实验八Simulink的综合应用一、实验目的1．掌握应用Simulink微积分模块实现信号微积分运算的方法。2．掌握Simulink触发模块的参数设置方法和触发电路设计与建模的方法。3．掌握信号的采样定理和脉冲编码调制（PCM）的工作原理。4．掌握信号采样、量化、编码的建模和仿真的方法。二、实验内容1.利用Simulink建模与仿真的方法分别实现方波信号和正弦信号的微积分运算，并将运算的结果连同原始信号送入同一示波器的不同坐标系显示。要求：（1）方波信号的振幅为5，周期为2。（2）正弦信号的幅度为2，频率为1。（3）在示波器中至少显示4个周期的方波和正弦信号。2.利用Simulink的触发子系统（TriggerSubsystem）对正弦信号分别进行上升沿触发（Rising）、下降沿触（Falling）和上下沿触发（Either），将触发前后的信号显示在示波器中。要求：（1）示波器有4路通道，其中通道1显示作为触发信号的方波信号和触发前的原始正弦信号。（2）通道2、3、4分别显示上升沿、下降沿和上下沿触发时采集并保持的正弦信号。（3）正弦信号的频率为1Hz，幅度为1；方波信号的频率为0.5Hz，幅度为0.5。（4）示波器中显示三个周期的正弦信号采样波形。3.根据PCM（脉冲编码调制）的工作原理，利用Simulink分别对信号采样、量化和编码进行仿真。要求：（1）被采样的模拟正弦信号的频率为50Hz，幅度为10。（2）量化采用16级均匀量化，将量化前后的正弦信号同时输入示波器的一个坐标系进行显示和比较。（3）将采样信号、量化间隔、十进制编码以及二进制编码分别送入MATLAB的workspace（工作空间）进行显示，对应的变量名分别为S1、S2、S3和S4。三、实验预备知识1.采样定理采样定理又称奈奎斯特定理或抽样定理，是1928年由HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/2398.htm"\t"_blank"美国电信工程师奈奎斯特首先提出来的，其说明了采样频率与信号频谱之间的关系，是连续信号离散化的基本依据。在进行模拟与数字信号的转换过程中，当采样频率大于信号中最高频率的2倍时，采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的5～10倍。采样定理在数字式遥测系统、时分制遥测系统、信息处理、数字通信和采样控制理论等领域得到广泛的应用。2.脉冲编码调制的工作原理2.1脉冲编码调制的概念脉冲编码调制就是对模拟信号先进行抽样后，再对样值的幅度进行量化、编码的过程。脉冲调制通信是指把一个时间连续、取值连续的模拟信号变换成时间离散、取值离散的数字信号后在信道中进行传输，即脉冲编码调制方式就是一种传递模拟信号的数字通信方式。2.2脉冲编码调制的过程①抽样：抽样是指对模拟信号进行周期性扫描，从而把时间连续信号变成时间离散信号。该模拟信号能无真的恢复原模拟信号，其抽样速失率的下限是由抽样定理确定的。在该实验中，抽样速率采用8Kbit/s。②量化：量化是指把瞬时抽样值的幅度离散化，即用一组规定电平，把瞬时抽样值用最接近的电平值表示。③编码：编码就是用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化值。实际上量化在编码过程中同时完成，故编码过程也称为模/数变换，可记作A/D。2.3PCM的工作原理图1PCM的原理框图话音信号先经防混叠低通滤波器，得到限带信号（300～3400Hz），进行脉冲抽样，变成8KHz重复频率的抽样信号（离散的脉冲调幅PAM信号），然后将幅度连续的PAM信号用“四舍五入“办法量化为有限个幅度取值的信号，再经编码，转换成二进制码。对于电话而言，CCITT规定抽样率为8KHz，每抽样值编8位码，即共有28=256个量化值，因而每话路PCM编码后的标准数码率是64kb/s。3.Simulink模块的主要参数及其含义3.1量化编码器（QuantizingEncoder）参数名称参数含义Quantizationpartition量化间隔QuantizationCodebook量化码本3.2量化解码器（QuantizingDecoder）参数名称参数含义QuantizationCodebook量化码本3.3十进制与二进制转换器（IntegertoBitConverter）参数名称参数含义Numberofbitsperinteger表示十进制数所需的二进制位数3.4Simulink数据至工作空间传送器（Toworkspace）参数名称参数含义Variablename变量名3.5脉冲信号发生器（PulseGenerator）参数名称参数含义Amplitude幅度Period周期P