CRC編碼的Simulink仿真實(shí)現(xiàn).doc

CRC編碼的Simulink仿真實(shí)現(xiàn)目錄第一章 設(shè)計(jì)要求求.21.1基本要求.21.2提高要求.21.3功能需求.2 第二章 系統(tǒng)的組成及工作原理.32.1系統(tǒng)組成.32.2 CRC編碼原理.32.3 通用CRC編碼器.32.4 CRCN編碼器.3 2.5 CRC檢測器(CRCN檢測器).4第三章 概要設(shè)計(jì).53.1 系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)圖.53.2 方案的比較.5第四章 詳細(xì)設(shè)計(jì).6 4.1 仿真模型圖.64.2 各個模塊的功能及參數(shù)設(shè)置.6第五章 調(diào)試及測試結(jié)果與分析.125.1功能調(diào)試.125.2、問題發(fā)現(xiàn)及解決.13第六章 設(shè)計(jì)總結(jié).14 參考文獻(xiàn).15 附錄1.16 附錄2.17 第一章 設(shè)計(jì)要求1.1、設(shè)計(jì)要求 （1）對輸入數(shù)據(jù)幀，進(jìn)行CRC編碼。根據(jù)數(shù)據(jù)幀長度，選擇適當(dāng)長度的CRC編碼器。觀察編碼前后的波形。（2）掌握CRC生成多項(xiàng)式、 系統(tǒng)碼等概念。（3）掌握SIMULINK仿真參數(shù)的設(shè)置方法。1.2提高要求 從誤碼率的角度考慮如何根據(jù)數(shù)據(jù)幀長度選擇合適的長度的CRC編碼器。1.3功能需求 實(shí)現(xiàn)CRC編碼以及檢測過程，并且在示波器上顯示波形。第二章 系統(tǒng)組成及設(shè)計(jì)原理2.1、系統(tǒng)組成 本系統(tǒng)由信源編碼部分，信道部分，信宿檢測部分組只要組成2.2、CRC編碼原理在K位信息碼后再拼接R位的校驗(yàn)碼，整個編碼長度為N位，因此，這種編碼又叫（N，K）碼。對于一個給定的（N，K）碼，可以證明存在一個最高次冪為N-K=R的多項(xiàng)式G(x)。根據(jù)G(x)可以生成K位信息的校驗(yàn)碼，而G(X)叫做這個CRC碼的生成多項(xiàng)式。 校驗(yàn)碼的具體生成過程為：假設(shè)發(fā)送信息用信息多項(xiàng)式M(X)表示，將C(x)左移R位，則可表示成M(x)*2R，這樣C(x)的右邊就會空出R位，這就是校驗(yàn)碼的位置。通過M(x)*2R除以生成多項(xiàng)式G(x)得到的余數(shù)就是校驗(yàn)碼。2.3、通用CRC編碼器通用CRC編碼器根據(jù)輸入的一幀數(shù)據(jù)計(jì)算得到這幀數(shù)據(jù)的循環(huán)冗余碼，并且把這個循環(huán)冗余碼附加到幀數(shù)據(jù)后面，形成輸出數(shù)據(jù)流。如果通用CRC編碼器的輸人數(shù)據(jù)的幀長度等于凡，生成多項(xiàng)式的最高次數(shù)等于r，對每幀數(shù)據(jù)產(chǎn)生k個校驗(yàn)和(CHECKSUM)，則CRC編碼器的工作流程如下：(1)把輸入的一幀數(shù)據(jù)等分成k個部分，每個部分的長度是nk；(2)在每個部分的數(shù)據(jù) 。后面添加r個二進(jìn)制位(并且這r個二進(jìn)制位的數(shù)值等于通用CRC編碼器的初始狀態(tài))，得到二進(jìn)制序列S ；(3)計(jì)算5 的循環(huán)冗余碼Ci；(4)把循環(huán)冗余碼Ci添加到Wi的后面，得到二進(jìn)制序列；(5)把所有的序列連接起來形成數(shù)據(jù)幀。2.4、CRCN編碼器CRCN編碼器(CRCN Generator)計(jì)算每一個輸入信號幀的循環(huán)冗余碼(CRC)，并把計(jì)算得到的循環(huán)冗余碼附加到輸入幀的末尾。CRCN編碼器是通用CRC編碼器的簡化，它的工作方式與通用CRC編碼器類似，但是它提供了若干個經(jīng)常使用的生成多項(xiàng)式，就表示這些生成多項(xiàng)式的最高次數(shù)。2.5、CRC檢測器(CRCN檢測器)與通用CRC生成器、CRCN生成器相對應(yīng)，CRC檢測器也有兩種：即通用戶CRC檢測器與CRC一檢測器。這兩種檢測器具有相同的工作原理，它們首先從接收到的二進(jìn)制序列中分離出信息序列和CRC，然后根據(jù)接收端的信息序列重新計(jì)算CRC。如果重新計(jì)算得到的CRC與接收到的CRC相等，則認(rèn)為接收序列是正確的；否則，則認(rèn)為接收序列存在著傳輸錯誤。