Table Of ContentCopyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Федеральное агентство связи
Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение
высшего профессионального образования
ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И ИНФОРМАТИКИ
ЭЛЕКТРОННАЯ
БИБЛИОТЕЧНАЯ СИСТЕМА
Самара
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Поволжский Государственный Университет
Телекоммуникаций и Информатики
Факультет ИСТ
Кафедра ИВТ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторным работам
"Программирование в системе MATLAB"
Компьютерное моделирование цифровых устройств
Автор-составитель: Акчурин Э.А. д.т.н., профессор
Рецензент: Тарасов В.Н. д.т.н., профессор
Самара
2012
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Факультет информационных систем и технологий
Кафедра «Информатика и вычислительная техника»
Автор - д.т.н., профессор Акчурин Э.А.
Другие материалы по дисциплине Вы найдете на сайте
www.ivt.psati.ru
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Введение
................................................................................................................................................................................... 6
1. Первая модель в Simulink
............................................................................................................... 7
2. Логические операции
...................................................................................................................... 13
2.1. Представление чисел
....................................................................................................................................... 13
2.2. Операции побитового сдвига
.................................................................................................................. 14
2.3. Логика, модель с дисплями
....................................................................................................................... 16
2.4. Логика, модель со Scope
.............................................................................................................................. 19
3. Переключатели
................................................................................................................................... 21
3.1. Ручной переключатель Manual Switch
.......................................................................................... 23
3.2. Переключатель Switch
.................................................................................................................................. 24
3.3. Переключатель Multiport Switch
......................................................................................................... 26
4. Управление передачей данных
.................................................................................................. 28
4.1. Шифратор
................................................................................................................................................................... 29
4.2. Дешифратор
............................................................................................................................................................. 31
4.3. Мультиплексер + демультиплексер
.................................................................................................. 33
5. Счетчики
................................................................................................................................................ 35
5.1. Суммирующий счетчик с автосбросом
......................................................................................... 37
5.2. Суммирующий счетчик с внешним сбросом
........................................................................... 39
5.3. Суммирующий счетчик со сбросом по Hit
................................................................................. 41
5.4. Вычитающий счетчик с автосбросом
.............................................................................................. 43
5.5. Вычитающий счетчик с внешним сбросом
................................................................................ 45
5.6. Вычитающий счетчик со сбросом по Hit
..................................................................................... 46
6. Элементы памяти
.............................................................................................................................. 49
6.1. Триггеры
...................................................................................................................................................................... 49
6.1.1. SR триггер
........................................................................................................................................................ 51
6.1.2. D триггер
........................................................................................................................................................... 53
6.1.3. D триггер защелка
.................................................................................................................................... 55
6.1.4. JK триггер
......................................................................................................................................................... 56
6.2. Регистры
...................................................................................................................................................................... 59
6.2.1. Параллельный регистр
......................................................................................................................... 60
6.2.2. Регистр сдвига
.............................................................................................................................................. 61
7. Цифровая обработка сигналов
................................................................................................... 64
7.1. Наложение спектров
........................................................................................................................................ 66
7.2. Шумы квантования
........................................................................................................................................... 67
7.3. АЦП + ЦАП
.............................................................................................................................................................. 70
7.4. БПФ
.................................................................................................................................................................................. 71
