基于MATLAB的時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)與仿真設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生：田鑫 專業(yè)班級(jí)：電子科學(xué)與技術(shù) 0703 班指導(dǎo)教師:鐘毅 工作單位：信息工程學(xué)院題目: 基于MATLAB的時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)與仿真初始條件：MATLAB 軟件 微機(jī)要求完成的主要任務(wù):深入研究和掌握數(shù)字電路中時(shí)序邏輯電路的理論知識(shí)。利用MATLAB強(qiáng)大的圖形處理功能、符號(hào)運(yùn)算功能和數(shù)值計(jì)算功能，實(shí)現(xiàn)時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)和仿真。一、以寄存器為例仿真下列波形并行寄存器輸出波形（以基本RS觸發(fā)器構(gòu)造）；移位寄存器輸出波形（用D觸發(fā)器構(gòu)造）二、以雙向移位寄存器為例實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和封裝并仿真下列波形4位雙向移位寄存器并行輸出波形；4位雙向移位寄存器串行右移輸出波形；4位雙向移位寄存器

2、串行左移輸出波形三、以扭環(huán)計(jì)數(shù)器為例仿真下列波形扭環(huán)計(jì)數(shù)器的輸出波形（以JK觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)）時(shí)間安排：學(xué)習(xí)MATLAB語言的概況 第1天學(xué)習(xí)MATLAB語言的基本知識(shí) 第2、3天學(xué)習(xí)MATLAB語言的應(yīng)用環(huán)境，調(diào)試命令，繪圖能力 第4、5天課程設(shè)計(jì) 第6-9天答辯 第10天指導(dǎo)教師簽名：年月日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年月日30 / 34目 錄摘要IAbstractII緒論11 MATLAB簡(jiǎn)介21.1 MATLAB21.2 MATLAB的特點(diǎn)21.3 MATLAB的程序設(shè)計(jì)21.4 M文件31.5 SIMULINK仿真設(shè)計(jì)31.5.1創(chuàng)建和使用模型31.5.2選擇和定制模塊31.5.3建立和編

3、輯模型41.5.4配置子系統(tǒng)41.5.5條件執(zhí)行子系統(tǒng)52 時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)52.1 鎖存器和觸發(fā)器52.1.1 雙穩(wěn)態(tài)52.1.2 鎖存器52.1.3 觸發(fā)器62.2 時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)82.2.1 移位寄存器82.2.2 扭環(huán)計(jì)數(shù)器93 基于MATLAB的組合邏輯電路設(shè)計(jì)123.1以寄存器仿真波形123.1.1并寄存器的設(shè)計(jì)123.1.2移位寄存器的設(shè)計(jì)153.2以雙向移位寄存器實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和封裝仿真波形183.3以扭環(huán)計(jì)數(shù)器為例仿真下列波形264 收獲、體會(huì)與建議285致296參考文獻(xiàn)30摘要MATLAB是當(dāng)今最優(yōu)秀的科技應(yīng)用軟件之一，具有強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算與可視化功能、簡(jiǎn)單易用、開放式可

4、擴(kuò)展環(huán)境。本文介紹了時(shí)序邏輯電路的MATLAB設(shè)計(jì)和仿真，在這種電路中，任意時(shí)刻的輸出信號(hào)不但取決于當(dāng)時(shí)的輸入信號(hào)，還取決于電路當(dāng)時(shí)的狀態(tài)，或者說，還與以前的輸入有關(guān)。具備這種邏輯功能特點(diǎn)的電路叫做時(shí)序邏輯電路。時(shí)序邏輯電路中需要將某一時(shí)刻的電路狀態(tài)進(jìn)行存儲(chǔ)，利用觸發(fā)器組成寄存器和計(jì)數(shù)器。在時(shí)序邏輯電路的仿真的過程中，將使用到SIMULINK中的觸發(fā)器模塊。同時(shí)也介紹了仿真中的子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和封裝，進(jìn)一步介紹MATLAB強(qiáng)大的數(shù)字處理功能。關(guān)鍵詞: 觸發(fā)器，寄存器，計(jì)數(shù)器，仿真，封裝AbstractToday is the most outstanding of MATLAB software