第三章 概要設(shè)計(jì)3.1、系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)圖 生成二進(jìn)制序列進(jìn)行CRC編碼信道傳播進(jìn)行CRC檢測計(jì)算誤碼率選擇合適長度的成多項(xiàng)式是誤碼率最小3.2、方案的比較方案一：使用Simulink自帶的模塊進(jìn)行搭配，設(shè)置參數(shù)并仿真CRC碼的仿真模型主要由Bernoulli BinaryGenerator(貝努利二進(jìn)制序列生成器模塊)，CRCN Generator(CRCN生成器)和CRCN Syndrome Detector(CRCN檢測器)等模塊組成。通過設(shè)計(jì)各個模塊的參數(shù)就可以得到仿真結(jié)果。方案二：使用C語言編寫S函數(shù)并進(jìn)行仿真。通過Simulink中的S函數(shù)也可以得到同樣的仿真結(jié)果。與CRC碼仿真實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的是一個離散狀態(tài)的s函數(shù)，其輸入模塊為Bernoulli BinaryGnerator模塊，通過S函數(shù)模塊仿真后也能得到結(jié)果。但是相比較而言,方案二過程過于復(fù)雜，編寫代碼也容易出錯，而方案一簡單明了，調(diào)試方便，所以選擇的方案一來進(jìn)行仿真。第四章 詳細(xì)設(shè)計(jì)4.1、仿真模型圖仿真模型圖如圖4-1圖4 14.2、各個模塊的功能及參數(shù)設(shè)置 （1）Bernoulli BinaryGenerator(貝努利二進(jìn)制序列生成器模塊) 圖42Bernoulli BinaryGenerator是一個二進(jìn)制序列發(fā)生器，如圖4-2所示。Probabolity of a zero設(shè)置序列中出現(xiàn)0的概率，這里設(shè)置為0.3。Samples per frame設(shè)置幀的長度。（2）CRC-N Generator(CRC編碼器)CRC-N Generator是用來對輸入幀進(jìn)行CRC編碼的，如圖4-3所示。圖43 CRC-N Method是用來設(shè)置生成多項(xiàng)式的，這里有6種生成多項(xiàng)式，如表4-1所示 表4-1在本次設(shè)計(jì)中采用CRC-32模式，其生成多項(xiàng)式對應(yīng)二進(jìn)制序列為1000000100110000010001110110110111。 （3）復(fù)數(shù)轉(zhuǎn)換模塊該模塊如圖4-4所示圖4 4這個模塊是用來將實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)換成虛部為0的復(fù)數(shù)，由于瑞利信道只能輸入復(fù)數(shù)，所以需要添加這個模塊。（4）多徑瑞利衰減信道模塊該模塊如圖4-5所示圖4 5 該模塊是用來實(shí)現(xiàn)信號的多徑瑞利衰減仿真，他的輸入信號是幀的復(fù)數(shù)形式。其參數(shù)設(shè)置如圖4-6圖46Doppler frequency(Hz)：多普勒頻移Sample time:抽樣間隔Delay vector：時(shí)延向量Gain vector：增益向量 （5）矩陣螺旋解交織器 該模塊如圖4-7所示圖47 該模塊能將實(shí)數(shù)序列轉(zhuǎn)換成1列多行的矩陣，其參數(shù)設(shè)置如圖4-8 圖48（6）CRC-N檢測器CRC-N檢測器如圖4-9所示 圖49該模塊是用來CRC解碼的，并且能計(jì)算是否出錯了。設(shè)置參數(shù)方法跟CRC-N編碼器相同（7）vector scope示波器該模塊用來顯示編碼前后波形 如圖4-10所示 圖410 （8）錯誤率統(tǒng)計(jì)模塊 該模塊從發(fā)射端和接收端分別接受數(shù)據(jù)并進(jìn)行比較，得出誤碼率。 該模塊如圖4-11所示 圖411 其參數(shù)設(shè)置如圖4-12圖412（9）選擇器selector 該模塊用來選擇從錯誤率統(tǒng)計(jì)模塊輸出的3個數(shù)據(jù)中的第一個（三個數(shù)據(jù)分別是：誤碼率，錯誤碼元數(shù)，總碼元數(shù)）如圖4-13所示圖413 第五章 調(diào)試及測試結(jié)果與分析在整個制作過程中，首先是弄清楚各個模塊的功能以及參數(shù)的設(shè)置方法 ，布置好各個模塊的位置，然后進(jìn)行連接接。再進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，進(jìn)行仿真和調(diào)試。51功能調(diào)試 按下運(yùn)行，等仿真結(jié)束，觀察示波器波形，然后計(jì)算CRC編碼，看是否與示波器波形相同。