信号产生与变换仿真电路.

电路设计一、设计I/V变换电路，实现2mA的电流信号转换为5V的电压信号。

1、电路图与仿真结果：如图一，2、电路说明：电路中使用了最简单常见的运放LM324系列，电路结构简单，可以广泛应用，如果对精度要求更高，可以选用精密运放，如OPA系列的运放。

电路原理简单，由理想运放的虚断特性，】广广2mA，由虚短特性u二u二0，所以u=-i X R=-5V，从而实现了将2mA的电流信号转换为5V NPof2的电压信号。

3、参数确定方法：根据u=-i X R，要求输入2m A的电流输出5V的电压，可以确定oi2R=2.5k0。

24、分析总结：由于输出电压仅与i和R有关，改变R电路就可以实现不同电流型号转化i22为要求的电压信号。

同时由于不同场合条件不同，对电路稳定性的要求不同，可以根据实际条件改变运放型号，使电路可以在更广泛的范围里应用。

二、设计精密放大电路，其放大倍数为100倍。

1、电路图与仿真结果：如图二、图三，2、电路说明：电路用OPA系列精密运放实现精密放大，仿真结果如图三，电路为两级放大电路，每级的放大倍数为10。

则经两级放大后放大100倍。

而如果仅用一个运放完成100倍放大，仿真结果如图四，从示波器读数上可以看出放大结果为：A =982.55=98.3并不精密，而两级放大，放大倍数为A =999.3=99.99，精密u 9.997u 9.994程度大大提高，因此选用两级放大电路。

电路图：图二3、参数确定方法:1、电路图与仿真结果:电路图：如图五，各放大电路的放大倍数分别为A 二1+R=10,R1u1RA 二1+負二10，所以只要 R5u2三、设计信号处理电路，完成如下运算Uo=2.5+u : i仿真结图图四仿真结果：如图六,图六其中通过信号源输入一个峰值为I V，频率为1k Hz正弦波，示波器的通道A 接信号源，通道B接信号处理电路输出端。

示波器上的输出波形如图，根据从读数上可以看出，输出电压U 的最大值与最小值分别为3.499V 和1.502V ，满足o设计要求：u =2.5+u 。

基于EDA的交通信号灯电路的设计与仿真传统的交通信号灯控制电路的设计是基于中、小规模集成电路，电路元件多、焊接复杂、故障率高、可靠性低，而且控制系统的功能扩展及调试都需要硬件电路的支持，为日常维护和管理增加了难度。

目前很多城市的交通信号灯还是应用传统的电路设计，一旦交通信号灯出现故障，不能及时维修和处理，势必会造成道路的交通混乱。

通过技术的改进，采用基于EDA技术的交通信号灯控制电路弥补了传统设计中的缺点，通过VHDL语言编写系统控制程序，利用软件控制整个系统的硬件电路，还可以利用EDA集成开发环境对交通信号灯的设计进行仿真，验证设计结果是否实现。

改进后的交通信号灯电路组成元器件少，可靠性高，操作简单，实现可扩展功能。

1 交通信号灯控制电路1.1 交通信号灯工作原理基于FPGA的交通信号灯控制电路主要用于甲乙两条车道汇合点形成的十字交叉路口，甲乙两车道各有一组红、黄、绿灯和倒计时显示器，用以指挥车辆和行人有序的通行。

两组红绿灯分别对两个方向上的交通运行状态进行管理，红灯亮表示该道路禁止通行，黄灯表示停车，绿灯表示可以通行;倒计时显示器是用来显示允许通行或禁止通行的时间，以倒计时方式显示交通灯闪亮持续时间。