5、technology application, strong scientific computing and visual function, easy-to-use, open extensible environment. The paper introduces the hardwave circuit design and simulation of MATLAB, in this circuit, arbitrary moment not only depend on the output signal was still depends on the input signal,

6、and then the state, or circuit, and the relevant input before. Have this kind of logic function characteristics of the circuit is called the hardwave circuit. The hardwave circuit in a moment to store, the circuit state USES triggers composition registers and counter. In the hardwave circuit simulat

7、ion process, will use the trigger module to SIMULINK. Also introduces the design and simulation of MATLAB, further introduced digital processing function of.Keywords: flip-flop, register, counter, simulation, encapsulation緒論MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函

8、數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完成一樣的事情簡(jiǎn)捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn),使MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對(duì)C，F(xiàn)ORTRAN，C+ ，JAVA的支持?？梢灾苯诱{(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些

9、經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)行下載就可以用。1 MATLAB簡(jiǎn)介1.1 MATLABMATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室（Matrix Laboratory）的簡(jiǎn)稱，是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以與數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。MATLAB 的應(yīng)用圍非常廣，包括信號(hào)和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測(cè)試和測(cè)量、財(cái)務(wù)建模和分析以與計(jì)算生物學(xué)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。附加的工具箱（單獨(dú)提供的專用 MATLAB 函數(shù)集）擴(kuò)展了 MATLAB 環(huán)境，以解決這些應(yīng)用領(lǐng)域特定類型的問題。1.2 MATLAB的特點(diǎn)MATL

10、AB是當(dāng)今最優(yōu)秀的科技應(yīng)用軟件之一，它以強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算與可視化功能、簡(jiǎn)單易用、開放式可擴(kuò)展環(huán)境，特別是所附帶的30多種面向不同領(lǐng)域的工具箱支持，使得它在許多科學(xué)領(lǐng)域中成為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和分析、算法研究和應(yīng)用開發(fā)的基本工具和首選平臺(tái)。MATLAB具有其他高級(jí)語言難以比擬的一些優(yōu)點(diǎn)，編寫簡(jiǎn)單，編程效率高，易學(xué)易懂，因此MATLAB語言也被通俗地稱為演算紙式的科學(xué)算法語言。在控制、通信、信號(hào)處理與科學(xué)計(jì)算等領(lǐng)域中，MATLAB都被廣泛地應(yīng)用，已經(jīng)被認(rèn)可為能夠有效提高工作效率、改善設(shè)計(jì)手段的工具軟件，掌握了MATLAB就好比掌握了開啟這些專業(yè)領(lǐng)域大門的鑰匙。1.3 MATLAB的程序設(shè)計(jì)（1）行命令方

11、式行命令方式是在命令窗中寫程序，每個(gè)程序只能是一行，因?yàn)橛?jì)算機(jī)每次只能對(duì)一行命令做出反應(yīng)，就像計(jì)算器那樣工作。行命令方式適合于簡(jiǎn)單的語句編寫。（2）程序文本方式程序文本方式也叫程序文件模式，它是把多行語句寫成一個(gè)程序，保存在一個(gè)文件名下，讓計(jì)算機(jī)來執(zhí)行這個(gè)文件。程序文本方式的語句編寫和修改是在文本編輯器中進(jìn)行，它適合于復(fù)雜的語句編寫1.4 M文件m文件的語法類似于c語言，但又有其自身特點(diǎn)。它只是一個(gè)簡(jiǎn)單的ASCII碼文本文件，執(zhí)行程序時(shí)逐行解釋運(yùn)行程序，matlab是解釋性的編程語言。m文件有兩類：獨(dú)立的m文件 稱命令文件；可調(diào)用m文件 稱函數(shù)文件。程序文本方式分成腳本文件和函數(shù)文件。1.5

12、SIMULINK仿真設(shè)計(jì)Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰與仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。同時(shí)有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink。1.5.1創(chuàng)建和使用模型通過Simulink可使用大量的預(yù)定義模塊快速地推導(dǎo)、建模和維護(hù)系統(tǒng)詳細(xì)的模塊圖。Simulink提供層次化建模、數(shù)據(jù)管理、定制子系

