基于MATLAB的時序邏輯電路設計與仿真設計

1、課程設計任務書學生：田鑫 專業(yè)班級：電子科學與技術 0703 班指導教師:鐘毅 工作單位：信息工程學院題目: 基于MATLAB的時序邏輯電路設計與仿真初始條件：MATLAB 軟件 微機要求完成的主要任務:深入研究和掌握數(shù)字電路中時序邏輯電路的理論知識。利用MATLAB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)時序邏輯電路的設計和仿真。一、以寄存器為例仿真下列波形并行寄存器輸出波形（以基本RS觸發(fā)器構造）；移位寄存器輸出波形（用D觸發(fā)器構造）二、以雙向移位寄存器為例實現(xiàn)子系統(tǒng)的設計和封裝并仿真下列波形4位雙向移位寄存器并行輸出波形；4位雙向移位寄存器串行右移輸出波形；4位雙向移位寄存器

2、串行左移輸出波形三、以扭環(huán)計數(shù)器為例仿真下列波形扭環(huán)計數(shù)器的輸出波形（以JK觸發(fā)器實現(xiàn)）時間安排：學習MATLAB語言的概況 第1天學習MATLAB語言的基本知識 第2、3天學習MATLAB語言的應用環(huán)境，調(diào)試命令，繪圖能力 第4、5天課程設計 第6-9天答辯 第10天指導教師簽名：年月日系主任（或責任教師）簽名： 年月日30 / 34目 錄摘要IAbstractII緒論11 MATLAB簡介21.1 MATLAB21.2 MATLAB的特點21.3 MATLAB的程序設計21.4 M文件31.5 SIMULINK仿真設計31.5.1創(chuàng)建和使用模型31.5.2選擇和定制模塊31.5.3建立和編

3、輯模型41.5.4配置子系統(tǒng)41.5.5條件執(zhí)行子系統(tǒng)52 時序邏輯電路設計52.1 鎖存器和觸發(fā)器52.1.1 雙穩(wěn)態(tài)52.1.2 鎖存器52.1.3 觸發(fā)器62.2 時序邏輯電路設計82.2.1 移位寄存器82.2.2 扭環(huán)計數(shù)器93 基于MATLAB的組合邏輯電路設計123.1以寄存器仿真波形123.1.1并寄存器的設計123.1.2移位寄存器的設計153.2以雙向移位寄存器實現(xiàn)子系統(tǒng)的設計和封裝仿真波形183.3以扭環(huán)計數(shù)器為例仿真下列波形264 收獲、體會與建議285致296參考文獻30摘要MATLAB是當今最優(yōu)秀的科技應用軟件之一，具有強大的科學計算與可視化功能、簡單易用、開放式可

4、擴展環(huán)境。本文介紹了時序邏輯電路的MATLAB設計和仿真，在這種電路中，任意時刻的輸出信號不但取決于當時的輸入信號，還取決于電路當時的狀態(tài)，或者說，還與以前的輸入有關。具備這種邏輯功能特點的電路叫做時序邏輯電路。時序邏輯電路中需要將某一時刻的電路狀態(tài)進行存儲，利用觸發(fā)器組成寄存器和計數(shù)器。在時序邏輯電路的仿真的過程中，將使用到SIMULINK中的觸發(fā)器模塊。同時也介紹了仿真中的子系統(tǒng)的設計和封裝，進一步介紹MATLAB強大的數(shù)字處理功能。關鍵詞: 觸發(fā)器，寄存器，計數(shù)器，仿真，封裝AbstractToday is the most outstanding of MATLAB software

5、technology application, strong scientific computing and visual function, easy-to-use, open extensible environment. The paper introduces the hardwave circuit design and simulation of MATLAB, in this circuit, arbitrary moment not only depend on the output signal was still depends on the input signal,

6、and then the state, or circuit, and the relevant input before. Have this kind of logic function characteristics of the circuit is called the hardwave circuit. The hardwave circuit in a moment to store, the circuit state USES triggers composition registers and counter. In the hardwave circuit simulat

