整理數(shù)字電路-交通燈故障檢測電路強化訓(xùn)練

h設(shè)計題目的理論分析1.1路的理論分析交通燈故障監(jiān)測邏輯電路的設(shè)計，紅燈R黃燈Y綠燈G其中，燈單獨亮正常，黃綠同時亮正常，其他情況不正常。設(shè)燈亮為“1“0為“門實現(xiàn)該邏輯電路。使用Simulink進行簡單的仿真。從題目上看，這是一個基本

邏輯門電路在實際生活中的應(yīng)用問題。根據(jù)我們本學(xué)期已經(jīng)學(xué)過的數(shù)字電路方面的知識，

首先要分析一下該題目中的邏輯命題，再根據(jù)命題確定我們要設(shè)定的

輸入和輸出變量分別是什么。在這個設(shè)計實驗

中，很明顯，輸入變量是紅，黃，綠三種燈的顯示狀態(tài)，而輸出變量是檢測電路的結(jié)果，即交通燈是否有故障。然后用二值邏輯的0兩種狀態(tài)，分別對輸入輸出變量進行賦值。題目中燈亮用“1表示，燈不亮則用“0表示，電路有故障用用1表示，不亮用“0表示。再根據(jù)題目的意思，要求實現(xiàn)的邏輯門電路的真值表，如下所示。

我們很容易寫出該題目所R0000111

Y0011001

G0101010

Z1000011h

h1111要設(shè)計出所需的邏輯電路，我們得先知道真值表所對應(yīng)的的函數(shù)表達式。而要根據(jù)真值表得到邏輯函數(shù)表達式，我們可以用畫卡諾圖的方法。如下圖所示，為輸入輸出變量的卡諾圖表示。RYG

00

01

11

1001

10

01

01

01最后根據(jù)已經(jīng)列寫好的卡諾圖，我們可以運用數(shù)字電路中學(xué)過的知識化簡出輸出變量Z最終表達式，即：RYGRGRY

）但是題目要求我們用與非門實現(xiàn)該邏輯功能，所以我們還要將式（1）成只由與非門構(gòu)成的基本邏輯函數(shù)表達式，即：ZGRGRY??1.2路原理圖的繪制

）根據(jù)式（以利用Altiumdesigner軟件繪制出相應(yīng)的原理電路圖，在原理圖中，三個開關(guān)分別控制三個指示燈的亮或暗，元件“則表示相應(yīng)的二輸入端與非門74LS00或者三輸入與非門，其中三輸入端的與非門可以由四輸入端的與非門74LS20改變，只要讓四輸入端與非門的一個輸入可，最后的Z表示監(jiān)測信號的輸出端。下面是繪制好的原理圖形。

端接入高電平即h

hh

h2.MATLAB軟件的使用2.1MATLAB軟件的簡要介紹MATLAB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)可視化據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境，和兩大部分。

主要包括MATLAB其中，是和兩個詞的組合，意為矩陣工廠（矩陣實驗室，它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計以及必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計語言的編輯模式，代表了當(dāng)今國際科學(xué)計算軟件的先進水平。MATLAB的主要功能有數(shù)值分析、數(shù)值和符號計算、工程與科學(xué)繪圖、控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真、數(shù)字圖像處理、數(shù)字信號處理、通訊系統(tǒng)設(shè)計與仿真、財務(wù)與金融工程等。Simulink則是基于MATLAB的框圖設(shè)計環(huán)境，可以用來對各種動態(tài)系統(tǒng)進行建模、分析和仿真，它的建模范圍廣泛，

可以針對任何能夠用數(shù)學(xué)來描述的系統(tǒng)進行建模，例如航空航天動力學(xué)系統(tǒng)、衛(wèi)星控制制導(dǎo)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、

船舶及汽車等，其中還包括了連續(xù)、離散條件執(zhí)行，事件驅(qū)動，單速率、多速率和混雜系統(tǒng)等提供了利用鼠標拖放的方法建立系統(tǒng)框圖模型的圖形界面，

而且Simulink還提供了豐富的功能塊以及不同的專業(yè)模塊集合，利用Simulink幾乎可以做到不書寫一行代碼就完成整個動態(tài)系統(tǒng)的建模工作。2.2