13、統(tǒng)工具，無論工程師的系統(tǒng)有多復(fù)雜，都可以輕松完成簡(jiǎn)明精確的模型描述.1.5.2選擇和定制模塊Simulink包含廣泛的用于對(duì)系統(tǒng)建模的模塊庫。這些庫包括:§ a. 連續(xù)和離散動(dòng)態(tài)模塊，如Integration和Unit Delay § b. 算法模塊，如Sum, Product, Lookup Table § c. 信號(hào)結(jié)構(gòu)模塊，如 Mux, Switch, Bus Selector 可定制這些聯(lián)的模塊或直接在Simulink中創(chuàng)建新的模塊然后將其放置到自己的庫中.額外的模塊庫擴(kuò)展了Simulink的特殊應(yīng)用功能，如對(duì)航空航天、通訊、無線電頻率、信號(hào)處理、視頻和圖

14、像處理和其他領(lǐng)域的應(yīng)用.啟動(dòng)Simulink時(shí)可以在工具欄點(diǎn)擊；同樣也可以在MATLAB命令窗口中輸入Simulink，結(jié)果是在桌面上出現(xiàn)一個(gè)稱為Simulink Library Browser的窗口，在這個(gè)窗口中列出了按功能分類的各種模塊的名稱；同樣也可以通過單擊MATLAB主窗口菜單選擇File®New®Model，彈出一個(gè)Untitled的Simulink模型窗口，再選擇View ®Show Library Browser，彈出Simulink Library Brower模塊庫窗口。圖1.1所示為Simulink Library Brower窗口。圖1.1

15、 Simulink Library Brower窗口1.5.3建立和編輯模型Simulink在使用時(shí)，從Library Browser中拖放模塊到圖形編輯器、然后用線連接模塊來建立模塊之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，從而完成模型的建立，同時(shí)可以通過使用圖形編輯功能來對(duì)模型布局，如拷貝、粘貼、撤銷、對(duì)齊、分布和改變尺寸等.Simulink user interface使得在屏幕上的所見所用都可以得到全面控制。用戶可以添加指令和子菜單到編輯器和文件菜單中，也可以對(duì)菜單、菜單項(xiàng)和對(duì)話框進(jìn)行禁用和隱藏等控制.1.5.4配置子系統(tǒng)Simulink中的配置子系統(tǒng)可以在一個(gè)模型中將子系統(tǒng)與設(shè)計(jì)變量相關(guān)聯(lián)，該功能通過共享部件

16、設(shè)計(jì)方式簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過程和管理，因?yàn)橐粋€(gè)模型可以代表一類設(shè)計(jì).1.5.5條件執(zhí)行子系統(tǒng)條件執(zhí)行子系統(tǒng)可以通過控制邏輯信號(hào)的使能或非使能來改變系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為。在Simulink中用戶可以根據(jù)特定的時(shí)間或事件來創(chuàng)建控制信號(hào)，使得子系統(tǒng)以使能或觸發(fā)的模式來執(zhí)行.同時(shí)，Simulink中提供了邏輯模塊，可用于對(duì)簡(jiǎn)單的控制指令來建模，從而控制使能或觸發(fā)子系統(tǒng)。2 時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)時(shí)序邏輯電路在任一時(shí)刻的輸出信號(hào)不僅與當(dāng)時(shí)的輸入信號(hào)有關(guān)，并且與原來狀態(tài)有關(guān)。也就是說，時(shí)序電路中具有邏輯運(yùn)算功能的組合電路外，還必須有能夠記憶電路狀態(tài)的存儲(chǔ)單元或延遲單元，這些存儲(chǔ)或延遲邏輯單元主要由鎖存器或觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)。時(shí)序電

17、路是狀態(tài)以來的，成為狀態(tài)機(jī)，時(shí)序邏輯電路具有以下特征：時(shí)序邏輯電路由組合電路和存儲(chǔ)電路組成；時(shí)序邏輯電路的狀態(tài)與時(shí)間因素相關(guān)，即時(shí)序電路在任一時(shí)刻的狀態(tài)變量不僅是當(dāng)前的輸入信號(hào)的函數(shù)，而且還是電路以前狀態(tài)的函數(shù)，時(shí)序電路的輸出信號(hào)由輸入信號(hào)和電路的狀態(tài)共同決定。2.1 鎖存器和觸發(fā)器2.1.1 雙穩(wěn)態(tài)雙穩(wěn)態(tài)電路一般有一個(gè)輸出端和兩個(gè)輸入端（“”、“”端各一個(gè)），當(dāng)輸入端的“”端有觸發(fā)信號(hào)時(shí)，輸出端不管原來是什么狀態(tài)，都會(huì)立即變?yōu)楦唠娖剑乙恢狈€(wěn)定地輸出高電平。如果當(dāng)輸入端的“”端有觸發(fā)信號(hào)時(shí)，輸出端不管原來是什么狀態(tài)，都會(huì)立即變?yōu)榈碗娖?，且一直穩(wěn)定地輸出低電平。2.1.2 鎖存器鎖存器是一種對(duì)

