基于MATLAB的组合逻辑电路方案设计书和仿真

1、 2摘 要 4 论1 绪 4及要求2 设计内容2.1设计的目的及主要任务. 4 2.1.1 设计目的.4 2.1.2 设计任务及要求.4 2.2 设计思想.4.想shejisixu 课程设计 4iSimulnk简介3 5其合逻辑电路的原理及功能4 组 .53线编码器4.1 8线 .6.3线8线译码器4.2 .6线译码器. 4线164.3 6.显44. 七段数码管示译码器. .8数据选择器4.5 8仿合基5 于MATLAB的组逻辑电路设计与真 .83线编码器的设计与仿真85.1 线 10.仿真线译码器的设计与. 5.2 3线8 .12 数据选择器的设计与仿真5.3 .14线译码器的仿真4线165

2、.4 系统封装及5.4.1 3线8线译码器的封装.14 5.4.2 4线16线译码器的设计与仿真.14 .16七段数码管译码器的设计及仿真5.5 91得心体会 6 02献文考参 摘要 MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。MATLAB在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。Simulink是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包。通过本次独立进行某些电路的设计、仿真，对于巩固所学的MATLAB技术理论知识，加强基本技能的训练都具有十分明显的积极作用。 本文主要介绍部分编码器和译码器电路的设计与仿真，它是以或非门为基础构成的组合逻辑电路

3、，本文主要介绍了它们的电路功能及其电路的工作原理，并用MATLAB软件的Simulink工具箱进 行电路的设计与仿真。 TLAB,SimulinkMA关键字：译码器，编码器， Abstract MATLAB, and Mathematica, Maple, and known as the three major mathematical software. It is the application of technology in mathematics classes in numerical computing software, second to none. Simulink is

4、 an extension of MATLAB software, which is the realization of dynamic system modeling and simulation of a package. Through this independence of certain circuit design, simulation, MATLAB for consolidating what they have learned the technical theory of knowledge, to strengthen basic skills training h

5、ave a very clear positive effects. This paper describes part of the encoder and decoder circuit design and simulation, it is composed of NOR gate-based combinational logic circuits, this paper describes the circuit functions and their working principle of the circuit, and use MATLAB software for Sim

6、ulink Toolbox circuit design and simulation. Keywords: decoder, encoder, MATLAB, Simulink 绪论1本设计利用MATLAB及Simulink仿真软件强大的图形处理功能，符号运算功能和数值计算功能，实现常见的组合逻辑电路如编码器、译码器、数据选择器等逻辑电路的设计及仿真。本设计通过Simulink仿真软件使用常见的与、或、非等基本逻辑单元，延时信号、时钟信号等信号源和示波器完成以上各种逻辑电路的设计和仿真，在给定输入信号的情况下完成并验证各基本组合逻辑电路的功 能。 设计内容及要求2 设计的目的及主要任务2.1

7、 设计目的2.1.1 ；MATLABMATLAB语言的基础上进一步掌握和精通（1）在认识 强大的程序设计和仿真分析功能完成常见的组合逻辑电路的设计及仿真。MATLAB（2）利用 设计任务及要求2.1.2 深入研究和掌握数字电路中组合电路的理论知识，并根据已知条件利用MATLAB的强大的图形 处理功能，符号运算功能和数值计算功能，实现以下组合逻辑电路的设计和仿真： ）以编码器和译码器为例仿真下列波形：（1 线）；3线编码器输入输出波形（8 线）；8译码器输入输出波形（3线 数据选择器输入输出波形（四选一数据选择器）； ）以译码器的级联为例实现系统的封装并仿真下列波形：2（ 线）；线16 译码器的

8、输入输出波形（4 ）以七段数码管为例子完成数码管的图形输出显示。3（ 设计思想2.2本设计以Simulink仿真系统中的基本逻辑元件、时钟信号和示波器为核心进行编码器、译码器、数据选择器及七段数码管的输入输出波形的设计和仿真，并且通过3线8线译码器的元件封装和级联 线译码器输入输出波形的设计和仿真。16线完成4 简介3 SimulincSimulink是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，它与MATLAB语言的主要区别在于，其与用户交互接口是基于Windows的模型化图形输入，其结果是使得用户可以 把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。所谓模型化图形输

