基于MATLAB的时序逻辑电路设计与仿真

武汉理工大学《Matlab应用实践》课程设计说明书课程设计任务书学生姓名：田鑫专业班级：电子科学与技术0703班指导教师:钟毅工作单位：信息工程学院题目:基于MATLAB的时序逻辑电路设计与仿真初始条件：MATLAB软件微机要求完成的主要任务:深入研究和掌握数字电路中时序逻辑电路的理论知识。利用MATLAB强大的图形处理功能、符号运算功能和数值计算功能，实现时序逻辑电路的设计和仿真。一、以寄存器为例仿真下列波形并行寄存器输出波形（以基本RS触发器构造）；移位寄存器输出波形（用D触发器构造）二、以双向移位寄存器为例实现子系统的设计和封装并仿真下列波形4位双向移位寄存器并行输出波形；4位双向移位寄存器串行右移输出波形；4位双向移位寄存器串行左移输出波形三、以扭环计数器为例仿真下列波形扭环计数器的输出波形（以JK触发器实现）时间安排：学习MATLAB语言的概况第1天学习MATLAB语言的基本知识第2、3天学习MATLAB语言的应用环境，调试命令，绘图能力第4、5天课程设计第6-9天答辩第10天指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日武汉理工大学《Matlab应用实践》课程设计说明书目录摘要………………………………………………………………………………………………………………………………2Abstract……………………………………………………………………………………………………………………………2绪论…………………………………………………………………………………………………………11MATLAB简介……………………………………………………………………………………………21.1MATLAB程序设计…………………………………………………………………………………………21.2MATLAB的特点……………………………………………………………………………………21.3MATLAB程序设计……………………………………………………………………………………………21.4M文件…………………………………………………………………………………………………………21.5SIMULINK仿真设计………………………………………………………………………………………31.5.1创建和使用模型…………………………………………………………………………………31.5.2选择和定制模块……………………………………………………………………………………31.5.3建立和编辑模型…………………………………………………………………………………41.5.4配置子系统………………………………………………………………………………………41.5.5条件执行子系统…………………………………………………………………………………42时序逻辑电路设计…………………………………………………………………………………………52.1锁存器和触发器…………………………………………………………………………………………52.1.1双稳态…………………………………………………………………………………………52.1.2锁存器……………………………………………………………………………………52.1.3触发器……………………………………………………………………………………52.2时序逻辑电路设计……………………………………………………………………………………72.2.1移位寄存器……………………………………………………………………………………………72.2.2扭环计数器……………………………………………………………………………………………93基于MATLAB的组合逻辑电路设计…………………………………………………………………123.1以寄存器仿真波形…………………………………………………………………………………123.1.1并寄存器的设计…………………………………………………………………………………………123.1.2移位寄存器的设计………………………………………………………………………………………153.2以双向移位寄存器实现子系统的设计和封装仿真波形…………………………………………………173.3以扭环计数器为例仿真下列波形……………………………………………………………………………244收获、体会与建议…………………………………………………………………………………………265致谢……………………………………………………………………………………………………………276参考文献……………………………………………………………………………………………………28武汉理工大学《Matlab应用实践》课程设计说明书I摘要MATLAB是当今最优秀的科技应用软件之一，具有强大的科学计算与可视化功能、简单易用、开放式可扩展环境。本文介绍了时序逻辑电路的MATLAB设计和仿真，在这种电路中，任意时刻的输出信号不但取决于当时的输入信号，还取决于电路当时的状态，或者说，还与以前的输入有关。具备这种逻辑功能特点的电路叫做时序逻辑电路。时序逻辑电路中需要将某一时刻的电路状态进行存储，利用触发器组成寄存器和计数器。在时序逻辑电路的仿真的过程中，将使用到SIMULINK中的触发器模块。同时也介绍了仿真中的子系统的设计和封装，进一步介绍MATLAB强大的数字处理功能。