将其封装为一个子系统模块，并设置传递参数。

利用编码器和译码器子模块搭建系统，观察输入与输出是否相同。

解：

输入：

输出：

封装：

子系统：

3、总结

1、SIMULINK数字逻辑电路仿真系统的设计方法是什么？

答：

先根据要求设计电路，再根据电路图选择合适的模块进行模块连接，最后进行仿真。

2、实验体会：

这次实验主要是进一步熟悉MATLAB中基本SIMULINK仿真环境及子系统封装技术；掌握SIMULINK数字逻辑电路仿真系统的设计方法；熟悉基本触发器模块的使用；体会SIMULINK系统仿真与M文件系统仿真的差别。

通过实验我已经十分熟悉了数字逻辑电路仿真的设计方法。

实验六、ProtelDXP中电路原理图设计

1、实验目的

1、熟悉ProtelDXP中原理图设计环境；

2、掌握基本的电路原理图设计方法；

3、熟悉原理图元件库的添加过程；

4、熟悉原理图元件库中的基本元器件符号；

5、掌握层次原理图设计的基本方法。

二、实验内容及结果

1、打开ProtelDXP软件，观察界面构成；创建一个工程，在工程中添加一个原理图文件，观察原理图文件编辑器的界面环境构成。

解：

2、在Design下打开Br