【正文】 院（系）名稱 信息工程學院 專業(yè)名稱 電子信息工程 學生姓名 指導教師 黃河科技學院畢業(yè) 論文 第 II 頁 基于 MATLAB 的電子線路的技術研究 摘 要 當電路規(guī)模較小、結(jié)構(gòu)簡單時可以用觀察法列出電路方程后進行計算，但在實際工程應用中，電路的規(guī)模日益增大，結(jié)構(gòu)日趨復雜，這種傳統(tǒng)的分析和計算方法已遠遠不能滿足要求?，F(xiàn)代計算機仿真技術為電力電子電路和系統(tǒng)的分析提供了嶄新的方法，可以使復雜的電力電子系統(tǒng)的分析和設計變得更加容易和有效。 關鍵 詞 ： MATLAB，數(shù)字信號，正弦電路，信號系統(tǒng)，仿真 黃河科技學院畢業(yè) 論文 第 III 頁 Based on the MATLAB technology research for electronic circuits Author:Yong Qian Tutor:Yanyan Cai Abstract When the circuit is smaller, simple structure can be calculated using observation list after circuit equation, but in the practical engineering application, the increasingly scale of the circuit, increasingly plex structure, the analysis and calculation of the traditional method has been far can not meet the requirements. In the teaching, at present most of the schools only use test cases pleted experiment teaching of electronic course, almost all of the circuit is closed. Experiments because do not understand the working principle of circuits and devices as long as a slight problem students blindly asked the teacher, is not conducive to cultivate students39。 MATLAB 是 MATLAB 產(chǎn)品家族的基礎，它提供了基本的數(shù)學算法，例如矩陣運算、數(shù)值分析算法， MATLAB 集成了 2D 和 3D圖形功能，以完成相應數(shù)值可視化的工作，并且提供了一種交互式的高級編程語言 —— M 語言，利用 M 語言可以通過編寫腳本或者函數(shù)文件實現(xiàn)用戶自己的算法 [1]。 Simulink 是基于 MATLAB 的框圖設計環(huán)境，可以用來對各種動態(tài)系統(tǒng)進行建模、分析和仿真，它的建模范圍廣泛，可以針對任何能夠用數(shù)學來描述的系統(tǒng)進行建模，例如航空航天動力學系統(tǒng)、 衛(wèi)星控制制導系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、船舶及汽車動力學系統(tǒng)等等， 黃河科技學院畢業(yè) 論文 第 2 頁 其中包括連續(xù)、離散，條件執(zhí)行，事件驅(qū)動，單速率、多速率和混雜系統(tǒng)等等。利用 RTW 生成的代碼簡潔、可靠、易讀。 MATLAB 程序設計 MATLAB 有兩種工作方式：一種是交互式的命令行工作方式；另一種是 M 文件的程序工作方式。兩者區(qū)別在于：命令文件沒有輸入?yún)?shù)，也不返回輸出參數(shù)；而函數(shù)文件可以輸入?yún)?shù)，也可以返回輸出參數(shù)。在 M 文件窗口輸入 M 文件的內(nèi)容，輸入完畢后，選擇此窗口 File菜單的 save as 命令，將會得到 save as 對話框。在 M 文件窗口可以對打開的 M 文件進行編輯修改。 培養(yǎng)學生自己解決問題的能力。 