全加器的设计及仿真

1、目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 摘要2 HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 全加器的设计及仿真3 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document MATLAB 简介3 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document MATLAB 3 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document MATLAB 的特点3 HYPERLINK l bookmark34 o C

2、urrent Document MATLAB的程序设计3 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document M文件4 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document Siinuliiik 仿真概述4 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document Simulmk 简介4 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document Simulmk仿真模型4 HYPERLINK l bookmark57 o Current Document Smiulmk在数字电路中的

3、运用5 HYPERLINK l bookmark61 o Current Document Simulink在数字电路中的仿真功能5 HYPERLINK l bookmark65 o Current Document Simulmk在数字电路中的仿真模块5 HYPERLINK l bookmark69 o Current Document 4全加器的理论分析6 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 4.1全加器简介及真值表6 HYPERLINK l bookmark75 o Current Document 全加器的逻辑电路图6 HYPERLINK

4、 l bookmark78 o Current Document 5Simuliiik 仿 真7 HYPERLINK l bookmark81 o Current Document 5.1 添加模块7 HYPERLINK l bookmark84 o Current Document 5.2修改模块参数7 HYPERLINK l bookmark87 o Current Document 5.3连线及仿真9 HYPERLINK l bookmark90 o Current Document 6实验结果及分析10 HYPERLINK l bookmark93 o Current Document

5、 7小结与体会12 HYPERLINK l bookmark96 o Current Document 参考文献13摘要文章介绍了用MATLAB/Simuliiik对数字电路设计中运算器电路的设计与建立模型的 过程和进行动态仿真的方法，给出仿真结果，验证了设计过程的可行性和模型的正确性， 并阐述了应用建模仿真及其主要特点。关键词：Smiulnik数字电路模型仿真武汉理工大学基础技能强化训练课程设计说明书全加器的设计及仿真MATLAB 简介MATLABMATLAB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

6、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Smiuliiik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。MATLAB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

7、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，己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。MATLAB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

8、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。M文件m文件的语法类似于c语言，但乂有其自身特点。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。m文件有两类：独立的m文件一称命令文件；可调用m文件一称函数文件。程序 文本方式分成脚本文件和函数文件。Simuliiik仿真概述Simuliiik 简介Sunuliiik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

9、杂的系统。Simuluik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Smiuliiik己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SimulHikoSimuliiik仿真模型一个典型的SimulHik仿真模型由以下三种类型的模块构成。信号源模块信号源模块为系统的输入，它包括常熟信号源、函数信号发生器（如正弦波和阶跃函 数等）和用户自己在MATLAB中创建的自定义信号。被模拟的系统模块系统模块作为仿真的中心模块，它是Smiuliiik仿真建模所要解决的主要问题。输出显示模块系统的输出由显示模

10、块接收。输出显示的形式包括图形显示、示波器显示和输出到文 件或MATLAB工作空间中三种，输出模块主要在Sinks库中。构成SimulHik仿真模型的三种模块的关联图如图1所示。信号源模块被模拟的系统模块输出显示模块图1 Smiuliiik仿真模型的结构关联图Simuliiik在数字电路中的运用Simuliiik在数字电路中的仿真功能Smiuliiik是从底层开发的一个完整的仿真环境和图形界面，它把MATLAB的许多功 能都设计成一个个直观的功能模块，把需要的功能模块连接起来就可以实现所需要的仿真 功能。Smiuliiik仿真应用于数字电路、数字信号处理、通信仿真、电力系统仿真、宇航仿 真等领

11、域。由于数字系统中高低电平分别用0和1表示，因此数字电路问题往往可以转化 为一个数字上的逻辑问题。MATLAB提供了逻辑运算模块和各种触发器模块，可以方便的 进行数字电路的设计和仿真。Simuliiik在数字电路中的仿真模块Smiuliiik提供的用于数字电路仿真的常用模块有信号源、输出设备、触发器、寄存器。 常用的信号源有时钟信号(Clock).阶跃信号(Step)、脉冲发生器(Pulse Generator)、信 号发生器(Signalgeneiatoi)；输出设备有示波器、数字显示器等，这些输出设备很容易将 仿真结果可视化；D触发器、R-S触发器、J-K触发器在Extras库的Flip

12、Flops组中；基本 的数字逻辑运算模块和算术运算模块：与(AND)、或(OR)、与非(NAND)、或非(NOR)、异 或(XOR)、力口、乘、除等则在Fixed-Point模块库中。Smiuliiik还允许自建模块，这就增加 了 Simuliiik的可扩充性。4全加器的理论分析4.1全加器简介及真值表本次课程设计的内容要求使用逻辑门电路设计全加器。使用Simulink进行简单的仿 真。用门电路实现两个二进制数相加并求出和的组合线路，称为一位全加器。一位全加器 可以处理低位进位，并输出本位加法进位。多个一位全加器进行级联可以得到多位全加器。全加器是算术运算电路中的基本单元，也是完成1位二进制数

