毕业设计（论文）-EWB在数字电路实验中的仿真与分析.doc

届学士毕业论文 ewb在数字电路实验中的仿真与分析届学士学位论文 ewb在数字电路实验中的仿真与分析系 别: 电子信息系 专 业:_电子信息工程_学 号: 姓 名: 指 导 教 师: 指导教师职称: 教授 2012年 ewb在数字电路实验中的仿真与分析摘要 数字电路的仿真是分析数字电路的重要手段，在现在的数字电路中占有重要的地位。数字电路分为组合逻辑电路和时序逻辑电路，本文借助于ewb5.0软件，对组合逻辑电路中的优先编码器进行仿真，通过逻辑探针分析了8个引脚的优先级；通过数码管的显示，观察3位加法器的加法关系；通过逻辑转换器对8选1数据选择器进行仿真，得到最简函数式。在时序逻辑电路中，通过逻辑分析仪输出波形，观察九进制计数器的计数过程。仿真结果验证了数字电路中的一些基本原理，为实际电路中的实现提供了可靠地依据。关键字 ewb;加法器；数据选择器；编码器；计数器；ewb in digital circuit experiment and the simulation analysisabstract digital circuit simulation is an important means to analysis the digital circuit, in todays digital circuit occupies an important position. according to the digital circuit is divided into the assembly logic circuit and temporal logic circuit, this paper makes use of the and ewb5.0 software, the simulation of priority encoder of the assembly logic circuit, priority of the pin encoder priority is analyzed through the logic probe;3 adder is simulated by the ewb, and it output waveform and observe addition relationship through the logical analyzer ;8 choose 1 data selector of the most jane function formula is output through the logic converter . to temporal logic circuit in 9 of the simulation system counter, and it output waveform and observe counting process through the logical analyzer. the simulation results verify the some of the basic principle of digital circuit, again for the actual realization of the circuit to provide reliable basis. keywords ewb; adding machines; data selector; encoder; counter;目 次1 引言 12 ewb软件简介与特点22.1 ewb软件的简介22.2 ewb的特点33 ewb在数字电路实验中的应用 43.1电路图的创建43.2仿真分析运行54 ewb的仿真与析64.1组合逻辑电路仿真与分析64.2时序逻辑电路仿真与析11结论 15参考文献.16致谢.17171 引言 在现在数字电路实验中仿真与分析有着十分重要的地位。数字电路主要有组合逻辑电路和时序逻辑电路。如果采用传统的手工方法，首先设计电路，并依次进行实际元器件的选择，安装，调试，不仅费时费力，所得结果往往也是不尽人意的。所以随着计算机仿真水平的提高，eda技术应运而生，包括我们所熟悉的protel2004，view system，ewb5.0等1。其中ewb软件是迄今为止使用最方便、应用最广泛的仿真软件之一，被应用于电子线路，模拟电路，数字电路等2 ,3。增强了软件的仿真测试和分析功能，大大扩充了元件库中的元件的数目，特别是增加了大量与实际工作对应的元件模型，使得仿真设计的结果更可靠、更具有实用性。一般地，数字电路课程的教学，是由理论教学、课程实验和课程设计等教学环节构成的。理论教学进行一段时间，完成了一定内容的教学后再安排实验，我们学生对教学内容的感性认识被延迟，甚至对某个内容的学习，在起初产生的兴趣会随时间的推移逐渐消失。我们学生在多媒体教学实践中，结合理论教学的进程，及时地利用电子设计工作平台软件ewb，在计算机上进行验证仿真实验。这项教学的补充，使我们对学习内容的感性认识得到增强，而且通过人机对话的方式，学生选择元器件连接电路选择参数 。一边选择一边测试，一边修改一边分析，并与理论相对照。在调试测量中学习，把实验与理论紧密地相结合，加深了对理论的认识4。