为每个灯的闪亮状态设置一个初始值，指示灯状态改变后，开始按照初始值倒计时，倒计时归零后，灯的状态将会改变至下一个状态。

交通灯两车道的指示灯闪亮状态是相关的，每个方向的灯闪亮状态影响着另一个方向的指示灯闪亮状态，这样才能够协调两个方向的车流。

甲乙两车道交通灯工作状态如表1所示，其中“1”代表点亮，“0”代表熄灭。

当甲车道绿灯亮时，乙车道对应红灯亮，由绿灯转换红灯的过渡阶段黄灯亮。

同理，乙车道绿灯亮时，甲车道的交通灯也遵循此规则。

当出现特殊情况时，各方向均亮红灯，倒计时停止，特殊运行状态结束后，控制器恢复原来状态，继续运行。

1.2 交通信号灯电路结构根据交叉路口交通灯工作原理，图1为交通信号灯控制电路的原理图。

1．PWM信号概述脉冲宽度调制（PWM）信号广泛使用在电力变流技术中，以其作为控制信号可完成DC-DC变换（开关电源）、DC-AC变换（逆变电源）、AC-AC变换（斩控调压）和AC-DC变换（功率因数校正）。

产生PWM信号的方法有多种，现分别论述如下：1）普通电子元件构成PWM发生器电路基本原理是由三角波或锯齿波发生器产生高频调制波，经比较器产生PWM 信号。

三角波或锯齿波与可调直流电压比较，产生可调占空比PWM信号；与正弦基波比较，产生占空比按正弦规律变化的SPWM信号。

此方法优点是成本低、各环节波形和电压值可观测、易于扩展应用电路等。

缺点是电路集成度低，不利于产品化。

2）单片机自动生成PWM信号基本原理是由单片机内部集成PWM发生器模块在程序控制下产生PWM信号。

优点是电路简单、便于程序控制。

缺点是不利于学生观测PWM产生过程，闭环控制复杂和使用时受单片机性能制约。

3）可编程逻辑器件编程产生PWM信号基本原理是以复杂可编程逻辑器件（CPLD）或现场可编程门阵列器件（FPGA）为硬件基础，设计专用程序产生PWM信号。

优点是电路简单、PWM频率和占空比定量准确。

缺点是闭环控制复杂，产生SPWM信号难度大。

4）专用芯片产生PWM信号是生产厂家设计、生产的特定功能芯片。

优点是使用方便、安全，便于应用到产品设计中。

缺点是不利于学生观测PWM产生过程和灵活调节各项参数。

2．电子元件构成PWM发生器电路D15.1KR1100KR210KR31000pFC VCCVCCVC(12V)VEEVE(-12V)VEE85326741AD811U4 4.5mHL1KRL 10KRp_1VCC(5V)VCC(5V)VEE(-5V)Vo_385326741LM741CNU185326741LM741CNU285326741LM741CNU3Vo_1GNDVo_210uFC Vo_sin_A图1电子元件构成PWM 发生器电路3．集成芯片SG3525构成PWM 发生器电路一、PWM 信号发生电路说明实验电路中，驱动开关管的PWM 信号由专用PWM 控制集成芯片SG3525产生（美国Silicon General 公司生产），PWM 信号发生器电路如图2所示。

基于Matlab／SIMULINK的桥式直流PWM变换电路实验仿真分析本文以MATLAB软件的SIMULINK仿真软件包为平台，对桥式直流PWM 变换电路进行仿真分析文章对每个电路首先进行原理分析，进而建立相应的仿真模型，经过详细计算确定并设置仿真参数进行仿真，对于每次仿真结果均采用可视化波形图的方式直接输出。

在对仿真结果分析的基础上，不断优化仿真参数，使其最大化再现实际物理过程，并根据各个电路的性能进行参数改变从而观察结果的异同。

标签：SIMULINK；PWM；电路仿真1 桥式直流PWM变换电路简介桥式直流PWM变流器仿真实验是对全控型器件的应用。

实验电路中，前端为不可控整流、后端为开关型逆变器，此结构形式应用最为广泛。

逆变器的控制采用PWM方式。

对这个实验有所掌握的话，对后续课程设计直流调速系统也会有很大启发。

因为直流PWM-M调速系统近年来发展很快，直流PWM-M调速系统采用全控型电力电子器件，调制频率高，与晶闸管直流调速系统相比动态响应速度快，电动机转矩平稳脉动小，有很大优越性，因此在小功率调速系统和伺服系统中的应用越来越广泛。

