采样与保持仿真实验

姓名：班级：自动化15 学号：2015实验一数据存储实验一实验目的1。

掌握TMS320F2812程序空间的分配；2。

掌握TMS320F2812数据空间的分配；3。

能够熟练运用TMS320F2812数据空间的指令。

二实验步骤与内容实验步骤1.在进行DSP实验之前，需先连接好仿真器、实验箱及计算机,连接方法如下所示：2.F2812CPU板的JUMP1的1和2脚短接，拨码开关SW1的第二位置ON；其余OFF3.E300底板的开关SW4的第2位置ON，其余位置OFF.其余开关设置为OFF.4.上电复位在硬件安装完成后，确认安装正确、各实验部件及电源连接无误后，启动计算机，接通仿真器电源，此时，仿真器上的指示灯应点亮，否则DSP开发系统与计算机连接存在问题。

5.运行CCS程序1)待计算机启动成功后,实验箱220V电源置“ON",实验箱上电2)启动CCS5.5，工作环境的路径选择：E:\E300Program\E300TechV-2812\normal ；6.成功运行CCS5.5程序后，出现如下图所示界面:7.右键点击Project Explorer窗口下的工程文件“e300_01_mem”，选择“Open Project"命令打开该工程，如下图所示，可以双击才看左侧源文件；8.点击菜单栏Project/Build All命令编译整个工程，编译完成后点击按钮进入仿真模式，完全进入后如下图所示：9.用“View"下拉菜单中的“Memory/Browser”查看内存单元,参数设置如下图:注意:下面的参数设置都是以16进制。

此时可以观测到以0x003F9020为起始地址的存储单元内的数据；10.单击按钮，开始运行程序,一段时间后,单击按钮，停止程序运行，0x003F9020H～ 0x3F902FH单元的数据的变化，如下图所示：11.关闭Memory Browser窗口,点击按钮，退出仿真模式。

0.13um CMOS流水线型ADC采样保持电路设计的开题报告摘要：本文详细阐述0.13um CMOS流水线型ADC采样保持电路的设计过程。

首先，对该电路的原理和常见设计方案进行了介绍，并分析了其主要优点和不足之处。

接着，我们设计了一种基于CMOS技术的电路方案，并对其进行了仿真和性能测试。

最终，通过实验结果，证明了该设计方案的可行性和优越性。

关键词：ADC、流水线、采样保持、CMOS1. 研究背景与意义ADC（模数转换器）是将模拟信号转换为数字信号的重要设备，广泛应用于通信、电力、环境监测等领域。

在现代高速数字通信中，高速、高精度的ADC已经成为必不可少的部分。

流水线型ADC是各类ADC中性能最好、速度最快、成本最低的一种。

它具有较高的采样速度和较低的噪声性能，被广泛应用于高速数字通信系统中。

采样保持电路是流水线型ADC中的一个重要组成部分，其主要功能是在ADC采样过程中对输入信号进行采样和保持。

因此，设计一种高性能、低功耗、基于CMOS技术的流水线型ADC采样保持电路，具有重要的现实意义。

2. 研究内容2.1 流水线型ADC原理及常见设计方案流水线型ADC采用逐级转换的方式，将模拟信号经过多个级别的转换，最终转换为数字信号。

其基本结构如下图所示：[image]常见的流水线型ADC采样保持电路有：单级采样保持电路、多级采样保持电路和分立滞后电容采样保持电路等。

这些电路各有优缺点，根据实际需求进行选择。

2.2 电路设计本设计采用多级采样保持电路的方案，其主要组成部分有精密采样电容、自适应开关电容和运放等。

2.3 仿真及性能测试通过电路仿真和性能测试，对设计方案进行验证和评估，分析其优点和不足之处。

3. 研究成果本研究设计了一种基于CMOS技术的流水线型ADC采样保持电路方案，并通过电路仿真和性能测试，验证了其可行性和优越性。

该方案具有以下优点：（1）采样精度高，大大提高了ADC的分辨率和信噪比。

第1篇实验名称：基于仿真平台的编码算法性能评估实验日期：2023年4月10日实验地点：计算机实验室实验目的：1. 了解编码算法的基本原理和应用场景。

2. 通过仿真实验，评估不同编码算法的性能。

3. 分析编码算法在实际应用中的优缺点。

实验环境：1. 操作系统：Windows 102. 编译器：Visual Studio 20193. 仿真平台：MATLAB 2020a4. 编码算法：Huffman编码、算术编码、游程编码实验内容：1. 编写Huffman编码算法，实现字符序列的编码和解码。

