實(shí)驗(yàn)報(bào)告計(jì)算機(jī)仿真季

1、計(jì)算機(jī)仿真課程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo) 供生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)本科生使用計(jì)算機(jī)仿真課程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)河北工業(yè)大學(xué)電氣與自動(dòng)化學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)2011年秋季目 錄實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一：matlab數(shù)值計(jì)算3實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目二：matlab數(shù)據(jù)的可視化6實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目三：動(dòng)態(tài)電路的仿真9實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目四：模擬電路的仿真10實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目五：組合邏輯電路仿真12實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目六：信源編碼和量化14實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一：matlab數(shù)值計(jì)算實(shí)驗(yàn)的目的和任務(wù)：學(xué)習(xí)使用matlab常用命令進(jìn)行數(shù)組和矩陣等數(shù)值計(jì)算實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1 要求在閉區(qū)間上產(chǎn)生具有10個(gè)等距采樣點(diǎn)的一維數(shù)組。試用兩種不同的指令實(shí)現(xiàn)。（參考提示：用冒號或linspace命令）a = 0 0.6981 1.3963

2、 2.0944 2.7925 3.4907 4.1888 4.8869 5.5851 6.2832a =0 0.6981 1.3963 2.0944 2.7925 3.4907 4.1888 4.8869 5.5851 6.28322 已知矩陣，運(yùn)行指令b1=a.(0.5), b2=a(0.5), 可以觀察到不同運(yùn)算方法所得結(jié)果不同。（1）請分別寫出根據(jù)b1, b2恢復(fù)原矩陣a的程序。a = 1 2 3 4>> b1=a.(0.5)b1 = 1.0000 1.4142 1.7321 2.0000>> b2=a(0.5)b2 = 0.5537 + 0.4644i 0.80

3、70 - 0.2124i 1.2104 - 0.3186i 1.7641 + 0.1458i>> a1=b1.(2)a1 = 1.0000 2.0000 3.0000 4.0000>> a2=b2(2)a2 = 1.0000 + 0.0000i 2.0000 - 0.0000i 3.0000 + 0.0000i 4.0000 （2）用指令檢驗(yàn)所得的兩個(gè)恢復(fù)矩陣是否相等。3 先運(yùn)行clear,format long,rand('state',1),a=rand(3,3)，然后根據(jù)a寫出兩個(gè)矩陣：一個(gè)對角陣b，其相應(yīng)元素由a的對角元素構(gòu)成；另一個(gè)矩陣c，其對

4、角元素全為0，而其余元素與對應(yīng)的a陣元素相同。clear,format long,rand('state',1),a=rand(3,3)a = 0.95278214965662 0.59815852417219 0.83681960067634 0.70406216677500 0.84074319811307 0.51870305972492 0.95387747359223 0.44281884223513 0.02220977857260命令為：4 下面有一段程序，企圖用來解決如下計(jì)算任務(wù)：有矩陣，當(dāng)依次取10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1時(shí)，計(jì)算

5、矩陣“各列元素的和”，并把此求和結(jié)果存放為矩陣sa的第k行。例如時(shí)，a陣為，此時(shí)它各列元素 的和是一個(gè)行數(shù)組，并把它保存為sa的第3行。問題：該段程序的計(jì)算結(jié)果對嗎？假如計(jì)算結(jié)果不正確，請指出錯(cuò)誤發(fā)生的根源，并改正之。原程序?yàn)椋篺or k=10:-1:1a=reshape(1:10*k,k,10);sa(k,:)=sum(a);endsa;修改源程序：（提示，使用help sum，參考關(guān)于sum函數(shù)的英文說明，注意sum是何時(shí)是按照列來求和的）for k=10:-1:1a=reshape(1:10*k,k,10);sa(k,:)=sum(a,1);endsa;5 由指令rand('st

6、ate',0),a=rand(4,6)生成二維數(shù)組a，試求該數(shù)組中所有大于0.5的元素的位置，分別求出它們的“全下標(biāo)”和“單下標(biāo)”。（請參考find指令的用法，利用help find，注：命令('state',0) 為resets the generator to its initial state. 重新恢復(fù)初始狀態(tài)，剛運(yùn)行matlab時(shí)候的狀態(tài)，更詳細(xì)的rand 用法請參考help rand）6 求解一元七次方程1.25x7+5.66x6+0.71x4+0.68x3+6.21x+50150的根。（使用root指令）命令為：7.運(yùn)行如下指令：（請參考教材上符

7、號計(jì)算那一章例2.1-3）syms a b x x yk=sym(3);z=sym(c*sqrt(delta)+y*sin(theta)expr=a*z*x+(b*x2+k)*y在表達(dá)式expr中，確定1個(gè)、2個(gè)和3個(gè)自由符號變量的命令分別為：找出expr中的全部的自由符號變量的命令為：8.請編寫matlab指令，化簡。（請參考教材上符號計(jì)算那一章例2.2-2）9.請編寫matlab指令求。（請參考教材上符號計(jì)算那一章例2.3-1）10. 請編寫matlab指令求。（請參考例2.3-9）11. 產(chǎn)生5階隨機(jī)方陣a，其元素為10,90區(qū)間的隨機(jī)整數(shù)，然后判斷a的元素是否能被3整除.（根據(jù)參考答案

