基于Simulink的邏輯電路仿真-交通燈設(shè)計

1、-. z.Simulink邏輯電路仿真交通燈設(shè)計2014春季 Matlab系統(tǒng)仿真分析作業(yè) 目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc388879076設(shè)計說明 PAGEREF _Toc388879076 h 1HYPERLINK l _Toc388879077設(shè)計思路 PAGEREF _Toc388879077 h 1HYPERLINK l _Toc388879078具體設(shè)計步驟 PAGEREF _Toc388879078 h 2HYPERLINK l _Toc388879079計數(shù)器的設(shè)計 PAGEREF _Toc388879079 h 2HYPERLINK l

2、 _Toc388879080計數(shù)器的仿真 PAGEREF _Toc388879080 h 10HYPERLINK l _Toc388879081交通燈電路設(shè)計。 PAGEREF _Toc388879081 h 15HYPERLINK l _Toc388879082交通燈仿真 PAGEREF _Toc388879082 h 17設(shè)計說明本文設(shè)計了一個簡易的交通燈時序邏輯電路，該電路通過對輸入時鐘信號的分頻，控制紅黃綠三種交通燈的按順序亮滅并循環(huán)，其中綠燈持續(xù)25s,黃燈持續(xù)5s，紅燈持續(xù)35s。主要用到的器件為jk觸發(fā)器，與門，與非門，或門，或非門。為了實現(xiàn)交通燈控制電路，首先設(shè)計并封裝了4位計

3、數(shù)器，在此根底上進一步搭建邏輯電路，實現(xiàn)交通燈的控制，并分別對這些模塊進展了仿真。設(shè)計思路主要的設(shè)計思路是利用jk觸發(fā)器串聯(lián)的方式對輸入的時鐘進展分頻，然后在相應(yīng)的時刻產(chǎn)生控制脈沖信號，通過這個信號對信號燈的狀態(tài)進展翻轉(zhuǎn)。Jk觸發(fā)器是一種邊沿敏感器件，有對上升沿和下降沿敏感的兩類，他們的符號如下：其真值表如下：在這個設(shè)計中，將jk觸發(fā)器的j和k端都置1，從而Q端在每個時鐘沿到來時進展翻轉(zhuǎn)，然后將上一級的Q作為下一級的clk，這樣到達對clk進展分頻的目的。波形如下：具體設(shè)計步驟計數(shù)器的設(shè)計翻開matlab,這里使用的版本為R2014A.啟動畫面如下：啟動之后點擊這里啟動simulink翻開之后

4、界面如下：點擊FileNewModel翻開界面如下：下面的步驟為尋找仿真模型或原件，并擺放在上面的untiled文檔中。首先將窗口切換到Simulink Library Browser窗口，展開Simulink E*trasFlip Flops，左側(cè)就會出現(xiàn)常用的觸發(fā)器模型，其中就有jk觸發(fā)器，用鼠標左鍵選中J-K Flip-Flop并拖到untiled文檔中一個jk觸發(fā)器可以對時鐘2分頻，2個串聯(lián)可以4分頻，這里6個才能滿足需求，但是為了便于擴展應(yīng)用，這里將4個jk觸發(fā)器作為一組串聯(lián)起來。untiled文檔中已經(jīng)有一個，鼠標右鍵拖動這個jk觸發(fā)器即可復(fù)制。調(diào)整四個jk觸發(fā)器的位置，如圖：該窗

5、口左上角標題右側(cè)的*表示該文檔有改動并且未保存。該窗口中按下鼠標滾輪鍵鼠標會變成手狀，這時可以拖動整個視圖，滾動鼠標滾輪可以放大縮小視圖，左鍵選中模型按del鍵可以刪除模型。模型中端口上的箭頭表示信號流動方向，連線的時候必須按照箭頭的方向進展，不能使信號流動方向和箭頭方向相反，否則仿真時可能會報錯。連線時為了在一條線上引出分支，可以用鼠標右鍵點擊分支處即可引出。兩個線相交的地方有黑點表示電氣相連，沒有黑點表示相交但不相連。在前面的分析中提到這里要將jk出發(fā)器的jk端置1，這需要常量和數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換模塊，因為在matlab中大局部模型的輸出是數(shù)值型的，比方為float或者double型的，這樣如果

6、輸出了1，它可能是double或者int類型的，而邏輯電路中的1是一種邏輯電平，這兩者的含義是不同的，因此如果要給觸發(fā)器輸入1，需要將一個常量1轉(zhuǎn)換為邏輯1，這就是Data Type Conversion的作用，常量1的輸出通過Constant實現(xiàn)，他們在monly Used Blocks中，如圖，分別拖放兩個模型到untiled文檔中?，F(xiàn)在untitled文檔中的模型如下：雙擊Data Type Conversion1可以翻開它的屬性對話框，我們需要關(guān)心的是轉(zhuǎn)換的類型，這個可以通過Output data type后面的下拉框來設(shè)置，其中就有boolean這種類型。默認為Inherit: In

7、herit via back propagation方式輸出，意思為從輸出端反向繼承數(shù)據(jù)類型，也就是說輸出端連接的端口需要什么類型就轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的類型。這里需要改為boolean就可以實現(xiàn)給觸發(fā)器輸入高電平。調(diào)整他們的位置并按下面的樣子完成連線：然后按ctrl+s保存文檔，如下：下面對這個模塊進展封裝，按下ctrl+A選中所有模型，再通過下面的方式進展封裝快捷鍵Ctrl+G封裝之后變成這個樣子:雙擊進入該模塊內(nèi)部，可以看見自動為輸入和輸出添加了連接點并編號，如下：上面這幅圖片中出現(xiàn)了很多double,這是由于Data Type Conversion輸出沒有改成boolean而又進展了仿真造成的，