9、入是指Simulink提供了一些按功能分类的基本的系统模块，用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用， 文件进行存取），进而进行仿真与分析。.mdl再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型（以 组合逻辑电路原理及其功能4 根据逻辑功能的不同,数字电路分为两大类:一类是组合逻辑电路,另一类是时序逻辑电路。在组合电路中,任意时刻的输出仅取决于该时刻的输入，与电路的原始状态无关。常见的组合逻辑电路有数据选择器、编码器、译码器、数据分配器、数据比较器等典型的中规模组合逻辑器件。组合逻辑电路的 结构具有以下特点：输出输入之间没有反馈延迟通路

10、；电路中不含有记忆功能的元件。编码和译码在数字技术中是一种常用的方法，通过编码和译码可解决家电、工业和工程上的许多 问题。 线编码器34.1 8线 所示，4-13线优先编码器为例，其逻辑功能真值表如表 以8线 线优先编码器真值表34-1 8线表 输出输入 B0A7EIA6A5A0A4B2A3B1A2A1 00×××××0×0×× 000001000000 1×11××1××1×× 0011××1××

11、5;×1 10××1×0011×× 0001101××××0 10001×001××1 001×0001×100 1001×0000100 001000000010 从功能表中可以看出，该编码器有8个信号输入端，3个二进制输出端，输入和输出均以高电平作为有效电平，而且输入优先级别的次序依次为A7,A6,A5,A4,A3,A2,A1,A0。此外为方便多个芯片连接 。起来扩展电路的功能，还设置了高电平有效地输入使能端EI 线译码器84.2

12、3线 74HC138是3线8线译码器，其功能表如表4-2所示： 表4-2 3线8线译码器真值表 输出输入 B0B4B3EIB2A2A0A1B7B6B5B1 11××1×110111 001111111001 111111011010 11001011111 111110111011 110110011111 101111110111 111010111111 011111111111 译码器有3个二进制输入端A2、A1、A0，它们共有8中状态的组合，即可译出8个输出信号 时，禁止译码器工作。EI=0EI=1时，译码器工作；而当B7B0，输出为低电平有效。当 线译码

13、器线164.3 4 所示：线译码器其真值表如表164-3线译码器和一个反相器可以构成利用两片3线84线 显示译码器4.4 发光二极管数码管是用发光二极管构成显示数码的笔划来显示数字，由于发二极管会发光，故 所示。七段译码器，其真值表如表数码管适用于各种场合。下面介绍一种常用的LEDCMOS4-4 线译码器真值表线16表4-3 4 输出输入 B0B13B3B12B15B1B14B2A3A2B4A1A0 0011111010110 1111011100110 1110101101011 1101011101111 1011011111001 111101111111 共阴极七段译码器真值表表4-4

14、 输输AAAA 101001110151 111110061110 010171011100 111111108001 100111111109 11A101011011 1110B1100111 01010101C011 1110101110D1 111001E11101 11F100101111 进制数。16160F共个从真值表中可以看到该七段译码器属于共阴极七段译码器，可以显示 数据选择器4.5 所示：数据选择器为例进行分析，其真值表如表4-54选1 数据选择器功能表选14-5 4表 输出输入地址 YS1S0 I000 I101 I210 I311当输入地址为00时，输出信号为I0；当输

15、入地址为01时，输出信号为I1；当输入地址为10时， 。I311I2；当输入地址为时，输出信号为输出信号为 的组合逻辑电路设计与仿真TLAB5 基于MA 线编码器的设计及仿真线35.1 8线编码器的逻辑表达式逐一拖入所需的原件并进行连接如图线3进入Simulink仿真界面后，按照8 所示：5-2 线编码器原理图35-2 8线图 设置好输入时钟脉冲后，点击进行仿真，然后分别点击查看输入输出信号的示波器查看波形，如图5-3和图5-4所示，根据以下波形可以看出所设计的8线3线编码器，在给不同输入的情况下 均可得到相应的正确的输出，即该设计符合设计要求。 线编码器输出波形3线图5-3 8 线编码器输入