8、，寫出自己的程序）參考答案：（1）生成5階隨機(jī)方陣a a=fix(90-10+1)*rand(5)+10) (2) 判斷a的元素是否可以被3整除。 p=rem(a,3)=0其中，fix為朝零方向舍入函數(shù)，rem(a,3)是矩陣a的每個(gè)元素除以3的余數(shù)矩陣。此時(shí)，0被擴(kuò)展為與a同維數(shù)的零矩陣，p是進(jìn)行等于(=)比較的結(jié)果矩陣。12. 已知矩陣 1 2 0x 2 5 -1 4 10 -1 計(jì)算其特征值v和特征向量d，并驗(yàn)證xv=vd。（提示用eig函數(shù)）（根據(jù)參考答案，寫出自己的程序）（參考v,d=eig(a)：求a的全部特征值，構(gòu)成對角陣d，并求a的特征向量構(gòu)成v的列向量）13. 用求特征值的方

9、法解方程，3x5-7x4+5x2+2x-18=0。（根據(jù)參考答案，寫出自己的程序）參考答案：命令如下： p=3 -7 0 5 2 -18;a=compan(p) %p的伴隨矩陣x1=eig(a) %求a的特征值x2=roots(p) %直接求多項(xiàng)式p的零點(diǎn) 即 方程p(x)=0的解14、求方程組的解（1） x1+2x2=8 2x1+3x2=13（2） x1+2x2=1 2x1+3x2=2 3x1+4x2=3 （3） x1+2x2+3x3=1 2x1+3x2+4x3=2實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目二：matlab數(shù)據(jù)的可視化實(shí)驗(yàn)的目的和任務(wù)：利用matlab常用命令進(jìn)行符號計(jì)算和繪圖，練習(xí)二維圖形和三維圖形的繪制、

10、符號計(jì)算實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1.三維曲線繪圖。本例演示：三維曲線的參數(shù)方程；線型、點(diǎn)形和圖例。t=(0:0.02:2)*pi;x=sin(t);y=cos(t);z=cos(2*t);plot3(x,y,z,'b-',x,y,z,'bd')view(-82,58),box onxlabel('x'),ylabel('y'),zlabel('z')legend('鏈','寶石') 2. 用曲面圖表現(xiàn)函數(shù)。3. 三種濃淡處理方式比較。clfx=-4:4;y=x;x,y=meshgrid(x,y);

11、z=x.2+y.2;surf(x,y,z)colormap(jet)subplot(1,3,1),surf(z),axis offsubplot(1,3,2),surf(z),axis off,shading flatsubplot(1,3,3),surf(z),axis off,shading interpset(gcf,'color','w')4. 燈光、照明、材質(zhì)指令所表現(xiàn)的圖形。clf;x,y,z=sphere(40);colormap(jet)%<3>subplot(1,2,1),surf(x,y,z),axis equal off,sha

12、ding interp%<4>light ('position',0 -10 1.5,'style','infinite')%<5>lighting phong%<6>material shiny%<7>subplot(1,2,2),surf(x,y,z,-z),axis equal off,shading flat%<8>light;lighting flat%<9>light('position',-1,-1,-2,'color','

13、;y')%<10>light('position',-1,0.5,1,'style','local','color','w')%<11>set(gcf,'color','w')5. 演示：如何利用“非數(shù)”nan，對圖形進(jìn)行鏤空處理。p=peaks(30);p(18:20,9:15)=nan;surfc(p);colormap(hot)light('position',50,-10,5)material(0.9,0.9,0.6,15,0.

14、4)grid off,box on 6. 用圖形表示連續(xù)調(diào)制波形 及其包絡(luò)線。7. 通過繪制二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)，綜合演示圖形標(biāo)識。本例比較綜合，涉及的指令較廣。clf;t=6*pi*(0:100)/100;y=1-exp(-0.3*t).*cos(0.7*t);plot(t,y,'r-','linewidth',3)%<3>hold ontt=t(find(abs(y-1)>0.05);ts=max(tt);%<5>plot(ts,0.95,'bo','markersize',10)%<6>

15、hold offaxis(-inf,6*pi,0.6,inf)set(gca,'xtick',2*pi,4*pi,6*pi,'ytick',0.95,1,1.05,max(y)%<9>set(gca,'xticklabel','2*pi''4*pi''6*pi')%<10>set(gca,'yticklabel','0.95''1''1.05''max(y)')%<11>grid on

16、text(13.5,1.2,'fontsize12alpha=0.3')%<13>text(13.5,1.1,'fontsize12omega=0.7')%<14>cell_string1='fontsize12uparrow'%<15>cell_string2='fontsize16 fontname隸書鎮(zhèn)定時(shí)間'cell_string3='fontsize6 'cell_string4='fontsize14rmt_s = ' num2str(ts);%<

