基于PIC16F877A的混沌信號發生器的設計
混沌科學得到廣泛研究應該得益于20世紀60年代洛倫茲(Lorenz)的“蝴蝶效應”。混沌信號具有初值敏感性、內隨機性、遍歷性和有界性等特點,近幾年得到深入的研究和探索,并開始廣泛應用于信號處理、保密通信、生物醫學等領域,特別是在醫療器械的應用,有著重大的突破。科學研究表明:生物體是一個高度的非線性系統,而非線性系統的運動通常表現出混沌現象,人體的生理活動呈現眾多的混沌現象。所以,研究混沌信號源的產生對生物醫學的研究有著極其重要的意義。
1 混沌信號產生的數學建模與仿真
1.1 混沌信號系統數學模型的選用
該設計中,考慮到人體生理活動本身也是一個混沌系統,主要是要產生一個具有混沌特性的信號源,來調節人體的生理活動,因此,該設計采用最經典的Lorenz混沌模型來產生信號。其數學模型如式(1)所示。當σ=10,b=8/3,r=28時系統進入混沌狀態。此時Lorenz方程可表示為式(2)。
代入數值得:
1.2 基于Matlab/Simulink的Lorenz混沌系統仿真
Simulink是Matlab軟件的一個附加組件,為用戶提供了一個建模和仿真的工作平臺,它采用模塊組合的方法來創建動態系統的計算機模型,其重要的特點是快速、準確。對于比較復雜的非線性系統,效果更為明顯。其用戶交互接口是基于Windows的模型化圖形輸入,即用戶只需要知道這些模塊的輸入/輸出和模塊的功而不必考察模塊內部是如何實現的,通過對這些基本模塊的調用,再將它們接起來就可以構成所需要的系統模型(以.mdl文件進行存取),進而進行仿真與分析。在Matlab/Simulink環境下創建仿真模型,如圖1所示,運行仿真后,可得混沌系統時域波形以及相軌跡圖仿真結果,如圖2所示。
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