示波器波形如圖5-10 圖5-1 從圖5-1可以看出輸入為101101111001111111001101110101110110010000111111CRC-N編碼器選用的是CRC-32 即生成多項(xiàng)式對應(yīng)二進(jìn)制代碼為1000000100110000010001110110110111經(jīng)過計(jì)算所得校驗(yàn)位1101010100110111101101001001100所得CRC編碼為1011011110011111110011011101011101100100001111111101010100110111101101001001100跟圖示相同說明仿真過程完全正確。5.2、問題發(fā)現(xiàn)及解決調(diào)試過程中瑞利信道報(bào)錯，查了資料，發(fā)現(xiàn)銳瑞利信道的輸入輸出必須是復(fù)數(shù)，在瑞利信道輸入端接上一個復(fù)數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，將輸入實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)換成虛部為0的復(fù)數(shù)后問題得到解決。調(diào)試過程中又發(fā)現(xiàn)誤碼率非常高，通過查資料和請教老師，發(fā)現(xiàn)這是又由延遲造成的。然后在信源和信宿分別連接一個To Worksapce模塊，再在示波器顯示，觀察延遲，并且在錯誤率統(tǒng)計(jì)模塊修改延遲，然后再一次仿真，控制誤碼率在0.4左右，問題得到了解決。第六章 設(shè)計(jì)總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)，學(xué)會了Simulink仿真工具的基本使用方法以及調(diào)試方法，并且初步了解了Simulink的模塊，同時(shí)還了解了S函數(shù)的編程方法。在本次設(shè)計(jì)中，完成了CRC編碼以及檢測的要求，而且了解了系統(tǒng)碼、線性編組碼的定義，對設(shè)計(jì)中所用到的模塊有了深刻的了解，尤其是CRC編碼器和CRC檢測器的工作原理，同時(shí)也了解了各個模塊的設(shè)置要求以及輸入輸出數(shù)據(jù)的要求，總的來說這次設(shè)計(jì)圓滿完成了。但是不可否認(rèn)在本設(shè)計(jì)中還是存在很多問題，Vector scope只能顯示幅度不能顯示時(shí)間和頻率；誤碼率還是比較高（查資料顯示使用瑞利信道誤碼率都很大）；生成的多項(xiàng)式只能有6種模式，這個問題如果使用通用CRC編碼器能得到解決。 本次實(shí)驗(yàn)前，用使用Simulink進(jìn)行多次仿真，在仿真過程中發(fā)現(xiàn)問題分析原因后，及時(shí)修改設(shè)計(jì)方案，修改電路中的各項(xiàng)參。但仿真的環(huán)境與實(shí)際情況還是存在出入，因而在使用中，還要完善方案參考文獻(xiàn)：1.樊昌信 曹麗娜等. 通信原理（第6版） M. 北京：國防工業(yè)出版社，2008 2.張森 張正亮等 Marlab仿真技術(shù)與實(shí)例應(yīng)用教程. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20043.鄧華等 Matlab通信仿真及應(yīng)用實(shí)力詳解.北京：人民郵電出版社，2003 附錄1：仿真電路圖附錄2：S函數(shù)代碼functionsys，x0，str，ts=crcfunc(t，x，u，flag)0A定義S函數(shù)m=1 1 0 1 0 1 0 1； 消息對應(yīng)的二進(jìn)制序列G=1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1； 生成多項(xiàng)式G( )=+ 5+ +I對應(yīng)的二進(jìn)制序列switch flag，0A根據(jù)flag的值進(jìn)行不同的S函數(shù)操作case 0sys，xO，str，ts=mdllnitializeSizes(m，G)；case 2sys=mdlUpdate(t，x，u，m，G)；case 3sys=mdlOutputs(t，x，u，m，G)；case1，4，9sys=；otherwiseerror(unhandled flag=，num2str(flag)；endfunctionsys，x0，sir，t8=mdllnitializeSizes(m，G)0A初始化S函數(shù)sizes=simsizes；sizesNumContStates=0：sizesNumDiscStates=1；sizesNumOutputs=1；sizesNumInputs=1；sizesDirFeedthrough=1；sizesNumSampleTimes=1；sys=simsizes(sizes)；xO=ones(2，1)；str=；ts=1 0；for i=1：24if(i=8)M(i)=m(i)；elseM(i)=0； 在消息后面補(bǔ)16個零endendR=M(i)l l G(i) 將M與G進(jìn)行模2運(yùn)算，相當(dāng)于異或運(yùn)算function sys=mdlUpdates(t，X，U，m，G) 更新離散狀態(tài)sys=R；function sys=mdlOutputs(t，X，U。