基于matlab的数字逻辑电路仿真

Simulink为数字电路仿真提供了基本的逻辑运算模块和多种触发器模块。本论文将根据数字逻辑电路的分类，及组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类，分别对如何实现数字逻辑电路仿真进行相应的介绍。
从电路结构来看，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。分析时序逻辑电路我们用到的工具有：状态方程、驱动方程、输出方程、状态表、状态转移图等。组合逻辑电路是相对于时序逻辑电路而言的，组合逻辑电路在结构上由各种逻辑门构成，它不包含记忆功能器件，其特点是，在任何给定时间的输出值仅与该时刻电路的输入值有关，而与过去的输入状态无关。组合逻辑电路的设计的一般步骤是：明确问题；列出真值表；写出逻辑表达式；化简逻辑表达式；给出逻辑电路图；对电路做出评价。
Simulink是Matlab一个重要的分支产品，它是一个结合了框图界面和交互仿真能力的系统设计和仿真工具。Simulink模型采用方框图绘制来代替程序的编写，使系统编写具有可视化的功能，同时可以借助模拟示波器等虚拟设备直观显示仿真动态结果。Simulink已成为动态系统建模、仿真方面应用最广泛的软件包之一[9]。
关键词：数字逻辑电路；仿真；触发器；寄存器；计数器
DigitalLogicCircuit Simulation Based on Matlab
Abstract
Digital logic circuit is an important basic course of electronic ing MATLAB/Simulink to design Digital logic circuit gives designers the probability of a new kind of design method. The analysis of Digital logic circuit using Simulink model instead of traditional principle table can make the new learners see the waveform changes more figuratively and directly, thus improve their study efficiency.
This thesis reviews some basic principles of Digital logic circuit, analyses their logic functions, and learn how to simulate Digital logic circuit using MATLAB/Simulink. Then this thesis realizes the simulation of various digital logic circuit using Simulink model, and compares the experimental waveform of simulation circuits to actual theoretic logic functions, thus makes learners learn and understand their basic principles well.
Simulink为数字电路提供了各种基本元件。常用的输入信号有时钟(Clock)信号、阶跃(Step)信号、脉冲发生器(Pulse Generator)、信号发生器(SignalGenerator)等, 这些输入源在实际使用中可进行适当设置。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。还有基本的数字逻辑如与或非、各种触发器等。Simulink还允许自建模块, 这就增加了Simulink的可扩充性[10]。
论文回顾了一些基本数字逻辑电路的原理，分析了这些电路的逻辑功能，学习了使用MATLAB/Simulink仿真数字逻辑电路的方法。而后再利用Simulink模块实现了数字逻辑电路功能的仿真，最后将得到的仿真电路的波形与理论上的逻辑功能进行对比，从而更好地学习并理解其基本原理。
仿真结果表明,利用Matlab进行数字电路的设计、调试，结果直观、省时省力。它不仅能用来仿真本论文中提到的电路，而且能广泛地应用于其它数字电路的仿真，是数字电路设计、调试的有效工具。
1.1.1
Simulink是一个集建模、仿真和分析动态系统为一体的软件，是一种基于Matlab的图形设计环境。支持连续、离散以及两者混合的线性和非线性系统，同时它也支持具有不同部分拥有不同采样频率的多种采样速率的仿真系统。在其下提供了丰富的仿真模块。其主要功能是实现动态系统建模、仿真与分析，可以预先对系统进行仿真分析，按仿真的最佳效果来调整控制系统的参数。通过Simulink，用户可以轻松地完成对应问题的仿真，并实时地观察可能出现的结果。
Simulink是一种图形化仿真软件, 是基于MATLAB语言环境下实现动态系统建模、仿真的一个集成环境, 其中存储了大量系统模型。调用模块库中的各个模块, 进行有关信号连接, 就可完成所需模型的仿真。Simulink的组成很有层次性, 它的下面有很多子库, 如连续子库、非连续子库、离散子库、数学函数子库、信号源子库、信号输出子库及附加模块库等, 各个子库下面含有该类型的众多模块, 复制这些模块到模型窗口中就可实现各种仿真。可按照其有关性质在相应的子库中寻找所需模块。
