【正文】 ............................................................................ 39 扭環(huán)計數(shù)器的參數(shù)設(shè)置與仿真 .............................................................. 39 第七章 圖形用戶界面（ GUI）的實現(xiàn) ............................................................................ 40 GUI界面設(shè)計概述 ........................................................................................... 40 GUI總界面 ..................................................................................................... 41 總結(jié)與心得體會 ............................................................................................................. 43 致謝 ............................................................................................................................... 45 參考文獻 ........................................................................................................................ 46 基于 Matlab 的邏輯電路設(shè)計與仿真 5 第一章 緒論 本設(shè)計 利用 MATLAB 及 Simulink 仿真軟件 強大的圖形處理功能，符號運算功能和數(shù)值計算功能，實現(xiàn)常見的邏輯電路如編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、 觸發(fā)器 、 鎖存器 等邏輯電路的設(shè)計及仿真。 （ 3）學(xué)會使用 Sinulink 和 GUI 的基本應(yīng)用和設(shè)置。 利用 M語言還開發(fā)了相應(yīng)的 MATLAB 專業(yè)工具箱函數(shù)供用戶直接使用。 Simulink 提供了利用鼠標拖放的方法建立系統(tǒng)框圖模型的圖形界面，而且 Simulink 還提供了豐富的功 能塊以及不同的專業(yè)模塊集合，利用 Simulink 幾乎可以做到不書寫一行代碼完成整個動態(tài)系統(tǒng)的建模工作。利用 RTW 生成的代碼簡潔、可靠、易讀。 另外， MATLAB 開放性的可擴充體系允許用戶開發(fā)自定義的嵌入式系統(tǒng)目標，利用 RealTime Workshop Embedded Coder 能夠直接將 Simulink 的模型轉(zhuǎn)變成效率優(yōu)化的產(chǎn)品級代碼。 MATLAB 結(jié)合第三方軟硬件產(chǎn)品組成了在不同領(lǐng)域內(nèi)的完整解決方案，實現(xiàn)了從算法開發(fā)到實時仿真再到代碼生成與最終產(chǎn)品實現(xiàn)的完整過程。 MATLAB 程序設(shè)計 基于 Matlab 的邏輯電路設(shè)計與仿真 8 MATLAB 有兩種工作方式：一種是交互式的命令行工作方式；另一種是 M文件的程序工作方式。兩者區(qū)別在于：命令文件沒有輸入?yún)?shù)，也不返回輸出參數(shù)；而函數(shù)文件可以輸入?yún)?shù)，也可以返回輸出參數(shù)。在 M 文件窗口輸入 M 文件的內(nèi)容，輸入完畢后，選擇此窗口 File 菜單的 save as 命令，將會得到 save as 對話框。在 M 文件窗口可以對打開的 M 文件進行編輯修改。 Simulink仿真 Simulink 是基于 MATLAB 的框圖設(shè)計環(huán)境，可以用來對各種動態(tài) 系統(tǒng)進行建模、分析和仿真，它的建模范圍廣泛，可以針對任何能夠用數(shù)學(xué)來描述的系統(tǒng)進行建模，例如航空航天動力學(xué)系統(tǒng)、衛(wèi)星控制制導(dǎo)系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、船舶及汽車動力學(xué)系統(tǒng)等等，其中包括連續(xù)、離散，條件執(zhí)行，事件驅(qū)動，單速率、多速率和混雜系統(tǒng)等等。 