m。G) 計(jì)算輸出結(jié)果sys= R；付：外文翻譯 電火花加工 電火花加工法對加工超韌性的導(dǎo)電材料（如新的太空合金）特別有價(jià)值。這些金屬很難用常規(guī)方法加工，用常規(guī)的切削刀具不可能加工極其復(fù)雜的形狀，電火花加工使之變得相對簡單了。在金屬切削工業(yè)中，這種加工方法正不斷尋找新的應(yīng)用領(lǐng)域。塑料工業(yè)已廣泛使用這種方法，如在鋼制模具上加工幾乎是任何形狀的模腔。 電火花加工法是一種受控制的金屬切削技術(shù)，它使用電火花切除（侵蝕）工件上的多余金屬，工件在切削后的形狀與刀具（電極）相反。切削刀具用導(dǎo)電材料（通常是碳）制造。電極形狀與所需型腔想匹配。工件與電極都浸在不導(dǎo)電的液體里，這種液體通常是輕潤滑油。它應(yīng)當(dāng)是點(diǎn)的不良導(dǎo)體或絕緣體。 用伺服機(jī)構(gòu)是電極和工件間的保持0.00050.001英寸（0.010.02mm）的間隙，以阻止他們相互接觸。頻率為20000Hz左右的低電壓大電流的直流電加到電極上，這些電脈沖引起火花，跳過電極與工件的見的不導(dǎo)電的液體間隙。在火花沖擊的局部區(qū)域，產(chǎn)生了大量的熱量，金屬融化了，從工件表面噴出融化金屬的小粒子。不斷循環(huán)著的不導(dǎo)電的液體，將侵蝕下來的金屬粒子帶走，同時(shí)也有助于驅(qū)散火花產(chǎn)生的熱量。 在最近幾年，電火花加工的主要進(jìn)步是降低了它加工后的表面粗糙度。用低的金屬切除率時(shí)，表面粗糙度可達(dá)24vin.(0.050.10vin)。用高的金屬切除率如高達(dá)15in3/h(245.8cm3/h)時(shí)，表面粗糙度為1000vin.(25vm)。 需要的表面粗糙度的類型，決定了能使用的安培數(shù),電容,頻率和電壓值。快速切除金屬（粗切削）時(shí)，用大電流,低頻率,高電容和最小的間隙電壓。緩慢切除金屬（精切削）和需獲得高的表面光潔度時(shí)，用小電流,高頻率,低電容和最高的間隙電壓。 與常規(guī)機(jī)加工方法相比，電火花加工有許多優(yōu)點(diǎn)。 1 . 不論硬度高低，只要是導(dǎo)電材料都能對其進(jìn)行切削。對用常規(guī)方法極難切削的硬質(zhì)合金和超韌性的太空合金，電火化加工特別有價(jià)值。 2 . 工件可在淬火狀態(tài)下加工，因克服了由淬火引起的變形問題。 3 . 很容易將斷在工件中的絲錐和鉆頭除。 4 . 由于刀具（電極）從未與工件接觸過，故工件中不會產(chǎn)生應(yīng)力。 5 . 加工出的零件無毛刺。 6 . 薄而脆的工件很容易加工，且無毛刺。 7 . 對許多類型的工件，一般不需第二次精加工。 8 .隨著金屬的切除，伺服機(jī)構(gòu)使電極自動向工件進(jìn)給。 9 .一個人可同時(shí)操作幾臺電火花加工機(jī)床。 10.能相對容易地從實(shí)心坯料上，加工出常規(guī)方法不可能加工出來的極復(fù)雜的形狀。 11.能用較低價(jià)格加工出較好的模具。12.可用沖頭作電極，在陰模板上復(fù)制其形狀，并留有必須的間隙。Electrical discharge machiningElectrical discharge machining has proved especially valuable in the machining of super-tough, electrically conductive materials such as the new space-age alloys. These metals would have been difficult to machine by conventional methods, but EDM has made it relatively simple to machine intricate shapes that would be impossible to produce with conventional cutting tools. This machining process is continually finding further applications in the metal-cutting industry. It is being used extensively in the plastic industry to produce cavities of almost any shape in the steel molds. Electrical discharge machining is a controlled metal removal technique