8. Фильтры
................................................................................................................................................. 73
8.1. Аналоговый БИХ фильтр
............................................................................................................................ 75
8.2. Цифровой БИХ фильтр
................................................................................................................................. 77
8.3. Цифровой КИХ фильтр
................................................................................................................................. 84
9. Модемы
.................................................................................................................................................. 90
9.1. Аналоговые модемы
........................................................................................................................................ 91
9.1.1. Аналоговый модем DSB
..................................................................................................................... 92
9.1.2. Аналоговый модем DSBSC
............................................................................................................. 93
9.1.3. Аналоговый модем SSB
...................................................................................................................... 96
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
9.1.4. Аналоговый модем FM
........................................................................................................................ 98
9.1.5. Аналоговый модем PM
...................................................................................................................... 100
9.2. Цифровые модемы
........................................................................................................................................... 102
9.2.1. Цифровой модем BPSK
..................................................................................................................... 105
9.2.2. Цифровой модем QPSK
.................................................................................................................... 107
9.2.3. Цифровой модем M-PSK
................................................................................................................. 109
9.2.4. Цифровой модем M-FSK
................................................................................................................. 110
9.2.5. Цифровой модем M-PAM
............................................................................................................... 113
9.2.6. Цифровой RECT_QAM модем
................................................................................................... 115
10. Кодеки
................................................................................................................................................ 117
10.1. Кодек Хэмминга
............................................................................................................................................. 120
10.2. Кодек BCH
........................................................................................................................................................... 124
10.3. Кодек Рида-Соломона
............................................................................................................................... 128
10.4. Сверточный кодек
......................................................................................................................................... 133
11. Инструмент BERTool
................................................................................................................. 136
11.1. Модемы
................................................................................................................................................................... 138
11.2. Кодеки
...................................................................................................................................................................... 141
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Введение
Методическая разработка содержит лабораторные работы по компьютерному
моделированию цифровых устройств с использованием СКМ MATLAB с рас-
ширением Simulink. Она может использоваться для направления 200600.
Рекомендуемая литература:
1. Дьяконов В. MATLAB 6.5 SP1/7.0+Simulink 5/6. Основы применения. М.:
СОЛОН-Пресс, 2005.
2. Дьяконов В. MATLAB 6.5 SP1/7.0+Simulink 5/6. Обработка сигналов и про-
ектирование фильтров. М.: СОЛОН-Пресс, 2005.
3. Дьяконов В. MATLAB 6.5 SP1/7.0+Simulink 5/6 в математике и моделирова-
нии. М.: СОЛОН-Пресс, 2005.
Содержание отчета
Название работы.
Цель работы.
Задание в соответствии с вариантом.
Модель.
Результаты моделирования.
Выбор варианта задания
Номер варианта задания = последняя цифра номера зачетной книжки. В неко-
торых работах варианты выбираются по оговоренному правилу.
Сохранение кодов
Чтобы файлы разных студентов не перепутывались друг с другом, каждому
студенту следует создавать индивидуальные папки. Рекомендуется такая ие-
рархия вложенных друг в друга папок:
Диск пользователя (устанавливается администратором)
Папка Users (пользователи)
Папка группы (например, ФО_31)
Папка студента (например, Ivanov)
Папка проекта (например, Hello)
В дисплейных классах в папке студента на каждом занятии следует сохранять
свои файлы (одно задание лабораторной работы – один файл). Рекомендуется
при выполнении работы периодически сохранять незавершенные проекты в те-
кущем состоянии, чтобы избежать потерь документов при сбоях.
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1. Первая модель в Simulink
Предмет исследования
Изучение библиотек Simulink.
Создание модели устройства в Simulink.
Моделирование устройства.
Контрольные вопросы:
1. Назначение Simulink.
2. Правила построения моделей в Simulink.
3. Правила моделирования в Simulink.
4. Структура иерархической библиотеки Simulink.
5. Блоки из папки Continuous библиотеки Simulink.
6. Блоки из папки Discrete библиотеки Simulink.
7. Блоки из папки Functions & Tables библиотеки Simulink.
8. Блоки из папки Math библиотеки Simulink.
9. Блоки из папки Nonlinear библиотеки Simulink.
10. Блоки из папки Signal & Systems библиотеки Simulink.
11. Блоки из папки Sources библиотеки Simulink.
12. Блоки из папки Sinks библиотеки Simulink.
13. Блоки из Communication Blockset.
14. Блоки из DSP Blockset.
15. Блоки из Communication Blockset.
16. Другие наборы блоков.
