1、    接口電路仿真的算法分析及實(shí)現(xiàn)1引言系統(tǒng)仿真是近30年才發(fā)展起來(lái)的一門新興學(xué)科，它通過(guò)對(duì)所研究系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和了解，抽取其中的基本要素，建立與現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)的仿真模型，并通過(guò)系統(tǒng)模型實(shí)驗(yàn)去研究一個(gè)已經(jīng)存在的或者正在設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的過(guò)程。Matlab是一種功能強(qiáng)大的的仿真工具，它包括眾多的功能各異的工具箱、以矩陣和數(shù)組為基本單位的編程語(yǔ)言，為數(shù)學(xué)計(jì)算和試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析提供了極大的便利。Siumlink是MATLAB的一個(gè)共生產(chǎn)品，包括豐富的模塊資源和工具箱資源， 1  引言系統(tǒng)仿真是近30年才發(fā)展起來(lái)的一門新興學(xué)科，它通過(guò)對(duì)所研究系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和

2、了解，抽取其中的基本要素，建立與現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)的仿真模型，并通過(guò)系統(tǒng)模型實(shí)驗(yàn)去研究一個(gè)已經(jīng)存在的或者正在設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的過(guò)程。Matlab是一種功能強(qiáng)大的的仿真工具，它包括眾多的功能各異的工具箱、以矩陣和數(shù)組為基本單位的編程語(yǔ)言，為數(shù)學(xué)計(jì)算和試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析提供了極大的便利。Siumlink是MATLAB的一個(gè)共生產(chǎn)品，包括豐富的模塊資源和工具箱資源，具有相對(duì)獨(dú)立的功能和使用方法，提供了建模、分析和仿真各種動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的交互環(huán)境，建立仿真模型后可以很容易地通過(guò)改變仿真參數(shù)，得到不同參數(shù)的仿真結(jié)果。結(jié)合MATLAB 和Simulin的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)各種電路的仿真。在構(gòu)建仿真電路時(shí)，有些可以直接調(diào)用Simul

3、ink模塊，有些用Simulink模塊難以實(shí)現(xiàn)的，可以通過(guò)編寫Simulink 支持的S函數(shù)來(lái)完成。對(duì)于比較復(fù)雜的仿真電路，可以采用Simulink模塊調(diào)用和編程混合的方式實(shí)現(xiàn)。本文所實(shí)現(xiàn)的A/D轉(zhuǎn)換電路的仿真就是采用 Simulink模塊調(diào)用和MATLAB編程混合的方式。2  A/D轉(zhuǎn)換電路的仿真2.1  A/D轉(zhuǎn)換電路的的仿真模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換電路的任務(wù)是將連續(xù)變換的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號(hào)，以便于數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行處理，模/數(shù)轉(zhuǎn)換一般要完成采樣、量化和編碼等幾個(gè)過(guò)程。采樣是在連續(xù)變化的模擬量上按一定的規(guī)律（周期地）取出其中的某一些瞬時(shí)值來(lái)代表這個(gè)連續(xù)的模擬量。為了保證

4、采樣信號(hào)不丟失的信息，即采樣后的離散信號(hào)能代替或能恢復(fù)原來(lái)的連續(xù)信號(hào)，采樣必須遵循采樣定理，即對(duì)信號(hào)采樣時(shí)，采樣頻率必須大于或等于信號(hào)最高頻率的兩倍。量化就是將f(nT)的所有值映射到數(shù)字量所表示的狀態(tài)上。實(shí)際上，在量化過(guò)程中是將樣本的幅值范圍分為若干個(gè)量化層，每一個(gè)量化層對(duì)應(yīng)一個(gè)量化輸出，所有落于該量化層內(nèi)的樣本都統(tǒng)一取該量化輸出值。量化層的數(shù)目與量化后編碼的位數(shù)有關(guān)。A/D轉(zhuǎn)換就是一個(gè)量化的過(guò)程，它把采樣后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。在實(shí)際工作中，A/D轉(zhuǎn)換首先要選定一個(gè)合適的編碼方案，然后根據(jù)編碼的位數(shù)確定量化層，從而確定采樣頻率。實(shí)現(xiàn)仿真電路的關(guān)鍵是采樣模塊的構(gòu)建，由于Simulink的模