例如利用 MATLAB 表示單位脈沖序列δ [k2]在 4≤ k≤ 4 范圍內(nèi)各點的取值，可在命令窗口輸入如下語句： k=[4:4]。 %在 X 軸添加標簽： k 程序產(chǎn)生的序列波形如圖 所示。 %在 X 軸添加標簽： n 程序產(chǎn)生的波形如圖 所示 。但是在許多情況下，要求信號以不同的頻率采樣，改變采樣時鐘雖然可行，但是并不可取。 此外，對于采樣處理， MATLAB 也提供了一些簡單的處理函數(shù)，例如函數(shù) resample（）可用于改變信號的采樣率、函數(shù) decimat（）用于經(jīng)低通濾波后信號的下采樣以及函數(shù) interp（）用于經(jīng)低通濾波后信號的上采樣等等。 可在 MATLAB 的命令窗口直接輸入如下命令語句： 程序產(chǎn)生的波形如圖 所示。 y=pulstran(t,d,39。 %作圖 xlabel(39。幅值 39。軟件實現(xiàn)的優(yōu)點是系統(tǒng)函數(shù)具有可變性，僅依 賴于算法結(jié)構(gòu)，而且 易于 獲得較理想的濾波功能。從濾波器的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)或者從單位脈沖響應分類，可分為 IIR 濾波器（即無限長單位沖擊響應濾波器）和 FIR 濾波器（即有限長 單位沖擊響應濾波器）。 解：設計滿足上述指標數(shù)字濾波器的 MATLAB 程序如下： %DF BW LP 指標 Wp=*pi。 Fs=1。 黃河科技學院畢業(yè) 論文 第 8 頁 %由通帶指標確定 3dB 截頻 Wc=Wp/(10^(*Ap)1)^(1/2/N)。 h=freqz(numd,dend,w)。grid。 fprintf(‘%.4e\n’,numd)。 h=freqz(numd,dend,w)。 圖 例一數(shù)字濾波器的增益響應 例 2：試用 Kaiser 窗設計滿足下列指標的 FIR 高通濾波器 Ω p= rad，Ω s= rad，δ s= 解：設計滿足上述指標數(shù)字濾波器的 MATLAB 程序如下： %Kaiser 窗設計 FIR 高通濾波器 Rs=。 [M,Wc,beta,ftype]=kaiserord(f,a,dev)。 mag=freqz(h,[1],omega)。)。 grid。由于把多變量的系統(tǒng)在形式上按單變量表示 , 整個理論顯得更為簡約 , 概念更為清晰 , 而且能從整體上掌握電路的狀態(tài)。 A = 1, 1, 1。 % 求 A 的逆矩陣 矩陣是 MATLAB 最基本的數(shù)據(jù)對象 , MATLAB 的大部分運算或命令都是在矩陣運算的意義下執(zhí)行的。 % 求復數(shù)模 f uj = angle 3 + 4i 。 圖形功能與電路分析 利用 MATLAB 的圖形功 能可以繪制電路的各種響應曲線。 % 求 y 向量 ph = plot x ,y 。R2=1。L=4。US=10。Y32=Y23。 Y=[Y22,Y23。 U=Y\I。 在以上程序中加上下面一條語句畫出電流的向量圖 。 y=[imag(i1),imag(i2),imag(i3),imag(i4),imag(i5),imag(i6)]。 i2=r(2)*sin(w*t+rdir(2))。 i6=r(6)*sin(w*t+rdir(6))。 進行仿 真 在電路中安放電流表，測出各個支路的電流，并用示波器進行顯示 。 3)卷積積分 定義 ： 激勵 )(tf 、 零狀態(tài)響應 )(tyf 、 沖激響應 )(th 之間關系 )()()( thtfty f ?? 。 （ 3） 連續(xù)系統(tǒng)的頻域分析 黃河科技學院畢業(yè) 論文 第 20 頁 1)周期信號的傅立葉級數(shù)展開：兩種形式 三角形式：?? ????????????????101 10)c o s (2s inc o s2)(nnnn nnntnAAtnbtnaatf? 指數(shù)形式（常用）： tjnn neFtf???????)(； ????? 22)(1 TT tjnn dtetfTF 周期信號的頻譜（幅度譜和相位譜）：雙邊譜，單邊譜 。 4)系統(tǒng)的頻率響應)( )()( ??? jF jYjH ? 周期信號輸入，可用傅立葉級數(shù)法 ???? nnn jHFY ?? )( 。 