18、脈沖電平敏感的存儲(chǔ)單元電路，它們可以在特定輸入脈沖電平作用下改變狀態(tài)。輸出端的狀態(tài)不會(huì)隨輸入端的狀態(tài)變化而變化，只有在有鎖存信號(hào)時(shí)輸入的狀態(tài)被保存到輸出，直到下一個(gè)鎖存信號(hào)。通常只有0和1兩個(gè)值。圖2.1為RS基本鎖存器，表2.1為其真值表。表2.1 SR基本鎖存器真值表SR狀態(tài)00維持01Q=010Q=111Q=!Q=0圖2.1 基本SR鎖存器2.1.3 觸發(fā)器觸發(fā)器（Flip Flop）是一種可以存儲(chǔ)電路狀態(tài)的電子元件。最簡(jiǎn)單的是由兩個(gè)或非門，兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端組成的RS觸發(fā)器（見圖）。復(fù)雜一些的有帶時(shí)鐘（CLK）段和D（Data）端，在CLK端為高電平時(shí)跟隨D端狀態(tài)，而在CLK端變?yōu)?/p>

19、低電平的瞬間鎖存信號(hào)的D觸發(fā)器。更常用的是兩個(gè)簡(jiǎn)單D觸發(fā)器級(jí)聯(lián)而成的在時(shí)鐘下跳沿所存信號(hào)的邊緣D觸發(fā)器，廣泛應(yīng)用于計(jì)數(shù)器、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器等電子部件。常見的還有JK觸發(fā)器和T觸發(fā)器。1. SR觸發(fā)器SR觸發(fā)器基本表示與狀態(tài)圖和真值表見下。 圖2.2 SR觸發(fā)器邏輯符號(hào) 圖2.3 SR觸發(fā)器狀態(tài)圖表2.2 SR觸發(fā)器真值表SRCPQnQn+1000000110100011010011011，這是SR觸發(fā)器滿足的基本條件。2. D觸發(fā)器D觸發(fā)器基本表示與狀態(tài)圖和真值表見下。其中。圖2.4 D觸發(fā)器邏輯符號(hào) 圖2.5 D觸發(fā)器狀態(tài)圖 表2.3 D觸發(fā)器真值表DQnQn+10000101011113.

20、JK觸發(fā)器JK觸發(fā)器基本表示與狀態(tài)圖和真值表見下。 圖2.6 JK觸發(fā)器邏輯符號(hào) 圖2.7 JK觸發(fā)器狀態(tài)圖表2.4 JK觸發(fā)器真值表JKCPQnQn+1000000110100011010011011110111102.2 時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)2.2.1 移位寄存器移位寄存器：不但可以寄存數(shù)碼，在移位脈沖作用下，寄存器中的數(shù)碼還可根據(jù)需要向左或向右移動(dòng)。1基本（單向）移位寄存器（1）右移寄存器（D觸發(fā)器組成的4位右移寄存器）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：左邊觸發(fā)器的輸出端接右鄰觸發(fā)器的輸入端。 圖2.8 右移寄存器邏輯圖圖2.9 右移寄存器狀態(tài)圖2. 雙向移位寄存器將右移寄存器和左移寄存器組合起來，并引入一控制端S

