1MATLAB介绍simulink

MATLAB系统级仿真分析概述.1MATLAB系统级仿真分析第一次课概述微电子学院高海霞2013年春季MATLAB系统级仿真分析概述.2课程说明学时：20（共十次课）学分：1.5教师：高海霞（前七次课）马佩军（后三次课）教材：无课件：课后到下述邮箱下载账户：[e-mail]密码：matlab_nancy考核：大作业MATLAB系统级仿真分析概述.3一、MATLAB简介MATLAB的产生与发展20世纪70年代后期，时任美国新墨西哥大学的CleveMoler教授出于减轻学生编程负担的动机，用FORTRAN语言编写了最早的MATLAB。MATLAB由MATrix和LABoratory两词的前3个字母组合而成，即解决线性代数中的矩阵运算问题。1984年美国MathWorks公司把MATLAB正式推向市场，从这时起，MATLAB的内核采用C语言编写，而且除原有的数值计算能力外，还新增了数据图视功能。从1997年春的5.0版起，后历经6.0、6.5、7.0、7.5（2007年）等多个版本的不断改进，目前已经推出了8.0版，现在的MATLAB已经远不仅仅是一个“矩阵实验室”，它已经成为一个集概念设计、算法开发、建模仿真、实时实现于一体的集成环境，它拥有许多衍生的子集工具。MATLAB系统级仿真分析概述.4西安电子科技大学出版社：基于MATLAB的系统分析与设计丛书书名：基于MATLAB的系统分析与设计——小波分析书名：基于MATLAB的系统分析与设计——控制系统书名：基于MATLAB的系统分析与设计——神经网络书名：基于MATLAB的系统分析与设计——信号处理书名：基于MATLAB的系统分析与设计——图像处理书名：基于MATLAB的系统分析与设计——时频分析书名：基于MATLAB的系统分析与设计——模糊系统一、MATLAB简介MATLAB的应用范围MATLAB系统级仿真分析概述.5西安电子科技大学出版社：MATLAB工程应用丛书书名：Simulink建模与仿真书名：MATLAB应用图像处理书名：控制系统设计与仿真书名：MATLAB6.x图形编程与图像处理书名：MATLAB辅助模糊系统设计书名：MATLAB辅助现代工程数字信号处理书名：MATLAB及在电子信息课程中的应用书名：MATLAB6.0与科学计算一、MATLAB简介MATLAB的应用范围MATLAB系统级仿真分析概述.6书名:MATLAB基础与编程入门书名:MATLAB外部接口编程书名:Simulink动态系统建模与仿真基础书名:控制系统设计与仿真书名:DSP程序开发-MATLAB调试及直接目标代码生成书名：MATLAB遗传算法工具箱及应用书名：电力系统的MATLAB/SIMULIK仿真与应用书名：GPS基本原理及其MATLAB仿真书名：MATLAB辅助现代工程数字信号处理MATLAB相关书籍种类极多，其应用几乎涉及所有领域。一、MATLAB简介MATLAB的应用范围——西电出版的其他部分书籍MATLAB系统级仿真分析概述.7MATLAB扩展：支持在MATLAB中对系统的实施和开发。MATLAB工具箱：专用的函数库用来解决特定领域（通信系统、信号处理、小波分析、神经网络、控制系统等）的问题。Simulink：结合了框图界面和交互仿真能量的系统级设计和仿真工具，可以让用户完成从算法开发、仿真或者模型验证的全过程。Blockset：是为simulink建立的许多专门领域应用的模块集。一、MATLAB简介MATLAB产品家族MATLAB系统级仿真分析概述.8集成电路应用实例MATLAB系统级仿真分析概述.9国防科大硕士论文MATLAB系统级仿真分析概述.10成电硕士论文MATLAB系统级仿真分析概述.11成电硕士论文MATLAB系统级仿真分析概述.12西电基于ASIC的电压和电流有效值电路设计MATLAB系统级仿真分析概述.13西电MATLAB系统级仿真分析概述.14GPS系统开关电容ADC脉冲调制器信号产生系统频率合成器卷积码译码器DDS芯片全数字锁相环脉冲占空比控制电路运动控制高速芯片位同步电路视频信号解码器芯片MATLAB系统级仿真分析概述.15MATLAB的主要特点具有丰富的数学功能1.