5、塊難以構(gòu)建采樣功能，采樣模塊主要是通過(guò)編寫Simulink支持的S函數(shù)實(shí)現(xiàn)的。S函數(shù)有固定的程序格式，S函數(shù)的實(shí)現(xiàn)包括初始化、連續(xù)狀態(tài)微分、計(jì)算輸出和仿真終止。可以用MATLAB語(yǔ)言可以編寫S函數(shù)，也可以使用C 語(yǔ)言、C+和Fortran 等語(yǔ)言編寫。S函數(shù)使用一種特殊調(diào)用規(guī)則來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶與Simulink的內(nèi)部解法器進(jìn)行交互，并且這種交互可以適用于不同性質(zhì)的系統(tǒng)。S函數(shù)模塊存放在 Functions&Tables模塊庫(kù)中,通過(guò)此模塊可以創(chuàng)建包含S函數(shù)的Simulink模塊。S函數(shù)文件名區(qū)域要填寫S函數(shù)的文件名。S函數(shù)參數(shù)區(qū)填入S函數(shù)所需要的參數(shù)。本系統(tǒng)假定輸入的模擬信號(hào)周期為2

6、，編寫了4個(gè)S函數(shù)，分別為sf_ad4、sf_ad8、sf_ad16、sf_ad32，對(duì)應(yīng)的采樣時(shí)間分別為 0.5、0.25、0.125、0.0625，即采樣頻率分別是信號(hào)最高頻率的四倍、八倍、十六倍和三十二倍。下面以sf_ad32函數(shù)為例，說(shuō)明其算法及實(shí)現(xiàn)程序。首先，設(shè)模擬信號(hào)是周期為2的Sine波，且用連續(xù)的時(shí)間函數(shù)f（t）表示，采樣就是周期地取f（t）的瞬時(shí)值。根據(jù)采樣定理，對(duì)每個(gè)周期的模擬信號(hào)采樣32次，則采樣的時(shí)間就為0.0625(2/32)的倍數(shù)。完成一個(gè)周期的采樣時(shí)間為0.0625*n(0<=32，n 為整數(shù)),延時(shí)為0。采樣后將相應(yīng)值輸出，但信號(hào)在量值上仍然是連續(xù)

7、的，需將f（nT）的所有值映射到數(shù)字量所表示的狀態(tài)上，這種過(guò)程為量化。在量化過(guò)程中是將樣本的幅值范圍分為若干個(gè)量化層，每一個(gè)量化層對(duì)應(yīng)一個(gè)量化輸出，所有落在該量化層內(nèi)的樣本都統(tǒng)一取該量化輸出值。本實(shí)例中，采用4位編碼，則有 24=16個(gè)量化層。在編碼過(guò)程中采用從1000到0111的編碼，來(lái)輸出相應(yīng)的量化值。其源代碼如下:functionsys,x0,str,ts=sf_ad32(t,x,u,flag)switch flag,    case 0,        sys,x0,str,ts=mdl

8、InitializeSizes;        case 9,       sys=;    otherwise         error(unhandle flag=,num2str(flag);end functionsys,x0,str,ts=mdlInitializeSizessizes=simsizes;sizes.NumContStates=0;sizes.NumDiscStates=0;sizes.NumOutputs=1;sizes.NumInputs=1;sizes.DiRFeedthrough=1;sizes.NumSampleTimes=32;sys=simsizes(sizes);x0=;str=;ts=    0.0625 0    0.125  0    0.0625*3 0    0.25 0     &