16、波形线图5-4 83 线译码器的设计及仿真线5.2 38 进入Simulink仿真界面后，按照3线8线译码器的逻辑表达式逐一拖入所需的原件并进行连接如图 所示：5-6 线译码器原理图线8图5-6 3 设置好输入时钟脉冲后，点击进行仿真，然后分别点击查看输入输出信号的示波器查看波 所示，5-8和图5-7形，如图 线译码器输入波形85-7 3线图 线译码器输出波形8图5-8 3线 线译码器，在给不同输入的情况下均可得到相应的正确的8线3根据以上波形可以看出所设计的 输出，即该设计符合设计要求。 数据选择器的设计及仿真5.3 进入Simulink仿真界面后，按照4选1数据选择器的逻辑表达式逐一拖入所

17、需的原件并进行连接 所示：5-10如图 数据选择器原理图选1图5-10 4 设置好输入时钟脉冲后，点击进行仿真，然后分别点击查看输入输出信号的示波器查看波形，如图5-11所示，其中信号I0为周期是0.25的脉冲信号，信号I1是高电平信号，信号I2为周期是1的脉冲信号，信号I3是低电平信号。根据以下波形可以看出所设计的4选1数据选择器，在给不同 输入的情况下均可得到相应的正确的输出，即该设计符合设计要求。 数据选择器输入输出波形1图5-11 4选 线译码器的仿真线4165.4 系统封装及 线译码器的封装线85.4.1 3 在设计完3线8线译码器后为了完成4线16线的设计，需要对其进行封装，封装后

18、的子系统 所示。如图5-16 译码器封装后的图5-16 3-8 线译码器的设计与仿真165.4.2 4线 所示，线译码器和一个反相器级联而成，其原理图如图5-17线2片38线译码器可以用 4线16 线级联原理图16图5-17 4线 设置好输入时钟脉冲后，点击进行仿真，然后分别点击查看输入输出信号的示波器查看波形，如图5-18、图5-19和图5-20所示，根据以下波形可以看出所设计的4线16线译码器，在给不同 输入的情况下均可得到相应的正确的输出，即该设计符合设计要求。 线译码器输入波形16图5-18 4线 位输出波形高图位输出波形低图5-19 8 5-20 8 七段数码管译码器的设计及仿真5.

19、5 七段数码管原理图5-22 图 进入Simulink仿真界面后，按照七段数码管的逻辑表达式逐一拖入所需的原件并进行连接如图5- 所示，设置好输入时钟脉冲后，点击进行仿真，然后分别点击查看输入输出信号的示波器查看22波形，如图5-23和图5-24所示，根据以下波形可以看出所设计的七段数码管，在给不同输入的情况 下均可得到相应的正确的输出，即该设计符合设计要求。 七段数码管输入波形5-23 图 七段数码管输出波形图5-24 总结与心得体会6 通过这次课设，我认识到了MATLAB功能非常的强大，使得我们在使用的时候用户直接调用这些库函数并赋予实际参数就能解决实际问题，具有极高的变成效率。我也熟悉了MATLAB的工作环境，可以很熟练的对MATLAB进行常规的操作，快速进行程序编辑和仿真。本文次课设通过一个设计实例，利用MATLAB实现组合逻辑电路的设计与仿真，从仿真结果可以看出它们均可以达到技术指标要求，而且方法简单、快捷，大大减轻了工作量。我对本次设计的结果还比较满意，经过一周的设计、分析，终于圆满的完成此次课程设计。虽然在这个过程中也遇到一些困难，但通过与同学的交流和自己查资料，我对MATLAB有了更深的体会。通过本次设计我感觉