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钱学敏通原课设
Metlab分析DSB调幅电路原理论文
摘要:
本文可分为四个个部分,第一部分介绍课程设计的目的和要求;第二部分对MATLAB软件的特点、功能作详细介绍;第三部分介绍DSB调幅电路原理与MATLAB仿真;第四部分做总结。
关键字
引言
1.课程设计教学目的及要求
1.1课程设计的目的
1)培养正确的设计思想,理论联系实际的工作作风,严肃认真、实事求是的科学态度和勇于探索的创新精神。
2)巩固所学的专业技术知识,培养综合运用所学知识与生产实践经验,分析和解决工程技术问题的能力,培养初步的独立设计能力。
3)通过课程设计实践,了解并掌握通信系统、通信调制解调等技术的一般设计方法,训练并提高在理论计算、结构设计、工程绘图、查阅设计资料、运用标准与规范和应用计算机等方面的能力,更好地将理论与实践相结合,提高综合运用所学理论知识独立分析和解决问题的能力。
4)在熟悉MATLAB基础上应用simulink仿真,通过反复调试和理解,基本掌握该仿真软件的使用。
1.2课程设计要求
1)设计一个DSB调幅电路;
2)用simulink对系统建模;
3)输入模拟话音信号观察其输出波形;
4)对所设计的系统性能进行仿真分析;
5)对其应用举例阐述。
2.matlab简介
MATLAB是Mathwork公司推出的一套高效率的数值计算和可视化软件。
它以及其强大的数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示功能以及一个方便的、界面友好的用户环境吸引了广大专家学者的关注。
MATLAB由主包和功能各异的工具箱组成,其最基本的数据结构是矩阵,也就是说它的操作对象是以矩阵为单位的。
正如MATLAB这个名字(MatrixLaboratory,矩阵实验室),MATLAB起初主要用来进行矩阵运算。
而随着MATLAB不断的发展,和各种工具箱的不断开发,它已经成为一种功能强大的综合性的实时工程计算软件,广泛应用于各种领域。
MATLAB系统共有5个主要部分构成:
1)MATLAB语言;
2)MATLAB工作环境;
3)MATLAB数学函数库;
4)MATLAB图形处理系统;
5)MATLAB应用程序接口。
2.1MATLAB语言
MATLAB语言是一种面向对象的高级语言,正如前面所述,它以矩阵作为最基本的数据结构。
MATLAB语言由自己独特的数据结构、输入输出功能、流程控制语句和函数。
MATLAB在工程计算方面具有其他高级语言无法比拟的优越性,它集计算、数据可视化、程序设计于一体,并能将数学问题和解决方案以用户熟悉的数学符号表示出来。
2.2MATLAB工作环境
MATLAB工作环境是一个个集成化的工作空间,它给用户提供了管理变量和输入输出数据的功能,并提供了用于管理测试M文件的工具。
它主要包括以下部分:
1)命令窗口;
2)M文件编辑调试器;
3)MATLAB工作空间;
4)M在线帮助文档。
2.3MATLAB数学函数库
MATLAB数学函数库中包括了大量的数学函数,既有诸如求和、取正弦、指数运算等简单函数,也包含了矩阵转置、傅里叶变换、矩阵分解、求解线性方程组等复杂的函数。
MATLAB数学函数有两种方式,第一种是比较简单的内部函数,他们直接内置于MATLAB的核心中,因此运行的效率很高;第二种是以M文件提供的外部函数,他们极大的扩展了MATLAB的功能,并使MATLAB具有了很高的可扩充性,使MATLAB能够应用于越来越多的科学领域。
2.4MATLAB图形处理系统
MATLAB具有强大的图形处理功能,用于使科学计算的结果可视化。
MATLAB图形处理系统的功能主要包括:
1)二维图形的绘制和处理;
2)三维图形的绘制和处理;
3)图形用户界面的定制。
2.5MATLAB应用程序接口
MATLAB应用程序接口是一个让MATLAB语言同C、FORTRAN等其他高级语言进行交互的函数库,该函数库的函数通过动态链接来读写MATLAB文件。
MATLAB应用程序接口的主要功能如下:
1)在MATLAB中输入和输出数据;
2)MATLAB中调用C和FORTRAN程序;
3)在MATLAB和其他应用程序中建立客户机服务器的关系。
2.6MATLAB的主要功能
1)数值运算功能;
2)符号计算功能;
3)数据分析和可视化功能;
4)Simulink动态仿真功能。
3.Simulink简介
Simulink是MATLAB最重要的组件之一,它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。
在该环境中,无需大量书写程序,而只需要通过简单直观的鼠标操作,就可构造出复杂的系统。
Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点,并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。
同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。
3.1Simulink的功能
Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具,是一种基于MATLAB的框图设计环境,是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包,被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。
Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模,它也支持多速率系统,也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。