2 ewb的软件简介与特点2.1 ewb软件的简介ewb (electronics workbench)是由加拿大interactive image technologies公司于1985年研制开发的电路计算机仿真设计软件，称为电子设计工作平台或虚拟电子实验室5。该软件提供了示波器函数发生器、万用表、频谱仪和逻辑分析仪等虚拟电子设备14种分析工具、4种扫描分析、8000多个元器件模型，使用户可以方便地进行电路原理图的输入和仿真测试6，观察电路的工作状态 稳定性灵敏度，还可以观察条件参数变化时电路的变化情况。该软件可以对各种数字逻辑电路、模拟电路和混合电路进行模拟仿真。其特点是界面直观、操作方便，采用图形方式创建电路，从原理图的输入到电路仿真测试都可以通过友好的界面轻而易举地完成，而且虚拟的测试仪器与实物外形相似7。ewb软件仿真电路元器件多，它提供了数干种电路元器件及其理想值，囊括了数字逻辑电路、模拟电路中的各种元器件，为仿真各电路提供了方便。 ewb软件仿真仪器库齐全，仪器仪表使用简单，调节方便，约束条件少。用ewb仿真软件的元件库提供的数干种电路元器件及齐全的虚拟仪器进行电子电路的仿真，如同在硬件实验室做实验一样，非常真实。ewb能进行电子电路设计，并能对电子电路进行较详细的分析，包括静态分析、动态分析、时域分析、频域分析、噪声分析、失真分析和器件的线性与非线性分析，还能进行离散傅立叶分析、零极点分析等多种高级分析。 ewb软件创建电路需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕中选取，且元器件和仪器的图形与实物外形非常接近，仿真手段直观、简捷。ewb采用了快捷、实时的仿真模式，只要按下右上角的电源开关即可开始仿真，中途欲中断仿真，单击电源开关即可关闭。在仿真的同时，还允许修改电路的源开关即可关闭。在仿真的同时，还允许修改电路的 结构和元件参数，并且会立即进入新的仿真状态，仪器上也会迅速显示仿真的实时结果和波形。同时在该软件下完成的电路文件，可以直接输出至常用的印刷电路板排版软件，如orcad和tango等印刷电路板pcb设计软件，从而大大加快了电子产品的开发速度，提高了设计人员的工作效率8。 随着电子技术的飞速发展，仿真软件也在不断升级，从最初的ewb50到multisinl200l(万能真仿)再到muhisim7、multisim8、multisim9，直到最新的multisiml0版本。功能也从简单的电路创建、仿真、分析到现在完整的系统设计，其强大功能包含：结合spice、vhdl共同仿真，电路图建立，完整的零件库，spice仿真，高阶rf设计功能，虚拟仪器测试及分析功能，计划及团队设计功能，vhdl设计与仿真，fpgacpld组件合成，pcb文件转换功能，面包板方式允许学生搭建他们的电路图并且在“3d”面包板进行实验，提供阶梯图和元件，仿真控制“真实的”机械设备。 对于电子电路设计工作者而言，当然是软件版本越高越好，因为版本高意味着功能更强，元器件更全。但对于实验教学工作者而言，对版本的选择应以满足教学辅助作用为主。本文选用ewb5.0版本作相应的仿真分析。2.2 ewb的特点ewb软件有如下几个主要的特点： (1)采用直观的图形界面创建电路，在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件以及电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取； (2)软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果； (3)ewb软件带有丰富的电路元件库，提供多种电路分析方法； (4)作为设计工具，它可以同其他流行的电路分析、设计和制板软件交换数据； (5)ewb还是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行情况，熟悉常用电子仪器测量方法9。3 ewb在数字电路实验中的应用在数字电子技术实验教学中，时序逻辑电路的输出波形测量与分析是实验的必要内容，在实验室完成相关的测试往往使用双踪示波器，只能同时测2个信号，学生在做实验时很容易把多输出的波形相序搞混，导致实验结果出错。而在ewb仿真软件中提供的专为数字电路仿真用的虚拟仪器逻辑测试仪，能很好地完成多输出的时序信号的测量。下面以16分频器为例进行说明。3.1 电路图的创建从电源库分别选中地端、直流电源vcc、脉冲电源，在工作平台点击鼠标左键把元件放置在合适位置即可；同样从ttl数字ic库中找出两个与门放置在工作台合适位置；再从数据模块库中找出四个jk触发器，再把元器件按原理连线，接成16分频器；再接上逻辑分析仪，分别测量脉冲、波形。电路图如图l所示。图1 16分频器仿真电路3.2 仿真运行分析 双击打开逻辑分析仪，把clock&div设置由默认的“l”改为“16”，其他设置项采用系统默认值。按下仿真开关，开始仿真，这时逻辑仪有波形输出，再按下暂停按钮，逻辑仪显示如图2所示。 从仿真输出图中可清楚地看出：把脉冲电路的音频分成五个部分，这五个部分体现了16分频器的精确性，避免了音频的失真。五部分的波形图的相序在逻辑分析仪上清楚明了的显示。从而可见，采用ewb软件对时序电路设析非常简捷、清晰。图2 16分频器的波形图4 ewb的仿真与分析ewb在数字电路上的仿真与分析主要是指组合逻辑电路仿真与分析和时序逻辑电路的仿真与分析。本章我们重点讲这两种电路的典型例子。