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《数字电路虚拟实验系统中虚拟器件的设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、MicrocomputerApplicationsVol.17,No.3,2001研究与设计微型电脑应用2001年第17卷第3期数字电路虚拟实验系统中虚拟器件的设计姜蕊辉①摘要虚拟实验系统中,虚拟器件的设计是整个系统出波形完全正确。用类似的方法可对其他触发器重新封装。设计的难点和关键所在。本文介绍应用Simulink设计虚拟器件的一些方法和技巧。关键词SimulinkMATLAB虚拟器件一、引言我们设计的数字电路虚拟实验系统为数字电路的实验教学开辟了一种新的途径,在该系统中,我们为用户提供了数字电路所需的各种虚拟仪表和器件,如何设计这些虚拟器
2、件是该系统的关键所在。图1Simulink库中D触发器组成的电路及输出波形Simulink是MATLAB提供的一个图形介面仿真工具。近几年,在学术界和工业领域,Simulink己成为在动态系统建[1][2]模和仿真方面应用得最为广泛的软件包之一。Simulink的模块库为用户提供了多种多样的功能模块,这是一笔丰富的资源,用这些基本模块可以设计出许多种类的器件。本文介绍应用Simulink设计和封装“数学电路虚拟实验系统”所需的各种虚拟器件的一些经验和技巧。图2正确的输出波形二、集成电路的设计1.触发器的改装触发器是组成时序逻辑电路的基本单元电
3、路。Simulink3.0版本为我们提供了一些触发器,包括边沿触发的J、K触发器和D触发器。但用其组成某些电路时,发现其输出图3Simulink库中D触发器内部结构波形与理论分析结果及我们用实际集成元件组成的电路的输出波形不相符。例如:用Simulink提供的上升沿触发的D触发器组成图1(a)所示电路,其输出波形如图1(b),而正确的输出波形应如图2所示。对该D触发器进行剖析,其内部结构如图3所示。由图3可见,其Q端与D端直接连通,因此,Q端输出为触发信号到达时的D端输入,且该触发器清零信号需在触发信号到达后才有效。而我们平时所用上升沿触发的
4、D触发器Q端输出的应是触发信号上升沿前一瞬间D端的图4改装后的D触发器内部结构输入信号,清零信号也不应受时钟信号的控制。2.采用S-Function完成复杂电路的设计我们对该触发器内部结构进行修改,修改后的内部结构许多集成电路的内部电路非常复杂,尽管它们都可以用如图4所示。用修改后的D触发器组成图1(a)所示电路,输①姜蕊辉湖南轻工业高等专科学校讲师长沙410015·38·MicrocomputerApplicationsVol.17,No.3,2001研究与设计微型电脑应用2001年第17卷第3期Simulink给我们提供的基本模块组成,但
5、由于电路复杂,设计工作量很大,稍不小心,极易出现设计错误。S2Function可以说是Simulink的精华,熟练地运用S2Function使我们可以用MATLAB语言设计出具有非常复杂内部结构的集成电路,并达到事半功倍的效果。MATLAB5.X还为我们提供了一个S2Function程序书写模板,它位于toolboxøsimulinkøblocks目录下,文件名为sfuntmp1.m,这又使得S2Function程序的编写工作大为简化。例如:74LS148为8线—3线优先权编码器,[3]图574LS148内部结构图其内部电路见图5,显然它可以
6、用门电路拼装而成,但拼装起来非常麻烦,采用S2Function后可使设计工作大为简化,具体作法如下:(1)改写sfuntmp1.m文件①修改mdlInitializeSize子程序,将语句sizes.NumOutputs=0sizes.NumInputs=0;改为:sizes.NumOutputs=5;sizes.NumInputs=11;其余语句不变。②修改md1Outputs(t,x,u)子程序,去掉原程中sys=[图6模块74LS148内部封装图]行,插入下列程序段。3.集成电路某些物理功能的模拟Functionsys=md1Outpu
7、ts(t,x,u)我们所使用的集成电路不仅有着不同的逻辑功能,而且C=[00010;00110;01010;01110;⋯还有不同的物理特性,TTL电路就有OC门、三态门。我们也10010;10110;11010;11110];可对这些物理特性进行模拟。a=u(2:9);(1)OC门的模拟ifu(1)>=1;OC门即集电极开路的门电路,必须外接上拉电阻才能正sys=[11111];常工作。我们以集电极开路的与非门介绍OC门的模拟。elseifall(a);①从Simulink模块库中拖出Logical2Operator、Switch、sys=
8、[11101];Constant、Sum等模块按图7(a)连接,封装后如图7(b)所示,elseA、B为与非门的输入端,!Y为输出端,OC端用于外接上拉i=find