利用Simulink軟件繪制模型及對模型的仿真根據(jù)上一節(jié)中我們對設(shè)計題目的理論分析，在得到了最后的邏輯函數(shù)表達式后，我們就可以打開MATLAB并運用其中自帶的系統(tǒng)仿真軟件SIMULINK連接我們所需要的基本邏輯門電路。下面是我在本次的設(shè)計實驗中使用MATLAB軟件的具體操作步驟。h

hh

h在SimulinkLibraryBrowser”窗口中將“Simulink”點展開，并選中Logicalandbitoperations”模庫中的Logicaloperator塊，如圖所，鼠標右擊，在彈出的快捷菜單中選擇“AddtoUntitled”菜單項，就可以operatorUntitled可以直接Logicaloperator”模塊拖拽到模型編輯窗口中，完成模塊的添加操作。h

h添加元件的模型完成后，就可以開始按照原理圖連接線路。完

成連線，首先應(yīng)該改一下電路中元件模型的名稱，以方便我們看清各個模型。同時，還要對一些模型的參數(shù)加以更改，例如，

模型圖里的與非門都是由基本的與門通過設(shè)計相關(guān)參數(shù)來確定它的類型，輸入管腳數(shù)。最后的Display則是用來觀察輸入和輸出信號的狀態(tài)。這樣，我們就能在一次仿真的結(jié)果中同時看到輸入和輸出的高低電平狀態(tài)。如下圖7是連接好的模型圖。圖7模型線路連接圖連接好模型線路圖后，就可以開始進行模型的仿真了。該電路的輸入共有八種不同的狀態(tài)，為了證明該電路模型的正確性，我們需要將每一種

狀態(tài)都進行仿真。在仿真的過程中，

我們可以通過改變開關(guān)的狀態(tài)來控制各個信號燈的亮

或暗，再通過Display來觀察電路的每一次仿真的輸入和輸出的狀態(tài)。所有的狀態(tài)仿真完成后，再將仿真結(jié)果與理論值進行比較。下面是八次仿真的結(jié)果圖。h

hh

h實驗結(jié)果及分析由上面對模型電路的仿真結(jié)果，將八次結(jié)果列成一張仿真表，如下表所示。根據(jù)上面的理論表和仿真結(jié)果表相比較三個燈單獨亮，或當(dāng)黃綠燈同時亮?xí)r，

可以看出，仿真和理論值是一樣的。即：當(dāng)模型電路輸出信號“0號燈工作正常；其他情況下，模型電路輸出信號“1示燈工作處于不正常的狀態(tài)。由兩個表格分析結(jié)果

可以看出，本次實驗里所繪制的邏輯原理電路圖完全正確，它能夠檢測出交通燈的工作是否正常，完全實現(xiàn)了實驗任務(wù)書中所要求的實驗內(nèi)容當(dāng)用進行電路的仿真時，其結(jié)果與我們用理論得到的結(jié)果是一樣的。而這個題目本身并沒有太大的難度，但是當(dāng)我們用仿真軟件將模型電路進行仿真時，可以更加清楚直觀的看到信號的輸入和輸出的變化，加深了我對理論的理解。R000001111

Y000110011

G001010101

Z010000111h

h4.心得體會通過本次基礎(chǔ)強化訓(xùn)練，一方面完成本次實驗課題的過程中，我對于這個高級的計算軟件有了初步的了解，

也學(xué)會了使用一種新的仿真軟件Simulink。應(yīng)該說，在這次的基礎(chǔ)強化訓(xùn)練中，我的收獲還是很大的。首先，我最大的體會還是關(guān)于這個軟件強大的功能。在此之前，因為我所學(xué)習(xí)的專業(yè)，對這個軟件聽說過，但沒有學(xué)習(xí)使

用這個軟件。在做本次的實驗課題前，我先去網(wǎng)上和圖書館找了一下關(guān)于這個軟件的介紹和使用方法，才發(fā)現(xiàn)原來這個軟件的功能非常強大，應(yīng)用也很廣泛。當(dāng)然，因為它所涉及到的東西太多，所以要真正地掌握這個軟件的使用，對我們新手來講，是基本不可能的。我認為，對現(xiàn)在的我來說，能夠使用MATLAB中的基本功能，如矩陣的相關(guān)運算，簡單程序的編寫，系統(tǒng)仿真軟件Simulink的使用，也要花不少的時間去學(xué)透他們。再者，其實這次的課題設(shè)計我做的有點匆忙，所以關(guān)于MATLAB軟件的使用，我也只是為了省時間而僅僅先學(xué)會了怎么使用Simulink系統(tǒng)仿真軟件對基本的邏輯門電路進行模型的建立和仿真，但是對于MATLAB真正的強大功能，矩陣和程序這兩方面，我卻還沒有來得及去認真地學(xué)習(xí)。但是經(jīng)過這次的實驗，我想既然這個軟件這么強大，特別是在數(shù)學(xué)建模方面，我想，應(yīng)該不能少了這個軟件，這樣就更激發(fā)了我以后學(xué)習(xí)這個軟件的興趣。課題設(shè)計實驗一般都是這樣，雖然不難，一般情況下，大家都能完成。但是重要的是我們在完成這個課題的過程中，所學(xué)習(xí)到的平常我們忽視的，或者是學(xué)不到的知識。就像在這次的課題設(shè)計中，我還是掌握到了很多的知識，是一次收、收獲很大的基礎(chǔ)強化訓(xùn)練。h

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h2012年安徽省普通高校對口招收中等職業(yè)學(xué)校畢業(yè)考試語文試題一語文知與語表小分續(xù)笨）利廚）續(xù)捫）耀丑）h

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