2 桥式直流PWM变换电路的工作原理本实验系统的主电路采用双极性PWM控制方式，其中主电路由四个MOSFET（VT1～VT4）构成H桥。

Ub1～Ub4分别由PWM调制电路产生后经过驱动电路放大，再送到MOSFET相应的栅极，用以控制MOSFET的通断。

在双极性的控制方式中，VT1和VT4的栅极由一路信号驱动，VT2和VT3的栅极由另一路信号驱动，它们成对导通。

控制开关器件的通断时间可以调节输出电压的大小，若VT1和VT4的导通时间大于VT2和VT3的导通时问，输出电压的平均值为正，VT2和VT3的导通时间大于VT1和VT4的导通时间，则输出电压的平均值为负，所以可以用于直流电动机的可逆运行。

3 计算机仿真实验（1）桥式直流PWM变换电路仿真模型的建立。

根据所要仿真的电路，在SIMULINK窗口的仿真平台上构建仿真模型。

《信号与系统》实验报告目录一、实验概述 (2)1. 实验目的 (2)2. 实验原理 (3)3. 实验设备与工具 (4)二、实验内容与步骤 (5)1. 实验一 (6)1.1 实验目的 (7)1.2 实验原理 (7)1.3 实验内容与步骤 (8)1.4 实验结果与分析 (9)2. 实验二 (10)2.1 实验目的 (12)2.2 实验原理 (12)2.3 实验内容与步骤 (13)2.4 实验结果与分析 (14)3. 实验三 (15)3.1 实验目的 (16)3.2 实验原理 (16)3.3 实验内容与步骤 (17)3.4 实验结果与分析 (19)4. 实验四 (20)4.1 实验目的 (20)4.2 实验原理 (21)4.3 实验内容与步骤 (22)4.4 实验结果与分析 (22)三、实验总结与体会 (24)1. 实验成果总结 (25)2. 实验中的问题与解决方法 (26)3. 对信号与系统课程的理解与认识 (27)4. 对未来学习与研究的展望 (28)一、实验概述本实验主要围绕信号与系统的相关知识展开，旨在帮助学生更好地理解信号与系统的基本概念、性质和应用。

通过本实验，学生将能够掌握信号与系统的基本操作，如傅里叶变换、拉普拉斯变换等，并能够运用这些方法分析和处理实际问题。

本实验还将培养学生的动手能力和团队协作能力，使学生能够在实际工程中灵活运用所学知识。

本实验共分为五个子实验，分别是：信号的基本属性测量、信号的频谱分析、信号的时域分析、信号的频域分析以及信号的采样与重构。

每个子实验都有明确的目标和要求，学生需要根据实验要求完成相应的实验内容，并撰写实验报告。

在实验过程中，学生将通过理论学习和实际操作相结合的方式，逐步深入了解信号与系统的知识体系，提高自己的综合素质。

1. 实验目的本次实验旨在通过实践操作，使学生深入理解信号与系统的基本原理和概念。

通过具体的实验操作和数据分析，掌握信号与系统分析的基本方法，提高解决实际问题的能力。

一、设计题目：单边带调制信号产生和解调的仿真二、设计目的1. 熟练掌握Matlab 在数字通信工程上的应用。

2.了解系统设计的方法、步骤。

3.理解SSB 的原理及Matlab 实现4.掌握滤波器的各种设计和应用方法。

5.加深对书本知识的理解，并深刻掌握。

三、设计要求1.根据所选题目建立相应的数学模型。

2.在Matlab 仿真环境下，输入功能实现函数模拟出单边信号调制产和解调的相应波形。

3.调整参数，观察仿真波形图。

四、开发环境及其介绍1.开发环境：Matalab20102.软件介绍：Matlab 是一款功能强大的系统集成软件，在控制、信号处理、图像处理、通信、金融、生物信息等方面有很广泛的应用。

能满足简单复杂等不同层次的设计。

五、设计内容1.设计原理（1）.SSB 模拟单边带调制的原理：双边带信号两个边带中的任意一个都包含了调制信号频谱M()的所有频谱成分，因此仅传输其中一个边带即可。