8、如果不改也能仿真，但是數(shù)據(jù)類型不是邏輯電平，如果修改了就不會出現(xiàn)上面的那些字符。這里面局部端口不使用，擺放位置也比擬亂，可以選中之后進展修改，修改之后如下：然后按下ctrl+s進展保存，點擊下面的位置返回到頂層視圖此時封裝的模塊變成了下面的樣子：我們可以雙擊模塊下面的名稱來改變它，因為這個模塊可以進展015的循環(huán)計數(shù)，這里將名稱改成counter_16。如下：計數(shù)器的仿真現(xiàn)在一個4位計數(shù)器已經(jīng)實現(xiàn)了，下面做一個簡單的仿真來檢測這個計數(shù)器是否能工作。切換到Simulink Library Browser窗口，在SimulinkSinks中獲取示波器Scope，在Simulink E*trasFl

9、ipFlops中獲取時鐘模塊Clock，并將它們拖放到my_counter文檔中，如圖然后雙擊Scope翻開示波器，然后點擊菜單欄的齒輪圖標翻開示波器屬性對話框，設(shè)置示波器的輸入通道為5，勾選Legends，這樣就能同時觀測5個信號，并顯示信號名稱。點擊Apply，OK.此時示波器有了5個通道，示波器的符號也發(fā)生了變化，如圖：但是此時示波器的符號有點小，以至于輸入端口出現(xiàn)交疊，這樣不便于連線，鼠標放在該圖標上是圖標四周會出現(xiàn)四個小方塊，鼠標移到*一個方塊上時可以調(diào)整圖標大小，重新調(diào)整大小使其方便連線，如下：然后雙擊Clock翻開時鐘屬性對話框，將時鐘的周期設(shè)置為1然后按照下面的方式完成連線。在

10、下面的工具欄中設(shè)置仿真時間長度，前面設(shè)置了時鐘周期為1，下面設(shè)置仿真時間長度為10，則就會有10個完整的時鐘。點擊下列圖左邊第一個帶齒輪的后退圖標可以設(shè)置仿真時前進和后退的相關(guān)參數(shù)，點擊之后我們可以看見有是否允許后退，前進按鈕按下時前進幅度，暫停時刻等設(shè)置。綠色的運行按鈕按下時會進展指定時長的仿真。前進按鈕按下時會執(zhí)行指定步長的仿真，此時前進按鈕右邊的停頓按鈕會被激活，只有按下該停頓按鈕才能推出單步仿真模式。現(xiàn)在將仿真時長設(shè)置為40，然后按下綠色的運行按鈕。仿真40個時間長度后會自動停頓，然后雙擊示波器，如下列圖：翻開時波形可能不是這樣的，需要一些調(diào)整，首先鼠標放在任何一個通道上右鍵，選擇Au

11、toscale，這樣波形將充滿整個屏幕，并根據(jù)屏幕大小調(diào)整。我們可以發(fā)現(xiàn)各個通道縱軸坐標*圍都是-5到5,而我們這里是對邏輯電路進展仿真，電平值只有0和1兩個，這里可以右鍵，選擇A*es properties，設(shè)置縱軸的*圍為0到2然后可以拖拽右側(cè)的信號名稱到適宜位置，調(diào)整好如下列圖：由圖我們可以看到四個輸出端分別對時鐘進展了2,4,8,16分頻，增加輸出端的狀態(tài)就能夠?qū)崿F(xiàn)計數(shù)功能。交通燈電路設(shè)計交通燈設(shè)計的關(guān)鍵思路就是根據(jù)不同時刻對不同的燈進展開關(guān)操作。這里為了簡單沒有為計數(shù)器設(shè)計清零端，由于一個計數(shù)器只能計時16個時間單位，這里我們將兩個計數(shù)器串聯(lián)起來，從而實現(xiàn)256個時間單位的計數(shù)，但是

12、紅綠燈的一次完整切換并不需要這么多時間，我們選擇低6位作為計數(shù)端，6位能實現(xiàn)64個時間單位的計數(shù)，我們將時間進展一個劃分，綠燈持續(xù)25s,黃燈持續(xù)5s，紅燈持續(xù)35s，這樣就需要在25,30,63這三個時刻輸入控制信號。這里我們輸出一個脈沖信號，然后利用這個脈沖信號對紅綠燈狀態(tài)進展翻轉(zhuǎn)。25超過了一位計數(shù)器的計數(shù)*圍，它可以拆分為16+9，也就是低位計數(shù)器計數(shù)為9，高位計數(shù)器計數(shù)為1，這樣用二進制表示就為0001_1001，而我們一共采用了低6位，所以對應(yīng)的計數(shù)器輸出狀態(tài)為01_1001,這樣我們將其中的3個1輸入到三輸入與門，3個0輸入到三輸入或非門，然后將它們的結(jié)果通過二輸入與門輸出。對于30,63時刻做同樣處理。在simulink中直接能得到與門模型，上面我們用到了或非門，以及3輸入與門等模型，這個需要對與門進展設(shè)置，雙擊一個與門模型，彈出屬性對話框，在operator中可以選擇改門的類型，比方與門，與非門，反相器，或門等，下面的Number of input ports可以設(shè)置這個門的輸入數(shù)目。上面我們通過對計數(shù)器的輸出進展邏輯組合得到3個脈沖信號，然后我們需要使用這3個脈沖信號對交通燈狀態(tài)進展翻轉(zhuǎn)，設(shè)計思路是使用jk觸發(fā)器的取反功能，將脈沖信號作為時鐘信號，并設(shè)置jk觸發(fā)器的初始值，jk觸發(fā)器的輸出作為交通燈的狀態(tài)控制信號。其中為了實現(xiàn)交通燈的輪流