2. 编写算术编码算法，实现字符序列的编码和解码。

3. 编写游程编码算法，实现字符序列的编码和解码。

4. 在仿真平台上，分别对三种编码算法进行性能评估。

实验步骤：1. 设计Huffman编码算法，包括构建哈夫曼树、编码和解码过程。

2. 设计算术编码算法，包括编码和解码过程。

3. 设计游程编码算法，包括编码和解码过程。

4. 编写仿真实验代码，对三种编码算法进行性能评估。

5. 分析实验结果，总结不同编码算法的优缺点。

实验结果及分析：一、Huffman编码算法1. 编码过程：- 对字符序列进行统计，计算每个字符出现的频率。

- 根据频率构建哈夫曼树，叶子节点代表字符，分支代表编码。

- 根据哈夫曼树生成编码，频率越高的字符编码越短。

2. 解码过程：- 根据编码，从哈夫曼树的根节点开始，沿着编码序列遍历树。

- 当遍历到叶子节点时，输出对应的字符。

3. 性能评估：- 编码长度：Huffman编码的平均编码长度最短，编码效率较高。

- 编码时间：Huffman编码算法的编码时间较长，尤其是在构建哈夫曼树的过程中。

二、算术编码算法1. 编码过程：- 对字符序列进行统计，计算每个字符出现的频率。

- 根据频率，将字符序列映射到0到1之间的实数。

- 根据映射结果，将实数序列编码为二进制序列。

2. 解码过程：- 对编码的二进制序列进行解码，得到实数序列。

微分与平滑仿真实验一．实验目的1．数/模转换器得零阶保持器作用零阶保持器：zero-order holder（ZOH）。

实现采样点之间插值的元件，基于时域外推原理，把采样信号转换成连续信号。

零阶保持器的作用是在信号传递过程中，把第nT时刻的采样信号值一直保持到第(n+1)T时刻的前一瞬时，把第(n+1)T时刻的采样值一直保持到(n+2)T时刻，依次类推，从而把一个脉冲序列变成一个连续的阶梯信号。

因为在每一个采样区间内连续的阶梯信号的值均为常值，亦即其一阶导数为零，故称为零阶保持器。

零阶保持器的传递函数为：2．零阶保持器在控制系统中的作用零阶保持器的作用是使采样信号e*(t) 每一采样瞬时的值e(kT) 一直保持到下一个采样瞬时e[(k+1)T]，从而使采样信号变成阶梯信号eh(t)。

二．实验原理如下图，控制系统中，给输入阶跃信号，有函数：plot(y.time,y.signals.values,x.time,x.signals.values)可以画出其输入输出波形图1-1如下所示。

图1-1仿真原理图三．仿真过程图1-2 采样周期T-10MS时系统的输入输出波形图1-3 采样周期T-20MS时系统的输入输出波形图1-4 采样周期T-30MS时系统的输入输出波形图1-5 采样周期T-40MS时系统的输入输出波形四．思考与总结1.在微机控制系统中采样周期T的选择因注意哪些方面？采样定理只是作为控制系统确定采样周期的理论指导原则，若将采样定理直接用于计算机控制系统中还存在一些问题。