Задание к работе
Модель устройства, в котором сигнал от источника поступает на 2 функцио-
нальных блока. Наблюдатель с 3 входами позволяет видеть сигналы на общем
входе и выходах функциональных блоков. Провести ее моделирование.
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Варианты заданий
Блоки
№ Источник сигнала
Первый Второй
0 Sine Wave Gain Quantizer
Синус Усиление Квантизатор
1 Pulse Generator Saturation Integrator
Импульсы Ограничитель Интегратор
2 Repeating Sequence - Quantizer Gain
Пила Квантизатор Усиление
3 Ram Derivate Saturation Ограничитель
Линейно нарастающий Дифференциатор
4 Chirp Signal Integrator Quantizer
Переменная частота Интегратор Квантизатор
5 Sine Wave Transport delay Derivate
Синус Задержка Дифференциатор
6 Pulse Generator Dead Zone Integrator
Импульсы Мертвая зона Интегратор
7 Repeating Sequence Gain Transport delay
Пила Усиление Задержка
8 Pulse Generator Saturation Derivate
Импульсы Ограничитель Дифференциатор
9 Sine Wave Derivate Integrator
Синус Дифференциатор Интегратор
В таблице названия функциональных блоков даны на русском и английском
языках (так, как они названы в браузере библиотеки блоков Simulink).
Методические указания
Модель устройства содержит источник сигнала, функциональные блоки и сред-
ства наблюдения за поведением системы (дисплей, численный индикатор и др.).
Первое действие - запустить MATLAB. При этом возникает стартовое диалого-
вое окно, в котором докированы встроенные окна (их число и номенклатуру
можно менять). На старте достаточно использовать 3 окна:
Command Window (командное) – в центре. Это средство диалога пользова-
теля с системой.
Current Folder (текущая папка) – слева. В нем браузер папок.
Workspace (рабочее пространство) – справа. В нем отображаются значения
используемых в текущем сеансе MATLAB переменных.
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Для создания модели нужно выполнить действие File=>New=>Model. Это при-
водит к запуску программы Simulink, которая создает пустое окно модели.
Далее нужно вызвать браузер библиотек компонент, используя меню (пункт
View=>Вид) или кнопку Library Browser в панели инструментов. Окно браузера
содержит две панели: слева иерархическое дерево библиотек, справа - содер-
жимое выбранной в левой панели папки с блоками. В папке могут быть под-
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
библиотеки и блоки. Каждый блок и подбиблиотека имеют визуальный семан-
тический образ и надпись.
Разместите окна браузера и модели таким образом, чтобы они не перекрывали
друг друга. Теперь можно формировать модель визуальным методом. Перемес-
тите мышью из браузера в окно модели нужные блоки и удобно разместите их.
При переносе блока в модель там создается экземпляр блока с именем, совпа-
дающим с надписью под блоком (при необходимости, когда однотипных бло-
ков в модели несколько, в имя блока добавляется номер).
Соедините блоки коннекторами. Для этого нужно при нажатой левой кнопке
протаскивать мышью крестообразный курсор от одной соединяемой точки к
другой. При отпускании кнопки мыши в модели отображается коннектор со
стрелкой в направлении передачи данных.
Установите для каждого блока свойства. Для этого нужно на блоке сделать
двойной щелчок левой кнопки мыши, что приведет к появлению окна со свой-
ствами блока. Установите нужные свойства в полях окна.
Пример выполнения
Модель устройства для синусоидального сигнала с функциональными блоками:
двусторонний ограничитель Saturation,
блок мертвой зоны Dead Zone.
Создать на экране дисплея пустое окно модели и вызвать браузер библиотеки
блоков. Из него в окно модели перенести нужные блоки.
В модели используем:
Генератор синусоиды Sine Wave. Блок находится в Signal Processing Toolbox
=> Signal Processing Sources.
Блок Насыщение Saturation. Блок находится в Simulink => Discontinuties.
Блок Мертвая зона Dead Zone. Блок находится в Simulink => Discontinuties.
10