21、便構(gòu)成既可左移又可右移的雙向移位寄存器。圖2.10 雙向移位寄存器邏輯圖2.2.2 扭環(huán)計(jì)數(shù)器扭環(huán)計(jì)數(shù)器可以進(jìn)一步提高電路狀態(tài)的利用率，圖2.11所示扭環(huán)計(jì)數(shù)器，有效循環(huán)中的狀態(tài)數(shù)提高至8個(gè)，但電路仍無法自啟動(dòng)。圖2.11 基本扭環(huán)計(jì)數(shù)器圖2.12是可以自啟動(dòng)的扭環(huán)計(jì)數(shù)器，電路工作原理如下。圖2.12 改進(jìn)型扭環(huán)計(jì)數(shù)器（1）寫方程式。驅(qū)動(dòng)方程：將驅(qū)動(dòng)方程代入D觸發(fā)器的特性方程，得到扭環(huán)計(jì)數(shù)器的狀態(tài)方程。狀態(tài)方程：（2）列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。設(shè)扭環(huán)計(jì)數(shù)器現(xiàn)態(tài)=0000，代入狀態(tài)方程進(jìn)行推導(dǎo)，得表2.5所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表。表2.5 環(huán)形計(jì)數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表計(jì)數(shù)脈沖 序號(hào)現(xiàn)態(tài)次態(tài)100

22、0000012000100113001101114011111115111111106111011007110010008100000009001000011001001001110101101112011011011310010010141010000015101101101611011010根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，見圖2.13。圖2.13 改進(jìn)型扭環(huán)計(jì)數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（3）檢查電路自啟動(dòng)能力。經(jīng)檢查，該電路能夠自啟動(dòng)。（4）畫出電路時(shí)序圖，見圖2.14。圖2.14 改進(jìn)型扭環(huán)計(jì)數(shù)器時(shí)序圖（5）電路邏輯功能說明。由以上分析，4位扭環(huán)計(jì)數(shù)器有效循環(huán)有8種狀態(tài)，可計(jì)8個(gè)數(shù)。扭環(huán)計(jì)數(shù)器的

23、優(yōu)點(diǎn)是每次狀態(tài)變化只有一個(gè)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，譯碼器不存在競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象，電路比較簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是電路狀態(tài)利用率仍然不高。3 基于MATLAB的組合邏輯電路設(shè)計(jì)3.1以寄存器仿真波形3.1.1并寄存器的設(shè)計(jì)這個(gè)設(shè)計(jì)中使用基本RS觸發(fā)器構(gòu)造一個(gè)2為并行寄存器。所謂并行寄存器就是能夠同時(shí)存儲(chǔ)幾個(gè)數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)的寄存器。（1） RS觸發(fā)器功能介紹SIMULINK中提供了基本RS觸發(fā)器模塊。首先運(yùn)行MATLAB中運(yùn)行Simulink,然后新建一個(gè)模型，將RS觸發(fā)器的模塊添加到模型中，RS觸發(fā)器位置是：Simulink Extras-Flip Flops-S-R Flip-Flop.如圖3.1所示。然后在這個(gè)模塊上右擊鼠

24、標(biāo)，單擊彈出菜單中的“Look Under Mask”（查看下封裝下的電路）命令，可以看到這個(gè)模塊部電路，如圖3.1所示。設(shè)計(jì)一個(gè)2位并行寄存器需要兩個(gè)RS觸發(fā)器，而且需要這個(gè)寄存器下在一個(gè)始終的激勵(lì)下，先從輸入端讀入數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)一段時(shí)間，然后在下個(gè)周期將信號(hào)輸出，同時(shí)讀入新的信號(hào)。這將需要將時(shí)鐘源信號(hào)作為輸入信號(hào)的控制端，同時(shí)由于輸入信號(hào)RS不能同時(shí)為1，所以最好將它們通過一個(gè)非門聯(lián)系起來，使得它們永遠(yuǎn)分開為高定平。 圖3.1 RS觸發(fā)器模塊與部電路（2） 用基本RS觸發(fā)器構(gòu)造并行寄存器第一步：添加模塊有五個(gè)模塊。RS觸發(fā)器，Simulink ExtrasFlip FlopsS-R Flip

25、-Flop.；時(shí)鐘源，Simulink ExtrasFlip FlopsClock；脈沖源，SimulinkSourcesPulse Generator; 邏輯運(yùn)算模塊，SimulinkMath OperationsLogical Operator; SimulinkSinkScope.將它們?nèi)客先胍粋€(gè)新建模型中。第二步：修改模塊參數(shù)首先我們雙擊RS觸發(fā)器模塊，將會(huì)看到如圖3.2所示的對(duì)話框。在對(duì)話框里只有一個(gè)參數(shù)填寫，就是觸發(fā)器的初始狀態(tài)，即Q端的初始值，默認(rèn)值0。復(fù)制兩個(gè)。雙擊時(shí)鐘源，將會(huì)看到圖3.3所示對(duì)話框。填寫參數(shù)時(shí)鐘周期，采用默認(rèn)值2。接著講邏輯運(yùn)算模塊復(fù)制4個(gè)，通過雙擊模塊將這