黃河科技學院畢業(yè) 論文 第 21 頁 4)系統(tǒng)函數(shù))( )()( sF sYsH f?,3 個方面的應用 ：由微分方程 ?系統(tǒng)函數(shù) ?求 )(th ；系統(tǒng)函數(shù)轉(zhuǎn)化為微分方程 。 ROCzF ?)( ? )(kf 幾類序列的 ROC：有限長序列，右邊序列，左邊序列，雙邊序列 。 6)系統(tǒng)函數(shù))( )()( zF zYzH f?； 3 個方面的應用 由差分方程 ?系統(tǒng)函數(shù) ?求 )(kh ；系統(tǒng)函數(shù)轉(zhuǎn)化為差分方程 。 8)S 域與 z 域的關系 s 左半平面 ?z 單位圓內(nèi) ； s 右半平面 ?z 單位圓外 ； s 虛軸 ?z 單位圓且， s 與 z 之間是多對一的映射關系 。 圖 信號相加結(jié)果 程序如下： syms t。 圖 信號相乘結(jié)果 程序如下： t=5::5。sinc(t)*cos(20*pi*t)39。 % 確定 f(n)的序號向量和區(qū)間長度 f=.^(nf5)。 % 確定 h(n)序列值 left=nf(1)+nh(1)。filled39。filled39。filled39。 圖 卷積和 （ 4） 求 z 變換 ?? nnf cos)( 程序如下： syms n z OMEGA % 定義符號變量 fn=cos(n*OMEGA)。 tetytyty t????? ， 試求零狀態(tài)響應 )(ty 程序如下： yzs=dsolve(39。) ezplot(yzs,[0 8])。 % 差分方程的系數(shù) n=0:15。 % 單位響應 subplot(1,2,1),stem(n,y1,39。零狀態(tài)響應 39。)。grid on 黃河科技學院畢業(yè) 論文 第 26 頁 運行結(jié)果如 圖 所示 。 信號的調(diào)制： tttf ?? 50c os)4s in22()( ?? 程序如下： syms t。 黃河科技學院畢業(yè) 論文 第 28 頁 f ( t ) 0 . 5 0 . 5t0? ?? ?143 . 5 4 . 5 4 4 . 5 3 . 5 圖 周期矩形脈沖 程序如下 ： clear all syms t n T tao A T=4。 fn=int(f,t,tao/2,tao/2)/T。n39。)。)。 % 繪制頻譜 title(39。 運行結(jié)果如圖 所示 。 % 以交互方式輸入 Q normalizedw=linspace(,10,100)。幅頻特性曲線 39。相頻特性曲線 39。 % 系統(tǒng)函數(shù)分母多項式系數(shù) sys=tf(b,a)。 % 沖激響應 h(t) 運行結(jié)果如 圖 所示 。 % 電容 C=470pF b=[L*C 0 1]。 % 繪制零極點圖 subplot(1,2,2),bode(b,a)。 % 系統(tǒng)函數(shù)分子多項式系數(shù) step(b,a)。一方面 該課程涉及了許多基本分析方法，而掌握這些方法就要不僅要有較好的數(shù)學基礎，而且要將大量的時間和精力花費在許多繁 瑣的工程計算上；將 Matlab 引入該課程，一些基本的分析方法便可用軟件來實現(xiàn)。 示例 1：通過傅里葉變換找出被隨機噪聲淹沒的信號頻率。 noise=2*rand(size(t))。 Ps=abs(Ys)。 plot(t,signal)。 title(39。 plot(t,sn)。 title(39。 plot(f,Ps(1:257))。 title(39。 plot(f,Pn(1:257))。 title(39。 MATLAB 在數(shù)字圖像處理中的應用 數(shù)字圖像處理課程起點高，難度大，理論性很強。在數(shù)字圖像處理中常用的邊緣檢測算子有 Sobel 算 子、 Robert 算子、 Prewitt 算子、 LOG 算子、 Canny 算子，在 MATLAB 中只需要將語句 BW＝ edge 黃河科技學院畢業(yè) 論文 第 37 頁 （ I，’ sobel’） 中的 sobel 修改為 roberts， prewitt， log 和 canny 算子就可以了，這樣就可以對同一幅圖像進行不同的邊緣檢測，各個算子檢測的結(jié)果以圖形的形式顯示，程序如下： I＝ imread（‘ ’）； subplot（ 2， 3， 1）， imshow（ I） title（‘原始圖像’） BW1