关键词:触发器，寄存器，计数器，仿真，封装武汉理工大学《Matlab应用实践》课程设计说明书IIAbstractTodayisthemostoutstandingofMATLABsoftwaretechnologyapplication,strongscientificcomputingandvisualfunction,easy-to-use,openextensibleenvironment.ThepaperintroducesthehardwavecircuitdesignandsimulationofMATLAB,inthiscircuit,arbitrarymomentnotonlydependontheoutputsignalwasstilldependsontheinputsignal,andthenthestate,orcircuit,andtherelevantinputbefore.Havethiskindoflogicfunctioncharacteristicsofthecircuitiscalledthehardwavecircuit.Thehardwavecircuitinamomenttostore,thecircuitstateUSEStriggerscompositionregistersandcounter.Inthehardwavecircuitsimulationprocess,willusethetriggermoduletoSIMULINK.AlsointroducesthedesignandsimulationofMATLAB,furtherintroduceddigitalprocessingfunctionof.Keywords:flip-flop,register,counter,simulation,encapsulation武汉理工大学《Matlab应用实践》课程设计说明书1绪论MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++，JAVA的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。武汉理工大学《Matlab应用实践》课程设计说明书21MATLAB简介1.1MATLABMATLAB是矩阵实验室（MatrixLaboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。MATLAB的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。附加的工具箱（单独提供的专用MATLAB函数集）扩展了MATLAB环境，以解决这些应用领域内特定类型的问题。1.2MATLAB的特点MATLAB是当今最优秀的科技应用软件之一，它以强大的科学计算与可视化功能、简单易用、开放式可扩展环境，特别是所附带的30多种面向不同领域的工具箱支持，使得它在许多科学领域中成为计算机辅助设计和分析、算法研究和应用开发的基本工具和首选平台。MATLAB具有其他高级语言难以比拟的一些优点，编写简单，编程效率高，易学易懂，因此MATLAB语言也被通俗地称为演算纸式的科学算法语言。在控制、通信、信号处理及科学计算等领域中，MATLAB都被广泛地应用，已经被认可为能够有效提高工作效率、改善设计手段的工具软件，掌握了MATLAB就好比掌握了开启这些专业领域大门的钥匙。1.3MATLAB的程序设计（1）行命令方式行命令方式是在命令窗中写程序，每个程序只能是一行，因为计算机每次只能对一行命令做出反应，就像计算器那样工作。行命令方式适合于简单的语句编写。（2）程序文本方式程序文本方式也叫程序文件模式，它是把多行语句写成一个程序，保存在一个文件名下，让计算机来执行这个文件。程序文本方式的语句编写和修改是在文本编辑器中进行，它适合于复杂的语句编写1.4M文件m文件的语法类似于c语言，但又有其自身特点。它只是一个简单的ASCII码文本文件，执行程序时逐行解释运行程序，matlab是解释性的编程语言。武汉理工大学《Matlab应用实践》课程设计说明书3m文件有两类：独立的m文件—称命令文件；可调用m文件—称函数文件。程序文本方式分成脚本文件和函数文件。1.5SIMULINK仿真设计Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。1.5.1创建和使用模型通过Simulink可使用大量的预定义模块快速地推导、建模和维护系统详细的模块图。Simulink提供层次化建模、数据管理、定制子系统工具，无论工程师的系统有多复杂，都可以轻松完成简明精确的模型描述.1.5.2选择和定制模块Simulink包含广泛的用于对系统建模的模块库。这些库包括:a.连续和离散动态模块，如Integration和UnitDelayb.算法模块，如Sum,Product,LookupTablec.信号结构模块，如Mux,Switch,BusSelector可定制这些内联的模块或直接在Simulink中创建新的模块然后将其放置到自己的库中.额外的模块库扩展了Simulink的特殊应用功能，如对航空航天、通讯、无线电频率、信号处理、视频和图像处理和其他领域的应用.启动Simulink时可以在工具栏点击；同样也可以在MATLAB命令窗口中输入Simulink，结果是