7、ion process, will use the trigger module to SIMULINK. Also introduces the design and simulation of MATLAB, further introduced digital processing function of.Keywords: flip-flop, register, counter, simulation, encapsulation緒論MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學軟件。它在數(shù)學類科技應用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。MATLAB可以進行矩陣運算、繪制函

8、數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應用于工程計算、控制設計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設計與分析等領域。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完成一樣的事情簡捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點,使MATLAB成為一個強大的數(shù)學軟件。在新的版本中也加入了對C，F(xiàn)ORTRAN，C+ ，JAVA的支持?？梢灾苯诱{(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些

9、經(jīng)典的程序，用戶可以直接進行下載就可以用。1 MATLAB簡介1.1 MATLABMATLAB是矩陣實驗室（Matrix Laboratory）的簡稱，是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以與數(shù)值計算的高級技術計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。MATLAB 的應用圍非常廣，包括信號和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設計、測試和測量、財務建模和分析以與計算生物學等眾多應用領域。附加的工具箱（單獨提供的專用 MATLAB 函數(shù)集）擴展了 MATLAB 環(huán)境，以解決這些應用領域特定類型的問題。1.2 MATLAB的特點MATL

10、AB是當今最優(yōu)秀的科技應用軟件之一，它以強大的科學計算與可視化功能、簡單易用、開放式可擴展環(huán)境，特別是所附帶的30多種面向不同領域的工具箱支持，使得它在許多科學領域中成為計算機輔助設計和分析、算法研究和應用開發(fā)的基本工具和首選平臺。MATLAB具有其他高級語言難以比擬的一些優(yōu)點，編寫簡單，編程效率高，易學易懂，因此MATLAB語言也被通俗地稱為演算紙式的科學算法語言。在控制、通信、信號處理與科學計算等領域中，MATLAB都被廣泛地應用，已經(jīng)被認可為能夠有效提高工作效率、改善設計手段的工具軟件，掌握了MATLAB就好比掌握了開啟這些專業(yè)領域大門的鑰匙。1.3 MATLAB的程序設計（1）行命令方

11、式行命令方式是在命令窗中寫程序，每個程序只能是一行，因為計算機每次只能對一行命令做出反應，就像計算器那樣工作。行命令方式適合于簡單的語句編寫。（2）程序文本方式程序文本方式也叫程序文件模式，它是把多行語句寫成一個程序，保存在一個文件名下，讓計算機來執(zhí)行這個文件。程序文本方式的語句編寫和修改是在文本編輯器中進行，它適合于復雜的語句編寫1.4 M文件m文件的語法類似于c語言，但又有其自身特點。它只是一個簡單的ASCII碼文本文件，執(zhí)行程序時逐行解釋運行程序，matlab是解釋性的編程語言。m文件有兩類：獨立的m文件 稱命令文件；可調(diào)用m文件 稱函數(shù)文件。程序文本方式分成腳本文件和函數(shù)文件。1.5

12、SIMULINK仿真設計Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標操作，就可構造出復雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應面廣、結構和流程清晰與仿真精細、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點Simulink已被廣泛應用于控制理論和數(shù)字信號處理的復雜仿真和設計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應用于或被要求應用于Simulink。1.5.1創(chuàng)建和使用模型通過Simulink可使用大量的預定義模塊快速地推導、建模和維護系統(tǒng)詳細的模塊圖。Simulink提供層次化建模、數(shù)據(jù)管理、定制子系

13、統(tǒng)工具，無論工程師的系統(tǒng)有多復雜，都可以輕松完成簡明精確的模型描述.1.5.2選擇和定制模塊Simulink包含廣泛的用于對系統(tǒng)建模的模塊庫。這些庫包括:§ a. 連續(xù)和離散動態(tài)模塊，如Integration和Unit Delay § b. 算法模塊，如Sum, Product, Lookup Table § c. 信號結構模塊，如 Mux, Switch, Bus Selector 可定制這些聯(lián)的模塊或直接在Simulink中創(chuàng)建新的模塊然后將其放置到自己的庫中.額外的模塊庫擴展了Simulink的特殊應用功能，如對航空航天、通訊、無線電頻率、信號處理、視頻和圖