绪论
数字电路现在被广泛应用于电子信息工程的各个领域，数字化已成为当今技术发展的一个趋势[3]。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。
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。
Ⅱ 原始资料
[1]董霖.MATLAB使用详解——基础、开发及工程应用[M].北京：电子工业出版社，2009.1
[2]阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，1998.12
[3]钟麟，王丰.MATLAB仿真技术与应用教程[M]北京：国防工业出版社，2004.1
Ⅲ 毕业设计（论文）任务内容
1、课题研究的意义
基于Matlab的数字逻辑电路仿真
摘要
数字逻辑电路是电子类专业重要的基础课，用MATLAB/Simulink来设计数字逻辑电路给设计者开辟了一种全新的设计方法的可能性。使用Simulink模块进行设计、调试、和仿真，以代替传统的原理图进行数字逻辑电路的分析。使初学者能更形象直观地看到电路运行时的波形变化，可以大大提高学习效率。
（1）毕业设计（论文）正文；
（2）基本逻辑电路的Simulink仿真模型图及波形图；
（3）至少一篇引用的外文文献及其译文；
（4）附不少于10篇主要参考文献的题录及摘要。
指导教师（签字）
教研室主任（签字）
批准日期2011年1月5日
接受任务书日期2011年1月9日
完成日期2011年6月15日
接受任务书学生（签字）
The simulation results indicate that designing and testing digital circuit with Matlab make the results visual, time saving and effort-saving. It can be used not only to simulate the circuit what mentioned in this paper, but also widely used in other digital circuit simulation. Matlab is an effective tool for debugging and designing digital circuit.
第
1.1
Matlab是矩阵实验室（Matrix Laboratory）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。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。
XXX
毕业设计（论文）
专业：
题目：
作 者 姓 名：导师及Fra bibliotek称：导师所在单位：
2011年 6 月 15 日
XXX
本科毕业设计（论文）任务书
2011届学院
专业
学生姓名：
Ⅰ 毕业设计（论文）题目
中文：
基于Matlab的数字逻辑电路仿真
英文：
DigitalLogicCircuit Simulation Based on Matlab
Matlab是美国The MathWorks公司开发的著名软件，是Matrix Laboratory（矩阵实验室）的缩写，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。是一种高效的工程计算语言，它将概念设计、算法开发、建模仿真、实时实现于一体[1]。
2、本课题研究的主要内容：
利用Simulink模块实现时序逻辑电路和组合逻辑电路的设计和仿真，组合逻辑电路仿真包括译码器、数据选择器、加法器的仿真，时序逻辑电路仿真包括寄存器、计数器的仿真，最后将得到的仿真电路的波形与理论上的逻辑功能进行对比，从而更好地学习并理解其数字逻辑电路的基本原理。
3、提交的成果：
用MATLAB/Simulink来设计数字逻辑电路给设计者开辟了一种全新的设计方法的可能性，使用Simulink模块进行以代替传统的原理图进行数字逻辑电路的分析可以使初学者能更形象直观地看到电路运行时的波形变化，可以大大提高学习效率。故利用MATLAB仿真软件在日常的数字电路的研究学习中有着越来越重要的作用。
Key words:digital logic circuit;simulation;flip-flop;register;counter
插图清单
表格清单
引
数字电路是计算机类、电子信息类等本科专业的一门实践性较强的专业基础课，学好该课程对后续专业课程的学习至关重要。而运用计算机仿真软件是一种新的途径，不需要实验设备及元器件，它可以用计算机软件来建模仿真，验证一个数字电路的正确性和有效性，也可以通过仿真来模拟数字电路中逻辑关系的工作过程，并能动态地显示结果。
1.1.2
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，结果是在桌面上出现一个称为Simulink Library Browser的窗口，在这个窗口中列出了按功能分类的各种模块的名称；同样也可以通过单击Matlab主窗口菜单选择FileNewModel，弹出一个Untitled的Simulink模型窗口，再选择ViewShow Library Browser，弹出Simulink Library Brower模块库窗口。图1-1所示为Simulink Library Brower窗口，从这个窗口中可以看到Simulink所提供的模块库及具体模块。