26、4個(gè)設(shè)置為2輸入與非門。圖3.2 RS觸發(fā)器參數(shù)設(shè)置 圖3.3 時(shí)鐘源參數(shù)設(shè)置將脈沖源的Pulse Type選擇Sample based。將表3.1容填入圖3.4所示的對(duì)話框中。表 3.1 并行寄存器脈沖源參數(shù)設(shè)置D0D1幅度11周期33脈寬11延遲相位00抽樣時(shí)間10.25圖3.4 脈沖源參數(shù)設(shè)置 最后將示波器輸入端口該為5個(gè)，完成參數(shù)設(shè)計(jì)。第三步：連線與仿真將各模塊擺放合適，參照?qǐng)D3.5連線。示波器分別件事時(shí)鐘源，兩個(gè)脈沖模型和兩個(gè)觸發(fā)器的輸出信號(hào)。完成連線，將示波器上的線通過雙擊進(jìn)行標(biāo)注。最后將整個(gè)模型保存在MATLAB的work的子目錄下。仿真時(shí)間默認(rèn)為10秒，單擊工具欄上圖標(biāo)，開始仿

27、真。最后雙擊示波器觀察輸出波形，如圖3.6所示。圖3.5 2位并行寄存器電路圖圖3.6 并行寄存器輸出從波形看出，在時(shí)鐘源位于低電平時(shí)，觸發(fā)器輸出維持它在時(shí)鐘下跳前的值，對(duì)于D1D0輸入的變化沒有改變，而當(dāng)時(shí)鐘源位于高電平時(shí)，輸入的信號(hào)全部送入輸出端，這是一個(gè)不穩(wěn)定的因素，也是電平觸發(fā)的觸發(fā)器的一個(gè)缺點(diǎn)。而且發(fā)現(xiàn)兩個(gè)觸發(fā)器完全獨(dú)立工作，互不影響，這就是并行的特點(diǎn)。3.1.2移位寄存器的設(shè)計(jì)在這個(gè)設(shè)計(jì)中，將使用另一種觸發(fā)器，D觸發(fā)器，來實(shí)現(xiàn)移位寄存器。所謂移位寄存器就是只能接收一個(gè)輸入源的寄存器，它將這個(gè)輸入依次通過寄存器堆進(jìn)行緩存。（1） D觸發(fā)器功能介紹在上面的介紹中已講過D觸發(fā)器的功能與其

28、真值表，在這就不多概述。（2） 用D觸發(fā)器構(gòu)造移位寄存器第一步：添加模塊方法同上，分別找到6個(gè)模塊，D觸發(fā)器，時(shí)鐘源，單位延遲單元，常數(shù)源，脈沖源，示波器。運(yùn)行Simulink，將這些模塊拖入新建模型中。第二步：修改模塊參數(shù)D觸發(fā)器復(fù)制4個(gè)即可，時(shí)鐘源依然默認(rèn)2即可，雙擊單位延時(shí)模塊，可以看到對(duì)話框，修改參數(shù)初始值為1，抽樣時(shí)間改為0.1，復(fù)制這個(gè)單元3個(gè)。脈沖源設(shè)置幅度為1，周期為3，脈寬為1，相位延遲為0，采樣時(shí)間為0.3。然后將這個(gè)脈沖命名為INPUT。常數(shù)源設(shè)置為1，最后將示波器輸入端設(shè)置為6個(gè)。第三步：連線與仿真將各模塊擺放整齊，參照?qǐng)D3.7連線。然后同樣保存好。單擊Simulink