13、相加的一种组合逻辑电 路。1位全加器有3个输入，分别是加数A、被加数B和来自低位的进位数C；有两个输 出，分别是和数S以及高位进位数D。根据全加运算的功能，可列出一位全加器的真值表, 如表1所示。表1 1位全加器的真值表输入输出ABCSD00000001100101001101100101010111001111114.2全加器的逻辑电路图通过对表1的分析可得出下列表达式:(1)(2)S=ABCD = AB+AC+BC由(1)式可知，仅用一个三输入异或门就可以实现S的运算。基于逻辑表达式(1) (2)得到如下逻辑电路图，如图2所示。图2全加器的逻辑电路图5 Simuliiik 仿真5.1添加模

14、块首先从MATLAB命令窗口运行SmiulHik,然后新建一个电路模型。由(1) (2)的逻辑 表达式中可知，这个电路只需要逻辑运算模块(SimulnikLogic and Bit OpeiationsLogical Operator):序列脉冲源(SmiulnikSorncesRepeatmg Sequence Stair):示波器(SimulnikSuiksScope)；根据目录，将模块添加到模型窗中。多输入单输出逻辑运算模块，可选择逻辑运算关系(与-AND,或-OR,非-NOT,异 或-XOR等)、设置输入信号的个数。序列脉冲源可产生一个可重复的任意阶梯信号。示波 器模块，用于显示在仿真

15、过程产生的信号的波形。5.2修改模块参数首先完成逻辑部分的电路。根据需要将逻辑运算模块复制到五个，其中三个修改属性 设置为与门(AND),另一个设置为3输入或门(OR),最后一个设置为3输入异或门(XOR)。 连线如图3所示。Cp”如 1图3修改参数与连线然后用鼠标将这一部分逻辑电路图圈起来，单击右键，选择弹出菜单下的Cieat Subsystem命令，将自动生成一个子系统。可以看到，系统己经自动识别出这个子系统有 3个输入端，2个输出端。然后双击这个子系统，将会看到全加器子系统的电路图。将各 个输入输出端口命名为A,B,C,S和D,如图4所示。然后在主系统中，将这个子系统模 块命名为ADDo

16、图4全加器子系统然后完成仿真部分的电路。将脉冲源复制到3个，用来产生两个加数和一个进位信号, 分别命名为A, B, Co参数设置如表2所示。表2输入信号参数设置项目Is2s3s4s5s6s7s8sA00001111B00110011C01010101最后将示波器复制到2个，其中一个改为3输入，显示Y坐标幅值为2,用于输入信 号。另一个设置为2输入，显示Y坐标幅值为2,用于监视输出波形。这样就完成了所有参数的设置。5.3连线及仿真根据电路原理图连线。单击菜单栏上的设置图标，选择下拉菜单的“Parameters”命令, 将仿真时间设为0到10秒，其余采用默认值。然后保存模型并命名为ADD。如图5所

17、示。最后，单击模型窗口中的“Simulation”下的“Start”开始仿真。双击示波器Scope, 观察波形。图5连线与仿真6实验结果及分析开始仿真后，双击示波器Scope3，显示波形，波形从下至下依次为A, B, C。其输 入波形如图6所示。图6输入波形从这个波形图中读出数值并计算理论结果如表3所示:表3理论结果时间ABcDsIs000002s001013s010014s011105s100016s101107s110108s111119s0000010s00101双击示波器Scope2打开输出波形，它监视S和D的波形，其中上侧波形为D,下侧 波形为S。如下图7所示。图7输出波形将加法器的

18、实际输出结果与上表中的理论输出结果比较，可发现，实际输出结果与理 论结果是一致的，该结果证实了全加器电路的正确性。7小结与体会这次强化训练，是我第一次接触MATLAB软件，它具有强大的数值计算，符号运算 功能和数据分析和可视化的功能，也可以运用MATLAB中的Simuluik进行电路分析。学 习MATLAB这个软件的过程中，我了解了基本的应用。特别是MATLAB在仿真电路上的 应用。通过查阅资料，我对MATLAB电路分析应用有一定的了解。同时，我也认识到， MATLAB的功能不只是对电路进行仿真，它有着多个方面的应用。如绘制函数，处理音 频，图像数据，创建用户界面等功能，实在是一个功能强大的软件。本次强化训练我主要需要学会如何运用Simuluik对电路进行仿Mo Simuluik的学习对 于我来说有点困难，主要因为软件是全英文的，不懂一些按键的意思，也不知道这个仿真 的流程，通过自学教程并积极与熟练软件操作的前辈进行交流，对Smiuliiik的使用流程越 发清晰。后来在进行仿真的过程中，很长时间内都得不到相应的波形，经过思考并逐一排 查可能的原因后发现，导致错误的原因在于一开始脉冲电源的参数没有设置好。于是，我 试着将电源单独拿出来，不断改变它的参数，观察相应的输出波形，最终得到了正确的输 出结果。经过这