各种矩阵运算，如：正交变换、三角分解、特征值、常见特殊矩阵等2.各种特殊函数。如：贝塞尔函数、勒让德函数、伽码函数、贝塔函数、椭圆函数等。3.各种数学运算。如：数值微分、数值积分、插值、求极值、方程求根、FFT、常微分方程的数值解等。具有很好的图视系统1.可方便地画出两维和三维图形2.高级图形处理。如：色彩控制、句柄图形、动画3.图形用户界面GUI制作工具，可以制作用户菜单和控件。使用者可以根据自己的需求编写出满意的图形界面。可以直接处理声音和图形文件1.声音文件。如：WAV文件（例：wavread，sound等）2.图形文件。如：bmp、gif、pcx、tif、jpeg等文件。一、MATLAB简介MATLAB系统级仿真分析概述.16具有若干功能强大的应用工具箱如：SIMULINK、COMM、DSP、SIGNAL等工具箱使用方便，具有很好的扩张功能1.使用MATLAB语言编写的程序可以直接运行，无需编译。2.可以M文件转变为独立于平台的EXE可执行文件。3.MATLAB的应用接口程序API是MATLAB提供的十分重要的组件，由一系列接口指令组成。用户就可在FORTRAN或C中，把MATLAB当作计算引擎使用具有很好的帮助功能1.提供十分详细的帮助文件（PDF、HTML、demo文件）。2.联机查询指令：help指令（例：helpelfun，helpexp），lookfor关键词（例：lookforfourier）。一、MATLAB简介MATLAB的主要特点MATLAB系统级仿真分析概述.17例1绘制二维曲线画出衰减振荡曲线。t的取值范围是。teyt3sin3]4,0[t=0:pi/50:4*pi;y=exp(-t/3).*sin(3*t);plot(t,y)gridMATLAB系统级仿真分析概述.18例2绘制三维曲面画出所表示的三维曲面。x，y的取值范围是[-8,8]2222)sin(yxyxzclear;x=-8:0.5:8;y=x';X=ones(size(y))*x;Y=y*ones(size(x));R=sqrt(X.^2+Y.^2)+eps;Z=sin(R)./R;surf(X,Y,Z);colormap(cool)xlabel('x'),ylabel('y'),zlabel('z')MATLAB系统级仿真分析概述.19例3解线性方程组3x1+x2-x3=3.6x1+2x2+4x3=2.1Ax＝bx=A\b-x1+4x2+5x3=-1.4x=inv(A)*bA=[31-1;124;-145];b=[3.6;2.1;-1.4];x=1.4818-0.46060.3848MATLAB系统级仿真分析概述.20例4图像处理WaveletToolbox提供的图像压缩算法可以显著地减少数据量。美国联邦调查局(FBI)使用小波技术压缩和存储指纹数据。压缩过的图像（右）与原来的图像（左）几乎完全相同，而数据量大大减小。对GOES-8卫星显示的1997年4月1日暴风雪过后美国东北部雪覆盖的地区的图像做增强处理MATLAB系统级仿真分析概述.21例5图像处理修复一个模糊的图片是使用OptimizationToolbox中的带约束最小二乘法解决大型稀疏问题的一个例子。上面是原来模糊的图片，下面是修复之后的图片。