基于matlab的AM調制仿真課程設計

數學與計算機學院第1章項目簡介1.1項目名稱基于matlab的AM調制仿真1.2開發(fā)人員阮文添、劉清海1.3指導教師王小文第2章項目研究意義2.1課程設計概述正弦載波幅度隨調制信號而變化的調制，簡稱調幅（AM）。調幅的技術和設備比較簡單，頻譜較窄，但抗干擾性能差，廣泛應用于長中短波廣播、小型無線電話、電報等電子設備中。早期的無線電報機采用火花式放電器產生高頻振蕩。傳號時火花式發(fā)報機發(fā)射高頻振蕩波，空號時發(fā)報機沒有輸出。這種電報信號的載波不是純正弦波，它含有很多諧波分量，會對其他信號產生嚴重干擾。理想的模擬正弦波調幅是：載波幅度與調制信號瞬時值成線性關系。MATLAB是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數學軟件，用于算法開發(fā)、數據可視化、數據分析以及數值計算的高級技術計算語言和交互式環(huán)境.MATLAB是matrix&laboratory兩個詞的組合，意為矩陣工廠（矩陣實驗室）。是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設計的高科技計算環(huán)境[1]。它將數值分析、矩陣計算、科學數據可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學研究、工程設計以及必須進行有效數值計算的眾多科學領域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設計語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。2.2研究意義現(xiàn)在的社會越來越發(fā)達，科學技術不斷地更新，在信號和模擬電路里面經常要用到調制與解調，而AM的調制與解調是最基礎的，也是經常用到的。用AM調制與解調可以在電路里面實現(xiàn)很多功能，制造出很多有用又實惠的電子產品，為我們的生活帶來便利。造我們日常生活中用的收音機也是采用了AM調制方式，而且在軍事和民用領域都有十分重要的研究課題。第3章采用的技術3.1課程設計的方案設計原理信號通過一定的傳輸介質在發(fā)射機和接收機之間進行傳送時，信號的原始形式一般不適合傳輸。因此，必須轉化他們的形式。將低頻信號加到高頻載波的過程，或者說把信息加載到信息載體上以便闡述的處理過程，陳偉調制。所謂“加載”，其實質是使高頻載波信號（信息載體）的某個特性參數隨信息信號的大小呈現(xiàn)性變化的過程。通常稱代表信息的信號為調制信號，稱信息載體信號為載波信號，稱調制后的頻帶信號為已調波信號。在多種調制中，最先應用的一種就是標準振幅調制（AM）。標準振幅調制是一種相對便宜的，質量不高的調制形式。在頻域中已調波頻譜是基帶調制信號頻譜的線性位移；在時域中，已調波包絡與調制信號波形呈線性關系[2]。對于單頻信號的調制情況，如果設單品調制信號為u0=Umcos(w0t),載波為uc=Uccos(wct),那么調幅信號（已調波）可表示為：uam=Uam(t)cos(wct),式中，Uam(t)為已調波的瞬時振幅值（也稱為調幅波的包絡函數）。由于調幅信號的瞬時振幅與調制信號成線性關系，既有：Uam(t)=Ucm+KaUamcos(w0t)=Ucm(1+(KaU0m/Ucm)cos(w0t))=Ucm(1+macos(w0t))式子中，Ka為比例常數，一般由調制電路的參數決定；ma=kaU0m/Ucm為調制系數（無單位），ma反映了調幅波振幅的改變量，常用百分數表示。把上述兩式可以得出單頻信號調幅波的表達式為： uam=Ucm(1+macos(w0t))cos(wct);以上分析是在單一正弦信號作為調制信號的情況下進行的。實際傳送的調制信號往往并非單一頻率的信號，而是一個具有連續(xù)頻譜的限帶信號。如果將某一連續(xù)信號的限帶信號U0(t)=f(t)作為調制信號，那么調幅波可表示為：Uam=[Ucm+kaf(t)]cos(wct)將其f(t)利用傅立葉級數展開為：F(t)=∑U0ncos(0nt)將上面兩式聯(lián)合，則調幅波的表達式為：Uam=Ucm[1+∑mncos(w0nt)]cos(wct)式子中：mn=kaU0n/Ucm則我們可以根據上述Uam式子，來進行調制的數學表達，讓Matlab來實現(xiàn)計算和繪圖。另外，上式中的ma為調制系數，它反映了信號調制的強弱程度，一般ma的值越大調幅度越深。在調幅波信號的分析中常用貧與分析法（即采用頻譜圖）來表達振幅調制的特。