Simulink 模塊庫及模塊操作 Simulink 模塊庫按照功能分類可以分為：連續(xù) 模塊、離散模塊、查表模塊和用戶定義函數(shù)模塊、數(shù)學(xué)模塊、 非線性模塊、信號通路模塊、接收器模塊、輸入源模塊、特別模塊、其他常用方塊組及工具箱。 （ 3）刪除：選中模塊，按 Delete 鍵即可。 基于 Matlab 的邏輯電路設(shè)計與仿真 10 可以使用鼠標右鍵單擊模塊，在快捷菜單中選擇“ Format” ?“ Flip Block”將模塊旋轉(zhuǎn) 180 度；選擇“ Format” ?“ Rotate Block”順時針旋轉(zhuǎn) 90度；也可以選擇模型窗口菜單“ Format” ?“ Flip Block”或者選擇“ Rotate Block”。 名稱在功能模塊上的位置也可以變換 180 度，可以用鼠標右鍵單擊模塊，在快捷菜單中選擇“ Format” ?“ Flip Name”，或者選擇模型窗口的菜單“ Format”?“ Flip Name”來實現(xiàn)，也可以直接通過鼠標進行拖曳。或點擊鼠標右鍵，選擇 Block parameters 參數(shù)設(shè)定窗口包含了該模塊的基本功能幫助。 在模型窗口選擇菜單“ Simulation” ?“ Configuration Parameters..”或直接按快捷鍵“ Ctrl+E” 命令，就會彈出一個打開參數(shù)設(shè)置的對話框，包括仿真器參數(shù)（ Solver）、工作空間數(shù)據(jù)輸入 /輸出（ Data Import/Outport）、優(yōu)化設(shè)置（ Optimization) 、診斷參數(shù)（ Diagnostics)\ 硬件實現(xiàn)（ Hardware Implementation)、模型引用（ Model Referencing）和實時工作間（ RealTime Workshop）等設(shè)置。 2） 仿真步長模式（ Solver options）仿真 的過程一般是求解微分方程組，“ Solve options”的內(nèi)容是針對解微分方程組的設(shè)置。 2）保存數(shù)據(jù)到工作空間（ Save to workspace） “ Time”欄的默認變量 tout “ States”欄的默認變量 xout “ Output”欄的默認變量 yout “ Final state”欄的默認變量是 xFinal。 GUI將用戶保存設(shè)計好的GUI 界面保存在一個 FIG 資源文件中，同時自動生成包含 GUI 初始化和組件界面布局控制代碼的 M 文件，為實現(xiàn)回調(diào)函數(shù)提供了一個參考框架。 基于 Matlab 的邏輯電路設(shè)計與仿真 12 組合邏輯電路 由最基 本的“與門”電路、“或門電路”和“非門”電路組成，其輸出值僅依賴于其輸入變量的當前值，與輸入變量的過去值無關(guān) — 即不具記憶和存儲功能 。常見的時序電路有觸發(fā)器、鎖存器等中規(guī)模時序器件。 組合邏輯電路 8 線 3 線編碼器 編碼和譯碼在數(shù)字技術(shù)中是一種常用的方法。優(yōu)先編碼器的最大優(yōu)點是允許有多個編碼信號同時加到編碼器的輸入端．但電路只對編碼信號中的優(yōu)先級別進行編碼，對于 比它低級別的信號不予理睬。 以 8 線 3 線優(yōu)先編碼器為例，其邏輯功能真值表如表 41所示，從功能表中可以看出，該編碼器有 8個信號輸入端， 3個二進制輸出端，輸入和輸出均以高電平作為有效電平，而且輸入優(yōu)先級別的次序依次 A7,A6,A5,A4,A3,A2,A1,A0。(~((~A7)amp。 B1=EIamp。(A5+A4+(~A2))))。(A6+A4+(~A3))amp。顯示譯碼主要解決二進制數(shù)顯示成對應(yīng)的十、或十六進制數(shù)的轉(zhuǎn)換功能，一般其可分為驅(qū)動 LED 和驅(qū)動 LCD 兩類。 常見的集成二進制譯碼器有 CMOS 和 TTL 的定型產(chǎn)品，兩者在邏輯功能上沒有區(qū)別，只是電性能參數(shù)不同，用 74x138 表示兩者中的任意一種。譯碼器有 3個二進制輸入端 A A A0，它們共有 8 中狀態(tài)的組合，即可譯出 8 個輸出信號 B7~B0，輸出為低電平有效。A1amp。A1amp。(~A1)amp。(~A1)amp。A1amp。A1amp。(~A1)amp。(~A1)amp。 7 段數(shù)碼管 一 個七段 數(shù)碼 管由 七 根發(fā) 光 二極 管 LED或 液 晶 顯示 管 LCD構(gòu) 成 ， 分 別命 名為 a 到 f ( 圖 1)。 