29、菜單下的Parameters命令，將仿真時(shí)間設(shè)為20秒，單擊工具欄中的運(yùn)行圖標(biāo)，開始仿真。然后雙擊示波器觀察波形，如圖3.8所示。圖3.7 4位移位寄存器圖3.8 移位寄存器輸出波形由圖看出在時(shí)鐘信號(hào)上升沿，各個(gè)觸發(fā)器的輸出端才會(huì)變化。而且四個(gè)觸發(fā)器的輸出一次延時(shí)一個(gè)周期，這個(gè)分析一致。3.2以雙向移位寄存器實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和封裝仿真波形這個(gè)設(shè)計(jì)以基本RS觸發(fā)器為基礎(chǔ)，一步步完成比較大的系統(tǒng)，四位雙向移位寄存器T4194，并介紹子系統(tǒng)的封裝，最后完成頂層文件。首先介紹T4194的功能，它能夠提供串行寄存器和移位寄存器兩種功能。器部是沿觸發(fā)的RS觸發(fā)器。（1）帶職位復(fù)位的RS觸發(fā)器設(shè)計(jì)首先要改裝

30、RS觸發(fā)器，使其具有置位和復(fù)位端，加強(qiáng)其功能。得到帶置位復(fù)位端的RS觸發(fā)器如圖3.9所示。下面簡(jiǎn)述一下此過程。圖3.9 帶置位端的下降沿觸發(fā)的RS觸發(fā)器首先啟動(dòng)Simulink，然后將一個(gè)子系統(tǒng)(SimulinkPorts & SubsystemsTriggered Subsystem)添加到一個(gè)新建模型中。然后雙擊打開這個(gè)子系統(tǒng)，將RS觸發(fā)器添加一個(gè)到其中。然后再加入兩個(gè)邏輯運(yùn)算模塊，都改為二輸入與門然后再加入4個(gè)輸入端口，和2個(gè)輸出端口，分別命名為置位端IRs，復(fù)位端IRd，然后按圖3.9連接各自重新命名。這將RS觸發(fā)器加上置位端和復(fù)位端。并且雙擊 Trigger 將Trigger

31、 Type改為falling。（2） 四位雙向移位寄存器子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和封裝第一步：T4194電路設(shè)計(jì)T4194有十個(gè)輸入端口，4個(gè)輸出端口。其中三個(gè)是控制信號(hào)（S0、S1、Rd），一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)（CLK），還有兩個(gè)串行輸入端口（Leftin、Rightin），4個(gè)必行輸入端口（D3D0）?？刂贫藢?duì)T4194工作狀態(tài)的控制如表3.2所示。表3.2 T4194工作狀態(tài)RdS1S0工作狀態(tài)0*清零100保持101右移110左移111并行輸入這個(gè)系統(tǒng)由4個(gè)下降沿觸發(fā)的RS觸發(fā)器構(gòu)成。同時(shí)需要其他邏輯功能非常多，最后實(shí)現(xiàn)如圖3.10的T4194部電路。圖3.10 T4194部電路分別將每個(gè)RS觸發(fā)器雙擊設(shè)

32、置初始值依次為Q0、Q1、Q2、Q3。然后按照?qǐng)D3.10所示將電路連接完成，圈器電路，然后單擊“EDIT”菜單下的“Creat Subsystem”命令，生成一個(gè)子系統(tǒng)，并命名為T4194，就可以生成T4194子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。然后保存。第二步：封裝子系統(tǒng)首先單擊T4194子系統(tǒng)，然后再“EDIT”菜單下選擇”Mask Subsystem”命令，只是出現(xiàn)對(duì)話框：MASK EDITOR。如圖3.11所示，將這個(gè)對(duì)話框設(shè)置好。圖3.11 Mask Editor 中Icon設(shè)置圖3.12 Mask Editor 中Parameters設(shè)置首先設(shè)置Icon頁，左側(cè)Icon options 下有四個(gè)欄目，依

33、次設(shè)置為Visible、Transparent、Fixed、Autoscale。在右側(cè)的Drawing commands中填寫如下命令：disp(雙向移位寄存器nn) disp (T1194)其中“n”是使用回車的命令。然后設(shè)置Parameters頁，單擊ADD，添加一個(gè)新的容，在Prompt欄下填入“觸發(fā)器F0初始狀態(tài)”，然后在Variable欄填入“Q0”。然后依次按圖填入如圖3.12所示4個(gè)容，其他則不需改動(dòng)。最后設(shè)置Documentation頁，在Mask Type項(xiàng)填寫T4194；在Mask description下填入“這個(gè)模塊是雙向移位寄存器（T4194），既可以進(jìn)行雙向移位，又