在上述單頻調幅信號的頻譜中，對最后的uam表達式利用三角函數的公式展開為：uam=Ucm(1+macos(w0t))cos(wct)=Ucm[cos(wct)+1/2macos(wc+w0)t+1/2macos(wc-w0)t]可見，單頻調幅波并不是一個簡單的正弦波，其中包含有三個頻率分量，即載波分量wc,上邊頻（USF）分量wu=wc+w0和下邊頻（LSF）分量w1=wc-w0,上下邊頻分量相當于載波是對稱的，每個邊頻分量的振幅是調幅波包絡振幅的一半。對于限帶調幅信號的頻譜，將Uam的表達式展開：Uam=Ucm[1+∑mncosw0t]cos(wct) =Ucm{cos(wct)+∑[1/2mncos(wc-w0)t+1/2mncos(wc+w0)]}可見，經調制后限帶信號的各個頻率都會產生各自的上變頻和下邊頻，疊加后就形成了所謂的上邊頻帶和下邊頻帶。因為上、下邊頻幅度相等且成對出現(xiàn)，所以上下邊頻帶的頻譜分布相對于載波是鏡像對稱的。第4章課程設計項目進度表日期完成的工作2015-12.21~12.22項目可行性研究，研究報告2015-12.22~12.23寫AM仿真程序2015-12.23~12.24AM仿真程序的調試2015-12.24~12.25撰寫課程設計總結報告2015-12.25交課程設計紙質和電子版材料第5章課程設計任務分配表成員座號項目內容序號劉清海1號1、單一頻率AM調制信號程序的編寫2、實驗心得的編寫3、AM項目意義的編寫4、報告的復查01阮文添24號1、非單一頻率AM調制信號程序的編寫2、AM設計思想的編寫3、AM設計心得的編寫4、報告的整理02第6章達到的效果6.1程序設計思想首先驗證了標準調幅調制的設計原理，另外可以得出AM調幅波的特點：調幅波大振幅（包絡）隨調制信號變化，而且包絡的變化規(guī)律與調制信號波形一致，表明調制信號（信息）記載在調幅波的包絡中。由上面的UAM(t)的表達式:uam=Ucm(1+macos(w0t))cos(wct);得出調幅波的包絡函數為：Uam(t)=Ucm(1+macos(w0t)),則得出了調幅波包絡波峰值為：Uam|max=Uam(1+ma)波谷值為：Uam|min=Uam(1-ma)（3）分析時域圖和頻譜圖可見：載波分量并不包含調制信息，調制信息只包含在上，下邊頻分量內，邊頻的振幅反映了調制信號幅度的大小。并且單頻調幅波的頻譜實質上是把低頻調制信號的頻譜線性搬移到載波的上下邊頻，調幅過程實質上就是一個頻譜的線性搬移過程。（4）由五種不同的調制系數ma得到的不同的調至結果圖可以看出，調制系數ma反映了調幅的強弱程度，一般ma的值越大調幅越深（圖a,b,c）。當ma=0時，表示未調幅，即無調幅作用；當ma=1時，調制系數的百分比達到100%，Um=Ucm,此時的包絡振幅的最小值Uam|min=0;當ma>1時（圖e），已調波的包絡形狀與調制信號不一樣，產生了嚴重的包絡失真。這種情況稱之為過量調幅[3]。實際應用中必須盡力避免。因此，在振幅調制過程中為了避免產生過量調幅失真，保證已調波的包絡真實的反映出調制信號的變化規(guī)律，要求調制系數ma必須滿足：0<ma<1.（5）對于多頻率的調制信號進行調幅時，由于各頻率信號的幅度不同，因而調制系數mn也不相同。長引用合成調制系數m’=√(QUOTE)。一般在調制過程中，要保證所有的頻率信號的調制都不會引起過量調幅失真。6.2程序最終實現(xiàn)結果當調制信號是單一頻率時：載波信號的分析：圖6.1調制信號的分析：圖6.2已調波信號的分析圖6.3放大x軸圖6.4改變調制深度m（上例中m=0.5）當m=0.3時：圖6.5當m=0.8時：圖6.6當m=1時：6.7當m=1.5時（即m>1）:圖6.8當調制信號不是單一頻率時：調制信號：圖6.9已調波信號：圖6.10當K=5時，此時的m都大于1（上面的k=1.5時，m<1）:圖6.11第7章源程序7.1當調制信號是單一頻率時1.載波信號：t=-1:0.000001:1; %定義時域t的范圍和步進A0=10; %載波信號的振幅A0f1=3000; %載波信號的頻率w0=f1*pi*2; Uc=A0*cos(w0*t); %載波信號figure(1); %繪圖subplot(2,1,1);plot(t,Uc);title('高頻載波'); axis([0,0.01,-15,15]); %定義圖像顯示的橫縱坐標范圍subplot(2,1,2);Y1=fft(Uc); %對載波信號進行快速傅立葉變換plot(abs(Y1));title('高頻載波頻譜');axis([5000,7000,0,20000000]); 2.調制信號：t=-1:0.000001:1; %定義時域t的范圍和步進A1=5; %調制信號的振幅A1f2=30; %調制信號的頻率w1=f2*pi*2; U0=A1*cos(w1*t); %調制信號figure(1); %繪圖subplot(2,1,1);plot(t,U0);title('調制信號');axis([0,1,-15,15]); %定義圖像顯示的橫縱坐標范圍subplot(2,1,2); Y2=fft(U0); %對調制信號進行快速傅立葉變換plot(abs(Y2));title('調制信號頻譜');axis([0,1000,0,10000000]);3.