为了创建动态系统模型,Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI),这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成,它提供了一种更快捷、直接明了的方式,而且用户可以立即看到系统的仿真结果。
Simulink®是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。
对各种时变系统,包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统,Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。
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构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能,也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。
Simulink与MATLAB®紧密集成,可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。
3.2Simulink的特点
1)丰富的可扩充的预定义模块库;
2)交互式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图;
3)以设计功能的层次性来分割模型,实现对复杂设计的管理;
4)通过ModelExplorer导航、创建、配置、搜索模型中的任意信号、参数、属性,生成模型代码;
5)提供API用于与其他仿真程序的连接或与手写代码集成;
6)使用EmbeddedMATLAB™模块在Simulink和嵌入式系统执行中调用MATLAB算法;
7)使用定步长或变步长运行仿真,根据仿真模式(Normal,Accelerator,RapidAccelerator)来决定以解释性的方式运行或以编译C代码的形式来运行模型;
8)图形化的调试器和剖析器来检查仿真结果,诊断设计的性能和异常行为;
9)可访问MATLAB从而对结果进行分析与可视化,定制建模环境,定义信号参数和测试数据;
10)模型分析和诊断工具来保证模型的一致性,确定模型中的错误。
4.DSB调幅电路原理与MATLAB仿真
4.1DSB调幅原理:
所谓调制,就是将基带信号的频带搬移至适合信道传输的频谱位置的过程。
通常未调制的信号(基带信号)称为调制信号,而调制后的信号称为已调信号,完成频带搬移的信号则为载波信号。
调制是通过调制信号(基带信号)控制载波的某个(或某些)参数来实现的。
幅度调制是由调制信号去控制高频载波的幅度,使之随调制信号做线性变化的过程。
在幅度调制的一般模型中,假若滤波器为全通网络(H(ω)=1),调制信号m(t)中无直流分量,则输出的已调信号就是无载波分量的双边带调制信号,或称抑制载波双边带调制信号,简称双边带(DSB)信号。
DSB信号实质上就是基带信号与载波直接相乘,其时域和频域表示式如下:
双边带调幅信号(DSB)时域表达式:
SDSB(t)=m(t)cosωct
将上式进行傅里叶变换,可得到DSB信号的频域特性为:
SDSB(ω)=[M(ω+ωc)+M(ω-ωc)]/2
双边带调幅信号的波形和频谱分别如图4-1和如图4-2所示。
图4-1双边带调幅(DSB)波形
图4-2双边带调幅信号频谱示意图
抑制载波双边带调幅的调制过程实际上就是调制信号与载波的相乘运算,解调中的频谱搬移同样可用调制时的相乘运算来实现。
其模型如下
图4-3双边带调幅信号(DSB)调制解调模型
4.2用simulink对系统建模
1)Simulink设计图如图4-4:
图4-4双边带调幅信号(DSB)的仿真设计图
2)设备参数设定如下:
●Signal:
64Hz
●Signal1:
640000Hz
●Signal2:
640000Hz
●滤波器butter:
100*2*pi
3)示波器显示调制解调过程如图4-5所示
图4-5示波器显示双边带信号(DSB)调制解调过程
4.3结果分析
1)DSB信号是过调幅AM波,故它仍是幅度调制,但此时包络已不再与m(t)成线性关系变化,这说明它的包络不完全载有调制信号的信息,因此它不是完全的调幅波;
2)幅度调制,频率未变。
DSB信号的频率仍与载波相同,没有受到调制;
3)有反相点。
DSB信号在调制信号的过零点处出现了反相点,调制指数大于1的AM信号在调制信号过零点处出现反相点。
所以有反相点出现,是因为调制信号在过零点前后取值符号是相反的;
4)上、下边带均包含调制信号的全部信息;幅度减半,带宽加倍。
5.设计总结
本次课程设计中,我面临的主要问题是MATLAB的Simulink仿真平台的应用。
由于很少使用MATLAB,所以用其仿真时,许多的东西都不会,从而通过查阅书籍,上网搜索资料,最后了解了MATLAB软件的特点、功能,并通过练习、实践学会了MATLAB的使用方法,使得本次设计顺利完成。
通过本次设计,不仅巩固了理论课上所学习的有关模拟调制技术的基本概念、基本理论和基本方法,而且还锻炼了我分析和解决问题的能力;同时让我了解并掌握通信系统、通信调制解调等技术的一般设计方法,训练并提高在理论计算、结构设计、工程绘图、查阅设计资料、运用标准与规范和应用计算机等方面的能力,更好地将理论与实践相结合,提高了我综合运用所学理论知识独立分析和解决问题的能力。
【参考文献】
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[2]张志勇,精通matlab6.5版[M]北京航天航空大学出版社,2005年8月:
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[3]樊昌信,曹丽娜,通信原理[M]国防工业出版社,2010年2月:
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