34、可以串行輸入輸出。”在Mask help下填入如下容：Dd用于將所有輸出清零，低電平有效；S1S0=00時(shí)，所有輸出保持原有值；S1S0=01時(shí)，處于數(shù)據(jù)右移的狀態(tài)，將RIGHTIN右移；S1S0=10時(shí)，處于數(shù)據(jù)左移的狀態(tài)，將LEFTIN左移；S1S0=11時(shí)，處于數(shù)據(jù)并行輸出狀態(tài)，將D3D2D1D0并行輸出。就完成了對(duì)最后一頁的設(shè)置如圖3.13所示。圖3.13 Mask Editor 中Documentation設(shè)置然后單擊“OK”就可以完成封裝后的模塊了。然后雙擊該模塊出現(xiàn)如圖3.14所示的對(duì)話框。圖3.14 封裝后模塊的對(duì)話框單擊“Help”出現(xiàn)幫助容。如圖3.15所示。圖3.15 封

35、裝后模塊Help窗口（3） 完成仿真電路并進(jìn)行仿真在完成T4194模塊封裝后，我們?cè)O(shè)置下外圍電路，如圖3.16所示。添加入6個(gè)脈沖源，一個(gè)時(shí)鐘源，然后加入示波器，改為5輸入。顯示4個(gè)輸出信號(hào)和時(shí)鐘波形。圖3.16 雙向移位寄存器頂層圖各個(gè)脈沖源參數(shù)設(shè)置參照表3.3.表3.3 T4194的脈沖參數(shù)設(shè)置D0D1D2D3LEFTINRIGHTIN幅度111111周期345253脈寬131131相位延遲000000抽樣時(shí)間0.30.30.60.60.150.4最后根據(jù)開關(guān)的狀態(tài)，分別決定T4194工作狀態(tài)。通過開關(guān)將S1S0設(shè)置成11，然后點(diǎn)擊工具欄運(yùn)行，開始仿真?？梢钥吹讲⑿休敵龅牟ㄐ危我鈭D3.1

36、7所示；置成01，觀察右移的波形，如圖3.18所示；置成10，觀察右移的波形，如圖3.19所示。從波形看到T4194實(shí)現(xiàn)的各種功能。圖3.17 T4194并行輸出波形圖3.18 T4194串行右移輸出波形圖3.19 T4194串行左移輸出波形3.3以扭環(huán)計(jì)數(shù)器為例仿真下列波形設(shè)計(jì)扭環(huán)計(jì)數(shù)器部電路和封裝扭環(huán)計(jì)數(shù)器部電路如圖3.20所示。圖3.20 扭環(huán)計(jì)數(shù)器部電路先運(yùn)行Simulink，然后新建一模型，添加一個(gè)子系統(tǒng)，然后雙擊打開該模塊，將圖3.20繪入其中。下面進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。四個(gè)觸發(fā)器初始值設(shè)置為Q3、Q2、Q1、Q0。相應(yīng)的單位延時(shí)模塊也同它連接的Q端一致。然后單擊頂層文件進(jìn)行封裝。按照前邊的步驟即可，設(shè)置完成后，雙擊這個(gè)模塊，可以看到圖3.21所示容，設(shè)置其出示值，設(shè)置為0100即可，輸入時(shí)應(yīng)輸入0,1,1,0。圖3.21 扭環(huán)計(jì)數(shù)器封裝后的對(duì)話框然后在做頂層文件的設(shè)計(jì)，添加增益、相加器、仿真時(shí)間和平面圖模塊。這樣可以用十進(jìn)制的方式觀察輸出。再加入時(shí)鐘源即可。進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，時(shí)鐘源周期外圍1，平面模塊的橫坐標(biāo)圍設(shè)為-1到31，縱坐標(biāo)設(shè)置為-1到16。然后單擊Parameters命令，將仿真時(shí)間改到30秒。保存文件。然后單擊運(yùn)行。觀察波形，如圖3.22所示。圖3.22 扭環(huán)計(jì)數(shù)器的輸出4 收獲、體會(huì)與建議通過這次課設(shè)，我認(rèn)識(shí)到了MATLAB