17、;18>text(ts,0.85,cell_string,'color','b','horizontalalignment','center')%<19>title('fontsize14it y = 1 - e -alpha tcosomegat')%<20> xlabel('fontsize14 bft rightarrow')ylabel('fontsize14 bfy rightarrow')%<22> 8. 畫出函數(shù)和積分在區(qū)間上的

18、曲線。 實(shí)驗(yàn)要求：其中演示實(shí)驗(yàn)要求根據(jù)現(xiàn)有程序，進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?，并給出仿真結(jié)果。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目三：動(dòng)態(tài)電路的仿真 實(shí)驗(yàn)的目的和任務(wù)：練習(xí)simulink模型文件的操作，學(xué)習(xí)使用模型文件求解簡單的問題。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、 練習(xí)simulink的基本操作：模型文件的操作、模塊的操作（模塊的選定、大小、方向、位置的調(diào)整、刪除、模塊名的操作）、信號線的操作（連接、曲折、移動(dòng)、刪除，標(biāo)簽及其傳遞）。2、 上機(jī)仿真實(shí)現(xiàn)以下問題：一因果系統(tǒng)可由微分方程：描述，且輸入，系統(tǒng)初始狀態(tài)為零，求取系統(tǒng)響應(yīng)。一種方法即可。3、 上機(jī)仿真實(shí)現(xiàn)以下問題：一離散系統(tǒng)可由差分方程：描述，f（t）是輸入控制信號，有：，求系統(tǒng)的響應(yīng)。實(shí)驗(yàn)

19、要求：1、 先練習(xí)simulink的基本操作。2、 對于內(nèi)容2，可以選擇基本的積分模塊來建立模型，進(jìn)行仿真；也可以采用傳遞函數(shù)模塊進(jìn)行仿真；還可以采用狀態(tài)空間模塊建立模型。進(jìn)行仿真。情根據(jù)自身具體情況，選擇至少一種方法，求出系統(tǒng)的響應(yīng)。3、 要求最終給出仿真的結(jié)果。并對結(jié)果進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目四：模擬電路的仿真實(shí)驗(yàn)的目的和任務(wù)：編寫m文件或simulink模型文件實(shí)現(xiàn)模擬電路的仿真 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、 上機(jī)仿真實(shí)現(xiàn)例4-1， 如圖：所示電路，r=5，ra=25，rb=100，rc125，rd40，re37.5，求圖中v40v直流電壓源的輸出電流。2、 上機(jī)仿真實(shí)現(xiàn)如下問題：。如圖所示的電路，開關(guān)置于

20、a點(diǎn)已有相當(dāng)一段時(shí)間之后，突然將開關(guān)切換到b點(diǎn)，求出vc（t）和i（t）的波形圖。3、 上機(jī)仿真實(shí)現(xiàn)如下問題：已知：c10.5f，r2r32，l41h，us10cost，is（t）5cos2t。求b d兩點(diǎn)之間的電壓，要求先建立電路模型，然后利用matlab的m語言編程。4、 上機(jī)仿真實(shí)現(xiàn)二極管雙向限幅電路的仿真。其中v3sint，r2，求a b兩端的電壓輸出波形。實(shí)驗(yàn)要求：1、 對于內(nèi)容1，要求采用編寫m文件的方法和simulink模型文件兩種方法實(shí)現(xiàn)。2、 通過m文件進(jìn)行仿真，先分析仿真對象，確定仿真思路，建立仿真模型，根據(jù)模型寫出仿真程序，運(yùn)行后得出仿真結(jié)果。3、 利用simulink仿

21、真模型進(jìn)行仿真，要正確設(shè)置仿真參數(shù)。4、 m文件要列出全部程序代碼，并給出仿真結(jié)果。5、 用模型文件仿真，要給出所用模型，得出仿真結(jié)果。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目五：組合邏輯電路仿真實(shí)驗(yàn)的目的和任務(wù)：組合邏輯電路仿真、利用simulink模型文件實(shí)現(xiàn)編碼器或?qū)崿F(xiàn)組合邏輯電路的仿真。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1. 利用simulink模塊搭建一個(gè)3位二進(jìn)制編碼器的仿真模型。已知8線-3線二進(jìn)制編碼的真值表，利用simulink搭建仿真模型，實(shí)現(xiàn)對8線-3線譯碼器的仿真。真值表x0x1x2x3x4x5x6x7z2z1z010000000000010000000010010000001000010000011000010001000

22、000010010000000010111000000011112. 利用simulink模塊搭建一個(gè)3線-8線譯碼器的仿真模型。已知3線-8線二進(jìn)制譯碼器的真值表，利用simulink搭建仿真模型，實(shí)現(xiàn)對3線-8線譯碼器的仿真。要求根據(jù)真值表寫出邏輯表達(dá)式，并說明所應(yīng)用的脈沖序列發(fā)生器的參數(shù)。三個(gè)輸入端分別為：x2，x1，x0，8個(gè)輸出端分別為：z0-z7。x2x1x0z0z1z2z3z4z5z6z700010000000001010000000100010000001100010000100000010001010000010011000000010111000000013. 利用simulink模塊搭建一個(gè)4線-16線譯碼器的仿真模型。4. 利用simulink模塊