已調波信號： t=-1:0.00001:1;A0=10;A1=5; %給定調制信號和載波的振幅f0=3000;f1=30; %給定調制信號和載波的頻率w0=2*f0*pi; %頻率向角頻率的轉換w1=2*f1*pi;m=0.5; %調制系數Uam=A1*(1+m*cos(w1*t)).*cos((w0).*t); %已調波信號subplot(2,1,1); %繪圖plot(t,Uam);axis([0,0.25,-10,10]);gridon;title('AM調制信號波形');subplot(2,1,2);Y3=fft(Uam); %對已調波進行快速傅里葉變換plot(abs(Y3)),grid;title('AM調制信號頻譜');axis([5000,7000,0,1000000]);7.2當調制信號不是單一頻率時1.調制信號：t=-1:0.00001:1; A1=5; %三種不同頻率調幅波的幅值A2=4;A3=3;f1=100; %三種不同頻率調幅波的頻率f2=200;f3=300;w1=2*f1*pi; %頻率向角速度的轉換w2=2*f2*pi;w3=2*f3*pi;U1=A1*cos(w1*t)+A2*cos(w2*t)+A3*cos(w3*t) %合成的調幅波形式subplot(2,1,1); %繪圖plot(t,U1);axis([0,0.03,-30,30]);gridon;title('調制信號波形');subplot(2,1,2);Y3=fft(U1); %對調幅波進行快速傅立葉變換plot(abs(Y3)),grid;title('調制信號頻譜');axis([0,1000,0,1000000]);2.已調波信號： t=-1:0.00001:1;A0=10; %載波的幅值A1=5; %三種不同頻率調幅波的幅值A2=4;A3=3;f0=3000; %載波頻率f1=100; %三種不同頻率調幅波的頻率f2=200;f3=300;w0=2*f0*pi; %頻率向角速度的轉換w1=2*f1*pi;w2=2*f2*pi;w3=2*f3*pi;k=1.5; %設定比例常數K的值m1=k*A1/A0; %分別計算m值m2=k*A2/A0;m3=k*A3/A0;U1=A1*cos(w1*t)+A2*cos(w2*t)+A3*cos(w3*t); %合成的調幅波形式Uam=A0*(1+m1*cos(w1*t)+m2*cos(w2*t)+m3*cos(w3*t)).*cos((w0).*t); %已調波subplot(2,1,1); %繪圖plot(t,Uam);axis([0,0.03,-30,30]);gridon;title('AM已調波信號波形');subplot(2,1,2);Y3=fft(Uam); %對已調波作快速傅里葉變換plot(abs(Y3)),grid;title('AM已調波信號頻譜');第9章設計心得本設計完成了標準振幅調制的模擬，以及對調制系數影響的設計實現(xiàn)。Matlab方面相對于以前對它的了解，學會了使用快速傅里葉變換，并對其實現(xiàn)繪圖分析，實驗中暫時沒有用到自己編寫的M函數文件[1]，直接用到了一個內置的fft變換，得出了信號的頻譜圖；采用控制變量法，進行對調制系數m的影響的設計探究。在試驗中，繪圖的坐標范圍影響了圖形顯示的細節(jié)與否，將范圍調小，可以看到其實際波形變化，大范圍時可以輕易分析其輪廓，即外部特征。調制技術是通信電子線路中很基礎，很重要的一個環(huán)節(jié)，是實現(xiàn)通信必不可少的一項技術。這里選取調制中最簡單最基礎的標準振幅調制進行設計，因為其他的振幅調制方式如：雙邊帶調幅（DSB），單邊帶（SSB），AM殘邊帶等形式，這些調制的數學基礎，即函數表達式基本類似。實驗中運用Matlab這一強大的數學處理軟件，很容易就能得到要想的傅里葉變換和精準的繪圖，然后根據輸出結果進行理論分析，對于學習Matlab軟件非常有利。第10章參考文獻[1]張建平，戴永夏，潘玲玲，王睿韜.