14、像處理和其他領域的應用.啟動Simulink時可以在工具欄點擊；同樣也可以在MATLAB命令窗口中輸入Simulink，結果是在桌面上出現(xiàn)一個稱為Simulink Library Browser的窗口，在這個窗口中列出了按功能分類的各種模塊的名稱；同樣也可以通過單擊MATLAB主窗口菜單選擇File®New®Model，彈出一個Untitled的Simulink模型窗口，再選擇View ®Show Library Browser，彈出Simulink Library Brower模塊庫窗口。圖1.1所示為Simulink Library Brower窗口。圖1.1

15、 Simulink Library Brower窗口1.5.3建立和編輯模型Simulink在使用時，從Library Browser中拖放模塊到圖形編輯器、然后用線連接模塊來建立模塊之間的數(shù)學關系，從而完成模型的建立，同時可以通過使用圖形編輯功能來對模型布局，如拷貝、粘貼、撤銷、對齊、分布和改變尺寸等.Simulink user interface使得在屏幕上的所見所用都可以得到全面控制。用戶可以添加指令和子菜單到編輯器和文件菜單中，也可以對菜單、菜單項和對話框進行禁用和隱藏等控制.1.5.4配置子系統(tǒng)Simulink中的配置子系統(tǒng)可以在一個模型中將子系統(tǒng)與設計變量相關聯(lián)，該功能通過共享部件

16、設計方式簡化了設計過程和管理，因為一個模型可以代表一類設計.1.5.5條件執(zhí)行子系統(tǒng)條件執(zhí)行子系統(tǒng)可以通過控制邏輯信號的使能或非使能來改變系統(tǒng)的動態(tài)行為。在Simulink中用戶可以根據(jù)特定的時間或事件來創(chuàng)建控制信號，使得子系統(tǒng)以使能或觸發(fā)的模式來執(zhí)行.同時，Simulink中提供了邏輯模塊，可用于對簡單的控制指令來建模，從而控制使能或觸發(fā)子系統(tǒng)。2 時序邏輯電路設計時序邏輯電路在任一時刻的輸出信號不僅與當時的輸入信號有關，并且與原來狀態(tài)有關。也就是說，時序電路中具有邏輯運算功能的組合電路外，還必須有能夠記憶電路狀態(tài)的存儲單元或延遲單元，這些存儲或延遲邏輯單元主要由鎖存器或觸發(fā)器來實現(xiàn)。時序電

17、路是狀態(tài)以來的，成為狀態(tài)機，時序邏輯電路具有以下特征：時序邏輯電路由組合電路和存儲電路組成；時序邏輯電路的狀態(tài)與時間因素相關，即時序電路在任一時刻的狀態(tài)變量不僅是當前的輸入信號的函數(shù)，而且還是電路以前狀態(tài)的函數(shù)，時序電路的輸出信號由輸入信號和電路的狀態(tài)共同決定。2.1 鎖存器和觸發(fā)器2.1.1 雙穩(wěn)態(tài)雙穩(wěn)態(tài)電路一般有一個輸出端和兩個輸入端（“”、“”端各一個），當輸入端的“”端有觸發(fā)信號時，輸出端不管原來是什么狀態(tài)，都會立即變?yōu)楦唠娖?，且一直穩(wěn)定地輸出高電平。如果當輸入端的“”端有觸發(fā)信號時，輸出端不管原來是什么狀態(tài)，都會立即變?yōu)榈碗娖?，且一直穩(wěn)定地輸出低電平。2.1.2 鎖存器鎖存器是一種對

18、脈沖電平敏感的存儲單元電路，它們可以在特定輸入脈沖電平作用下改變狀態(tài)。輸出端的狀態(tài)不會隨輸入端的狀態(tài)變化而變化，只有在有鎖存信號時輸入的狀態(tài)被保存到輸出，直到下一個鎖存信號。通常只有0和1兩個值。圖2.1為RS基本鎖存器，表2.1為其真值表。表2.1 SR基本鎖存器真值表SR狀態(tài)00維持01Q=010Q=111Q=!Q=0圖2.1 基本SR鎖存器2.1.3 觸發(fā)器觸發(fā)器（Flip Flop）是一種可以存儲電路狀態(tài)的電子元件。最簡單的是由兩個或非門，兩個輸入端和兩個輸出端組成的RS觸發(fā)器（見圖）。復雜一些的有帶時鐘（CLK）段和D（Data）端，在CLK端為高電平時跟隨D端狀態(tài)，而在CLK端變?yōu)?/p>