whereby an electric spark is used to cut (erode) the workpiece, which takes a shape opposite to that of the cutting tool or electrode. The cutting tool (electrode) is made from electrically conductive material, usually carbon. The electrode, made to the shape of the cavity required, and the workpiece are both submerged in a dielectric fluid, which is generally a light lubricating oil. This dielectric fluid should be a nonconductor (or poor conductor) of electricity. A servo mechanism maintains a gap of about 0.0005 to 0.001 in. (0.01 to 0.02 mm) between the electrode and the work, preventing them from coming into contact with each other. A direct current of low voltage and high amperage is delivered to the electrode at the rate of approximately 20 000 hertz (Hz). These electrical energy impulses become sparks which jump the dielectric fluid. Intense heat is created in the localized area of the park impact, the metal melts and a small particle of molten metal is expelled from the surface of the workpiece . The dielectric fluid, which is constantly being circulated, carries away the eroded particles of metal and also assists in dissipating the heat caused by the spark.In the last few years, major advances have been made with regard to the surface finishes that can be produced. With the low metal removal rates, surface finishes of 2 to 4 um. (0.05 to 0.10um) are possible. With high metal removal rates finishes of 1 000uin. (25um) are produced.The type of finish required determines the number of amperes which can be used, the capacitance, frequency, and the voltage setting. For fast metal removal (roughing cuts), high amperage, low frequency, high capacitance, and minimum gap voltage are required. For slow metal removal (finish cut) and good surface finish, low amperage, high frequency, low capacitance, and the highest gap voltage are required.Electrical discharge machining has many advantages over conventional machining processes.1. Any material that is electrically conductive can be cut, regardless of its hardness. It is especially valuable for cemented carbides and the new supertough space-age alloys that are extremely difficult to cut by conventio