，數字信號處理實驗教程——基于MATLB，DSP和SOPC實現(xiàn)[M]，清華大學出版社，2010年[2]王衛(wèi)東、高頻電子線路、電子工業(yè)出版社，2009年[3]王華李有軍，matlab電子仿真與應用教程，國防工業(yè)出版社，2010年學校地址：福建省武夷山市武夷大道16號設計單位：數學與計算機學院版本號：WyuKcsjVer2007基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設計與研究基于單片機的嵌入式Web服務器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內核設計及其應用研究基于單片機的遠程抄表系統(tǒng)的設計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)軟件構件開發(fā)的技術研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設計和應用基于單片機的光纖光柵解調儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)的研制基于單片機的數字磁通門傳感器基于單片機的旋轉變壓器-數字轉換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調系統(tǒng)的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統(tǒng)設計Pico專用單片機核的可測性設計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機的時控和計數系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學生單片機應用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數據采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設備的數控改造基于單片機的溫度智能控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協(xié)議轉換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術研究基于單片機的膛壁溫度報警系統(tǒng)設計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設計基于單片機船舶電力推進電機監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機網絡的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機的大容量數據存儲技術的應用研究基于單片機的疊圖機研究與教學方法實踐基于單片機嵌入式Web服務器技術的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機的通用數據采集系統(tǒng)基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統(tǒng)基于單片機的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學實驗中的應用研究基于單片機系統(tǒng)的網絡通信研究與應用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設計與研究基于單片機的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應用研究基于雙單片機沖床數控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機與Internet互聯(lián)的研究與實現(xiàn)變頻調速液壓電梯單片機控制器的研究基于單片機γ-免疫計數器自動換樣功能的研究與實現(xiàn)基于單片機的倒立擺控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)單片機嵌入式以太網防盜報警系統(tǒng)基于51單片機的嵌入式Internet系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)單片機監(jiān)測系統(tǒng)在擠壓機上的應用MSP430單片機在智能水表系統(tǒng)上的研究與應用基于單片機的嵌入式系統(tǒng)中TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)與應用單片機在高樓恒壓供水系統(tǒng)中的應用基于ATmega16單片機的流量控制器的開發(fā)基于MSP430單片機的遠程抄表系統(tǒng)及智能網絡水表的設計基于MSP430單片機具有數據存儲與回放功能的嵌入式電子血壓計的設計基于單片機的氨分解率檢測系統(tǒng)的研究與開發(fā)\t"_b