MATLAB系统级仿真分析概述.22例6图像融合MATLAB系统级仿真分析概述.23例7PCM编解码系统MATLAB系统级仿真分析概述.24MATLAB计算与图形基本曲线MATLAB系统级仿真分析概述.25MATLAB计算与图形统计类MATLAB系统级仿真分析概述.26MATLAB计算与图形数值解MATLAB系统级仿真分析概述.27MATLAB计算与图形GUI绘图MATLAB系统级仿真分析概述.28MATLAB计算：各领域MATLAB系统级仿真分析概述.29MATLAB计算：各领域MATLAB系统级仿真分析概述.30MATLAB计算可视化：场分析MATLAB系统级仿真分析概述.31Top-DownDesignFlow系统说明建立系统级模型、仿真设计输入逻辑综合系统划分前仿真布局布线版图参数提取后仿真数据输出GDSSystemLevelLogicalLevelPhysicalLevel提出系统的总体指标，包括关键功能、子系统划分、各子系统功能特点以及重要的端口特性、功率消耗、封装要求以及主要的接口要求；二、VLSI设计流程和EDA工具MATLAB系统级仿真分析概述.32功能：完成器件的功能描述常用工具：对自顶而下的（Top-Down）设计方法，往往首先使用VHDL或是VerilogHDL来完成器件的功能描述，代表性的语言输入工具有Summit公司的VisualHDL和Mentor公司的Renior等。对自下而上的设计，一般从晶体管或基本门的图形输入开始，代表性工具有Cadence公司的Composer和Viewlogic公司的Viewdraw等。二、VLSI设计流程和EDA工具设计输入MATLAB系统级仿真分析概述.33功能：采用HDL和逻辑综合工具产生网表，说明各逻辑单元的连接关系。基于不同的库，逻辑综合工具可以将设计思想转化成对应一定工艺手段的门级电路；将初级仿真中所没有考虑的门沿（gatesdelay）反标到生成的门级网表中,返回电路仿真阶段进行再仿真。最终仿真结果生成的网表称为物理网表。常用工具Synopsys公司的DesignCompilerCadence公司的BuiltgatesEnvisiaAmbit二、VLSI设计流程和EDA工具逻辑综合MATLAB系统级仿真分析概述.34数字电路仿真软件对于VerilogHDL网表仿真，Cadence公司的Verilog-XL是基于UNIX工作站最负盛名的仿真工具；而近年随PC工作站的出现，Viewlogic的VCS和Mentor公司的Modelsim因其易用性而迅速崛起并成为基于廉价PC工作站的数字仿真工具的后起之秀；对于VHDL网表仿真，Cadence提供Leafrog；Synopsys公司有VSS，而Mentor公司基于PC的Modelsim则愈来愈受到新手们的欢迎。模拟电路仿真软件PSPICE最早产生于Berkley大学，经历数十年的发展，随晶体管线宽的不断缩小，PSPICE也引入了更多的参数和更复杂的晶体管模型，使的他在亚微米和深亚微米工艺的今天依旧是模拟电路仿真的主要工具。Avanti是IC设计自动化软件的“英雄少年”，它的HSPICE因其在亚微米和深亚微米工艺中的出色表现而在近年得到了广泛的应用。Cadence的Spectre也是模拟仿真软件，但应用远不及PSPICE和HSPICE广泛。二、VLSI设计流程和EDA工具电路仿真MATLAB系统级仿真分析概述.35布局：决定模块中单元的位置布线：单元与模块之间连线版图输入工具：Cadence的Virtuoso布局、布线工具：Cadence的DesignFramework、SiliconEnsemble，EnvisiaPlace&RouteDSM是常用的基于UNIX工作站的全定制设计的布局布线软件CadenceSOC_Encounter二、VLSI设计流程和EDA工具版图绘制和自动布局布线MATLAB系统级仿真分析概述.36物理验证：DRC（DesignRuleCheck）：确保版图满足特定工艺的设计规则ERC（ElectricalRuleCheck）：检查power，ground的short，floatingdevice，floatingnet等制定的电气特性LVS（Layoutvs.Schematic）：将layout与schematic最比较，检查电路的连接，MOS的length和width值是否匹配寄生参数提取LPE（LayoutPar