圖 1 顯 赤 “ 5”時的七 段 數(shù)碼管 例 如 :輸 入的 BCD 碼 是 DCBA = 0101 時 ， 七 段數(shù)碼 管 的 a ,c ,d ,f,g 各 段 應(yīng)該 同 時變 亮 ,從 而能 夠顯 示 出 “ 5” 字 型 。 如果采用門電 路 直 接 進 行搭 建 ,工 作 量也 是 很大 的 。常見的數(shù)據(jù)選擇器有 4 選 1 數(shù)據(jù) 選擇器、 8選 1數(shù)據(jù)選擇器（型號為 7415 74LS15 7425 74LS151）、 16 選 1數(shù)據(jù)選擇器（可以基于 Matlab 的邏輯電路設(shè)計與仿真 16 用兩片 74151 連接起來構(gòu)成）等之分。根據(jù)功能表可以寫出輸出信號 Y 的表達式：Y=((~S2)amp。I1)|(S2amp。I3)。所以寄存器中都包含有觸發(fā)器堆和控制電路這兩個部分。 RS觸發(fā)器有兩個輸入信號，兩個輸出信號。由于兩個輸出互為相反數(shù)，所以不用給出 !Q 的邏輯表達式。 基于 RS觸發(fā)器構(gòu)造 2位并行寄存器 設(shè)計一個 2 位并行寄存器，所以需要兩個 RS 觸發(fā)器。最后得到的電路如圖 1所示。它的真值表如表所示。由于在實際中，信號通過每個觸發(fā)器是需要一定時間的，所以當時鐘源的第一次上升沿到來時，信號就被第一個觸發(fā)器讀入并送到輸出端，但第二個觸發(fā)器并不能將這個信號讀入，因為等這個信號到達第一個觸發(fā)器的輸出端時，時鐘的上升沿已經(jīng)過去了。而設(shè)計移位寄存器的關(guān)鍵就是利用了觸發(fā)器的延時特性，所以在這里不能按照邏輯電路直接設(shè)計這個寄存器。最后實現(xiàn)的系統(tǒng)頂層圖如圖 5所示。其中 3個控制信號對 Dmreg 工作狀態(tài)的控制如下表 2 所示。最后得到的下降沿觸發(fā)的帶置位復(fù)位端 的 RS 觸發(fā)器如圖 3所示。如圖 6所示， Rd和 Rs就是添加的基于 Matlab 的邏輯電路設(shè)計與仿真 20 復(fù)位端和置位端。 四位雙向移位寄存器子系統(tǒng)的設(shè)計和封裝 第一步 :Dmreg 電路設(shè)計 前面將這個模型的基本單元 —— 下降沿觸發(fā)的 RS 觸發(fā)器做好了。下面就以第一個 RSFF0 為例來分析。其實在同一時刻僅有一個信號能夠送 到或門，這是由于控制端 S0、 S1 組成了一個數(shù)據(jù)選擇器，每次只讓一個與門導(dǎo)通。 第二步：封裝子系統(tǒng) 要封裝上面剛剛建立好的 Dmreg 模塊，先選中子系統(tǒng)，然后在編輯菜單下選擇封裝子系統(tǒng)（ Mask Subsystem）命令，這時將會出現(xiàn)一個對話框 :Mask Editor,將對話框中的參數(shù)設(shè)置好模塊就封裝好了。為了使環(huán)形計數(shù)器能夠自啟動，需要添加邏輯控制電路。注意到所有的觸發(fā)器的 K 輸入端都等于 J 輸入端取反， JK 觸發(fā)器的邏輯表達式如下 : n+ 1 n nQ = J Q + K Q 在 K=！ Q時， JK 觸發(fā)器的輸出就是 J輸入端。please input a7 a6 a5 a4 a3 a2 a1 a0:39。)。 a4=a(4) 。 a0=a(8) 。(~a5)amp。(~a6)amp。(~((~a7)amp。 b=[b2 b1 b0]。 圖 53 8 線 3線編碼器輸出波形 圖 54 8 線 3線編碼器輸入波形 3 線 8 線譯碼器的設(shè)計及仿真 M 文件程序設(shè)計 建立一個新的 M文件，命名為 。 基于 Matlab 的邏輯電路設(shè)計與仿真 25 a2=a(1)。pllease input EI:39。a1amp。a1amp。(~a1)amp。(~a1)amp。a1amp。a1amp。(~a1)amp。(~a1)amp。 在 mand window 窗口中輸入 ，按 Enter 鍵后在彈出的語句后面輸入[1 1 1]，再按 Enter 鍵后輸入 EI 的值為 1，按 Enter 鍵后就會顯示數(shù)組的值為：0 1 1 1 1 1 1 1。 建立一個新的 M 文件，命名為 。 % 2 plot([,],[4,4]) 基于 Matlab 的邏輯電路設(shè)計與仿真 28 end if answer(3,3)==1 plot([6,6],[,]) end if answer(4,3)==1 plot([6,6],[,]) end if answer(5,3)==1 plot([,],[2,2]) end if answer(6,3)==1 plot([5,5],[,]) end if answer(7,3)==1 plot([5,5],[,]) end if answer(8,3)==1 plot([,],[3,3]) end if answer(2,4)==1。 % 6 plot([,],[4,4