主要因为模拟系统f（t）的最高角频率不好确定，所以采样定理在计算机控制系统中的应用还不能从理论上得出确定各种类型系统采样周期的统一公式。

目前应用都是根据设计者的实践与经验公式，由系统实际运行实验最后确定。

显然，采样周期取最小值，复现精度就越高，也就是说“越真”。

当T 0时，则计算机控制系统就变成连续控制系统了。

若采样周期太长。

一、实验开发环境1．通用 PC机一台，安装 Windows2000 或 WindowsXP 操作系统且已安装常用软件(如：WinRAR 等)。

2．TMS320C55xx 评估板及相关电源。

本实验采用ICETEK-VC5509-A评估板。

3．通用 DSP 仿真器一台及相关连线。

本实验采用ICETEK-5100USB仿真器。

4．控制对象(选用)。

本实验采用ICETEK-CTR控制板。

5．TI的 DSP 开发集成环境 Code Composer Studio。

本实验采用CCS2.21 for ’C5000。

6．仿真器驱动程序。

7．实验程序及相关文档。

二、实验目的1.通过实验熟悉 VC5509A的定时器。

2.掌握 VC5509A 片内 AD的控制方法。

3.掌握用窗函数法设计 FFT 快速傅里叶的原理和方法。

4.熟悉 FFT 快速傅里叶特性。

5.了解各种窗函数对快速傅里叶特性的影响。

三、实验设备通用计算机一台，ICETEK-VC5509-EDU 实验箱。

四、实验原理1.将从信号源获取的模拟信号经过A/D转换后，再进行FFT变换，然后输出。

2.TMS320VC5509A 模数转换模块特性：内置采样和保持的10位模数转换模块ADC，最小转换时间为500ns,最大采样率为21.5kHz。

有2个模拟输入通道（AIN0—AIN1）。

采样和保持获取时间窗口有单独的预定标控制。

3.模数转换工作过程：模数转换模块接到启动转换信号后，开始转换第一个通道的数据。

经过一个采样时间的延迟后，将采样结果放入转换结果寄存器保存。

转换结束，设置标志。

等待下一个启动信号。

4.模数转换的程序控制：模数转换相对于计算机来说是一个较为缓慢的过程。

一般采用中断方式启动转换或保存结果，这样在 CPU 忙于其他工作时可以少占用处理时间。

设计转换程序应首先考虑处理过程如何与模数转换的时间相匹配，根据实际需要选择适当的触发转换的手段，也要能及时地保存结果。

采样控制系统仿真实验报告姓名胡晓健班级13学号08001331课题内容1、应用采样工作原理和离散控制系统设计方法设计采样控制系统。

2、掌握采样控制系统的特点及采样控制系统仿真的特殊问题，运用采样控制系统数字仿真的一般方法（差分方程递推求解法和对离散、连续部分分别计算的双重循环法）及Simulink 对系统进行仿真。

3、给出仿真设计方案和仿真模型。

4、仿真分析。

具体内容：采样控制系统如下图所示：一． 设计要求① 设被控对象sss G o +=21)(，采用零阶保持器，数字控制器为5.015.2)(+-=z z z D ,采样周期T=0.1s 。

应用差分方程递推求解法求系统输出的单位阶跃响应,并求其超调量、上升时间、峰值时间。

设计方案和实现差分方程递推求解法在构成采样控制仿真模型时，若连续部分不要求计算内部状态变量或不含非线性环节，则可以同样的采样周期分别建立离散部分和连续部分的差分方程，然后采用差分方程递推求解。