这样既节省发送功率，还可节省一半传输频带，这种方式称为单边带调制。

产生SSB 信号的方法有两种：滤波法和相移法。

滤波法的原理方框图 － 用边带滤波器，滤除不要的边带:()m t ()DSB s t ⊗()c 载波()H ω()SSB s t图1 原理框图AM 的时域表示:幅度调制—用基带信号f(t)去迫使高频载波的瞬时幅度随f(t)的变化而变化.0()[()]cos()AM c c S t A f t t ωθ=++ （1）其中ωc 为载波角频率;θc 为载波起始相位; A0 为载波幅度当调制信号为单频余弦时，令 m m m f(t)=A cos(t+)ωθ（2） AM 0m m m c c 0m m m c c S (t)=[A + A cos(t+)]cos(t+) =A [1+A cos(t+)]cos(t+)ωθωθωθωθ （3） 其中βAm=Am/A0<=1，称为调幅指数。

调制信号为确定信号时，已调信号的 c c cAM 0c c j(t+c)-j(t+)0S (t)=[A +f(t)]cos(t+)=[A +f(t)][e + e ]ωθωθωθ （4） 已知f(t)的频谱为F(ω),由付里叶变换：00F[A ]=2A ()δω （5）c c j(t+)C F[f(t)e ]=F(-)ωθωω （6）c c j(t-)C F[f(t)e ]=F()ωθωω+ （7）（8）两个不同频率的信号通过非线性元件可以产生四种频率的信号.假定我们有两种频率的信号:载波M(t)=Amcosωct,音频信号m(t)=cosΩct.通过非线性元件可以产生频率分别为ωc,Ωc,的信号.我们通过带通滤波器滤掉Ωc,通过低通滤波器滤掉ωc.这样,我们就得到了两个边带的频率分量c+Ωc,ωc -Ωc,这种含有两个边带信号同时也没有载波分量的信号,我们称它为双边带信号,简称DSB.此时,DSB 也可以被直接发射出去,但是DSB 信号中含有两个边带的信号,这两个边带携带着两个完全相同的信息,我们完全可以只发射其中的一个.这时,我们用滤波器过滤掉其中的一个边带就可以得到单边带信号(LSB 或者USB)。

2FSK/2PSK实验报告姓名：学号：地点：教师：（一）试验原理2FSK/2PSK信号产生器一. 2FSK基本原理在通信领域, 为了传送信息, 一般都将原始信号进行某种变换使其变成适合于通信传输的信号形式。

在数字通信系统中, 一般将原始信号（图像、声音等）经过量化编码变成二进制码流, 称为基带信号。

但数字基带信号一般不适合于直接传输, 例如, 通过公共电话网络传输数字信号时, 由于电话网络带宽在4KHZ 以下, 因此数字信号不能直接在上面传输。

此时可将数字信号进行调制后再进行传输, FSK即为一种常用的数字调制方式。

FSK又称频移键控, 它是利用载频频率的变化来传递数字信息。

数字调频信号可以分为相位离散和相位连续两种。

若两个载频由不同的独立振荡器提供, 它们之间的相位互不相关, 就称为相位离散的数字调频信号；若两个频率由同一振荡器提供, 只是对其中一个载频进行分频, 这样产生的两个载频就是相位连续的数字调频信号。

二. 2FSK信号产生器由于FSK为模拟信号, 而FPGA只能产生数字信号, 因此, 需对正弦信号采样再经过数/模变换得到所需的FSK信号。

FSK信号发生器框图如下图所示, 整个系统共分为分频器, m序列产生器, 跳变检测, 正弦波信号发生器和DAC（数/模变换器）等五部分, 其中前四部分由FPGA器件完成。

图1 FSK信号发生器框图2. 1 分频器本设计的数据速率为1.2kb/s, 要求产生1.2kHz 和2.4kHz两个正弦信号。

对每个码元持续周期所对应正弦信号取100个采样点, 因此要求能产生两个时钟信号: 1.2kHz（数据速率）和120kHz（正弦波信号产生器输入时钟）。

基准时钟由外部时钟输入, 因此需设计一个模100分频器产生120kHz信号, 再设计一个模100分频器产生1.2kHz信号。

2．2m序列产生器m序列是伪随机序列的一种, 它的显著特点是: （1）随机特性；（2）预先可确定性；（3）循环特性, 从而在通信领域得到了广泛的应用。