下面我们开始讲组合逻辑电路的几个典型例子。41 组合逻辑电路的仿真与分析 组合逻辑电路在逻辑功能上的特点是任意时刻的输出仅仅取决于该时刻的输入，与电路原来的状态无关。而时序逻辑电路在逻辑功能上的特点是任意时刻的输出不仅取决于当时的输入信号，而且还取决于电路原来的状态，或者说，还与以前的输入有关10。 组合逻辑电路主要有半加器、全加器、编码器，译码器、数据选择器等。下面我们主要介绍编码器，加法器以及数据选择器的仿真与分析。4.1.1 编码器的仿真与分析在ewb5.0中选用ttl器件库中的74ls148,从基本元器件中选择八个双向选择开关，指示器库中选择三个红色逻辑探针和两个绿色逻辑探针。(1) 建立8线-3线优先编码器的实验电路，输入通过开关连接优先编码器输入端，8个双向选择开关通过键盘上的07数字键控制，如电路图3所示。图3 编码器的仿真电路（2）打开仿真开关，通过数字键来控制各个输入端的输入为低电平，来观察逻辑探针的变化。（3）同时输入几个低电平，观察各个信号的优先级的高低，讲信号对应的二进制代码记录下来。（4）仿真结果电路图4如下所示。图4 仿真结果（5）仿真结果与分析 通过表格1可得知,输入引脚7的优先级最高，输入引脚0的优先级最低。表1 引脚7的优先级输 入输 出0 1 2 3 4 5 6 7a2 a1 a0 gs 00 0 0 0 0 10 0 1 0 0 1 10 1 0 0 0 1 1 10 1 1 0 0 1 1 1 11 0 0 0 0 1 1 1 1 11 0 1 0续表1输入输出 0 1 1 1 1 1 11 1 0 00 1 1 1 1 1 1 11 1 1 01 1 1 1 1 1 1 11 1 1 14.1.2 加法器的仿真与分析 在ewb5.0中数据模块库中选择三个全加器，从指示器库中选择九个红色逻辑探针，从逻辑分析选择库选择逻辑分析器和字信号发生器。 （1）建立三位加法器的实验电路，电路图5如下所示。图5 三位加法器的仿真电路（2）通过打开仿真开关，点击字信号发生器，调节字信号发生器设置，来观察字信号发生器框图的变化，结果如图6所示。图6 字信号发生器（3）打开仿真开关观察逻辑探针的变化，图7如下所示。图7 加法器的探针的变化 （4）点击逻辑分析器，调节clock per division至“64”,来观察波形图，图8如下所示。图8 加法器的波形图4.1.3 数据选择器的仿真与分析启动ewb5.0程序，在数据集成库中找出74hc151,74hc04,在信号源库中找出接地端和vdd，从仪器选择分析器中找出逻辑转换器，建立8选1数据选择器。（1） 建立数据选择器的实验电路，电路的四个输入端依次接入逻辑转换器最左边的四个输入端，同时将电路的输入端接到逻辑转换器最右边的一个输入端out，图9如下所示。图9 数据选择器的仿真电路(2) 打开仿真器开关，双击图9的逻辑转换器图标，弹出操作窗后，观察八选一数据选择器的逻辑真值表，图11如下所示。图10 逻辑真值表(3) 点击上图的第三栏就能得到8选1数据选择的逻辑函数式： bd+abd+bc4.2 时序逻辑电路的仿真与分析时序电路，它是由最基本的逻辑门电路加上反馈逻辑回路（输出到输入）或器件组合而成的电路，与组合电路最本质的区别在于时序电路具有记忆功能。时序电路的特点是：输出不仅取决于当时的输入值，而且还与电路过去的状态有关。它类似于含储能元件的电感或电容的电路，如触发器、锁存器、计数器、移位寄存器、储存器等电路都是时序电路的典型器件。 时序逻辑电路的状态是由存储电路来记忆和表示的。下面我们主要介绍寄存器和计数器的仿真与分析。4.2.1 计数器的仿真与分析 计数是一种最简单基本的运算，计数器就是实现这种运算的逻辑电路，计数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进行计数，以实现测量、计数和控制的功能，同时兼有分频功能，计数器是由基本的计数单元和一些控制门所组成，计数单元则由一系列具有存储信息功能的各类触发器构成，这些触发器有rs触发器、t触发器、d触发器及jk触发器等。计数器在数字系统中应用广泛，如在电子计算机的控制器中对指令地址进行计数，以便顺序取出下一条指令，在运算器中作乘法、除法运算时记下加法、减法次数，又如在数字仪器中对脉冲的计数等等。 常用的计数器有二进制计数器，十进制计数器，五进制计数器等。60进制加法计数器的逻辑电路见图11。图11 60进制加法计数器逻辑图下面我们介绍9进制计数器的仿真与分析(1) 首先我们从ewb5.0的信号源中找出接地端，电源vcc，时钟信号，设置为1000hz,占空比为50，放在合适的位置。从数据集成库中找出74ls160同步十进制计数器，放在合适的位置，从指示器库中找出可编码的七段显示器，从仪器分析仪中找出逻辑分析仪，把个个器件连接起来，图12如下所示。图12 九进制计数器的仿真电路(2) 打开仿真开关，计数器开始计数，图13如下所示。图13 九进制计数器的仿真电路(3) 双击逻辑分析仪，把“clocks per division”调节到16，就会出现相应的波形图，图14如下所示。图14 9进制计数器波形图 结论本文采用ewb5.0实现了数字逻辑电路的仿真与分析，给出了详细的实现方法和仿真范例，为数字逻辑电路的逻辑验证和实验教学提供了一种新的简便易行且经济可靠的方法。在数字电路设计中应用ewb软件进行仿真分析，在编辑