由题意可知被控对象不含非线性环节且不要求计算其内部状态变量，为了简化仿真过程并提高仿真精度，将连续部分的离散化模型嵌入到整个仿真模型中，即求出系统闭环脉冲传递函数(离散化模型)，得到系统的差分方程后递推求解由题意得数字控制器（离散部分）为5.015.2)(+-=z z z D求解传递函数的程序如下：Ts=0.1 %采样周期num1=[1]den1=[1,1,0]G1c=tf(num1,den1)G1d=c2d(G1c,Ts) %采用零阶保持法进行系统变换G2d=tf([2.5 -1],[1 0.5],0.1)Gd=G1d*G2dGHd=feedback(Gd,1) %建立闭环系统模型Ts =0.1000num1 =1den1 =1 1 0%G1c的传递函数Transfer function:1-------s^2 + s%G1c转换后的Z传递函数Transfer function:0.004837 z + 0.004679----------------------z^2 - 1.905 z + 0.9048Sampling time: 0.1%G2d的传递函数Transfer function:2.5 z - 1---------z + 0.5Sampling time: 0.1%开环系统的Z传递函数Transfer function:0.01209 z^2 + 0.00686 z - 0.004679------------------------------------z^3 - 1.405 z^2 - 0.04758 z + 0.4524Sampling time: 0.1%闭环系统的Z 传递函数 Transfer function:0.01209 z^2 + 0.00686 z - 0.004679 ------------------------------------z^3 - 1.393 z^2 - 0.04072 z + 0.4477Sampling time: 0.1由上式可知当采样周期为T =0.1s 时，连续部分的脉冲传递函数为系统闭环脉冲传递函数系统差分方程为求解差分方程的MATLAB 程序如下clear allm=2;n=3; % 明确脉冲传递函数分子m=2;分母n=3 A=[-1.393 -0.04072 0.4477]; % 脉冲传递函数分母多项式的系数行向量 B=[0.01209 0.00686 -0.004679]; % 脉冲传递函数分子多项式的系数行向量R=zeros(m+1,1); % 建立参与递推运算的输入信号序列存储列向量Y=zeros(n,1); % 建立参与递推运算的输出信号序列存储列向量 T=0.1; % 明确采样周期T =0.1sM=150; % 设定仿真总时间为M*T=15s(进行M=150次递推计算) yt=0;t=0;for k=1:MR(k)=1; % r (t )=1(t )的离散序列R(0)=R(1)=…R(k)=1 R=[R(k);R(1:m)];% 刷新参与递推运算的输入信号序列 yk=-A*Y+B*R; % 递推运算21219048.0905.1104679.0004837.0)(----+-+=zzz z z G 3213214477.004072.0393.11004679.000686.001209.0)()(1)()()()()(------+---+=+==zz z zzzz G z D z G z D z R z Y z G cl )3(004679.0)2(00686.0)1(01209.0)3(4477.0)2(04072.0)1(393.1)(---+-+---+-=k k r k r k y k y k y k yY=[yk;Y(1:n-1)];% 刷新参与递推运算的输出信号序列yt=[yt,yk]; % yt 为记载各采样(kT)时刻输出响应的行向量 t=[t,k*T]; % t 为记载各采样(kT)时刻的行向量(与yt 对应) endplot(t,yt,'*k'); % 绘制各采样(kT)时刻的输出响应图 grid;xlabel('time(s)'); ylabel('y(kT)');超调量 σ% 指响应的最大偏离量h(tp)与终值h （∞）的差与终值h （∞）比的百分数h(tp)-h %*100%h σ∞=∞（）（）峰值时间 tp 指响应超过其终值到达第一个峰值所需的时间上升时间 tr 指响应从终值10%上升到终值90%所需的时间求超调量的程序 maxy=max(yt); yss=yt(length(t));pos=100*(maxy-yss)/yss求峰值时间的程序 for i=1:50if yt(i)==maxy,n=i;end endtp=(n-1)*15/length(t)求上升时间的程序 for i=1:50if (yt(i)<yss*0.1),t1=i;end if (yt(i)<yss*0.9),t2=i;end endts=(t2-t1)*15/length(t)测试和结果．输出的单位阶跃响应为由程序算出的超调量，峰值时间和上升时间超调量pos = 14.0155峰值时间tp =3.5762上升时间ts =1.6887由上面两张截图算出的超调量σ%=（1.163-1.02）/1.02=14.02%峰值时间tp=3.6由上面两张截图可得上升时间tr=2-0.4=1.6性能分析该仿真算法不仅简单易行且仿真精度高。

采样保持电路课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解采样保持电路的基本原理和电路构成，掌握其工作过程。

2. 学生能够运用采样保持电路的相关理论知识，分析并计算电路参数。

3. 学生了解采样保持电路在模拟信号处理中的应用及其重要性。

技能目标：1. 学生能够运用所学知识，设计简单的采样保持电路，并进行仿真实验。

2. 学生能够通过实验分析采样保持电路的性能，并提出优化方案。

3. 学生能够熟练使用相关仪器和软件进行电路测试和数据分析。

情感态度价值观目标：1. 学生培养对电子技术的兴趣，激发学习热情，增强实践操作的自信心。

2. 学生养成团队协作、沟通交流的良好习惯，提高解决问题的能力。

3. 学生认识到采样保持电路在科技发展中的重要作用，增强社会责任感和使命感。

课程性质分析：本课程为电子技术基础课程，通过理论教学和实验操作，使学生掌握采样保持电路的基本原理和应用。

学生特点分析：学生处于高中年级，具备一定的电子技术基础知识和实验操作能力，但需要进一步培养实践能力和创新思维。

教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，提高学生的动手能力，培养解决实际问题的能力。

在教学过程中，关注学生的个体差异，充分调动学生的积极性，引导他们主动参与课堂讨论和实验操作。

通过本课程的学习，使学生能够达到上述课程目标，为后续相关课程打下坚实基础。

二、教学内容1. 理论知识：- 采样保持电路的基本原理及其数学描述。

- 采样保持电路的电路构成和关键元件功能。

- 采样保持电路的工作过程和性能参数分析。

- 采样保持电路在模拟信号处理中的应用案例分析。

2. 实践操作：- 设计简单的采样保持电路，并进行仿真实验。

- 使用示波器、信号发生器等仪器进行电路测试。

- 分析实验数据，探讨采样保持电路性能的优化方法。

3. 教学大纲：- 第一课时：采样保持电路的基本原理及数学描述。

- 第二课时：采样保持电路的电路构成及关键元件功能。

- 第三课时：采样保持电路的工作过程及性能参数分析。