19、低電平的瞬間鎖存信號的D觸發(fā)器。更常用的是兩個簡單D觸發(fā)器級聯(lián)而成的在時鐘下跳沿所存信號的邊緣D觸發(fā)器，廣泛應用于計數(shù)器、運算器、存儲器等電子部件。常見的還有JK觸發(fā)器和T觸發(fā)器。1. SR觸發(fā)器SR觸發(fā)器基本表示與狀態(tài)圖和真值表見下。 圖2.2 SR觸發(fā)器邏輯符號 圖2.3 SR觸發(fā)器狀態(tài)圖表2.2 SR觸發(fā)器真值表SRCPQnQn+1000000110100011010011011，這是SR觸發(fā)器滿足的基本條件。2. D觸發(fā)器D觸發(fā)器基本表示與狀態(tài)圖和真值表見下。其中。圖2.4 D觸發(fā)器邏輯符號 圖2.5 D觸發(fā)器狀態(tài)圖 表2.3 D觸發(fā)器真值表DQnQn+10000101011113.

20、JK觸發(fā)器JK觸發(fā)器基本表示與狀態(tài)圖和真值表見下。 圖2.6 JK觸發(fā)器邏輯符號 圖2.7 JK觸發(fā)器狀態(tài)圖表2.4 JK觸發(fā)器真值表JKCPQnQn+1000000110100011010011011110111102.2 時序邏輯電路設計2.2.1 移位寄存器移位寄存器：不但可以寄存數(shù)碼，在移位脈沖作用下，寄存器中的數(shù)碼還可根據(jù)需要向左或向右移動。1基本（單向）移位寄存器（1）右移寄存器（D觸發(fā)器組成的4位右移寄存器）結構特點：左邊觸發(fā)器的輸出端接右鄰觸發(fā)器的輸入端。 圖2.8 右移寄存器邏輯圖圖2.9 右移寄存器狀態(tài)圖2. 雙向移位寄存器將右移寄存器和左移寄存器組合起來，并引入一控制端S

21、便構成既可左移又可右移的雙向移位寄存器。圖2.10 雙向移位寄存器邏輯圖2.2.2 扭環(huán)計數(shù)器扭環(huán)計數(shù)器可以進一步提高電路狀態(tài)的利用率，圖2.11所示扭環(huán)計數(shù)器，有效循環(huán)中的狀態(tài)數(shù)提高至8個，但電路仍無法自啟動。圖2.11 基本扭環(huán)計數(shù)器圖2.12是可以自啟動的扭環(huán)計數(shù)器，電路工作原理如下。圖2.12 改進型扭環(huán)計數(shù)器（1）寫方程式。驅(qū)動方程：將驅(qū)動方程代入D觸發(fā)器的特性方程，得到扭環(huán)計數(shù)器的狀態(tài)方程。狀態(tài)方程：（2）列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。設扭環(huán)計數(shù)器現(xiàn)態(tài)=0000，代入狀態(tài)方程進行推導，得表2.5所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表。表2.5 環(huán)形計數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表計數(shù)脈沖 序號現(xiàn)態(tài)次態(tài)100

22、0000012000100113001101114011111115111111106111011007110010008100000009001000011001001001110101101112011011011310010010141010000015101101101611011010根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，見圖2.13。圖2.13 改進型扭環(huán)計數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（3）檢查電路自啟動能力。經(jīng)檢查，該電路能夠自啟動。（4）畫出電路時序圖，見圖2.14。圖2.14 改進型扭環(huán)計數(shù)器時序圖（5）電路邏輯功能說明。由以上分析，4位扭環(huán)計數(shù)器有效循環(huán)有8種狀態(tài)，可計8個數(shù)。扭環(huán)計數(shù)器的

23、優(yōu)點是每次狀態(tài)變化只有一個觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，譯碼器不存在競爭冒險現(xiàn)象，電路比較簡單。缺點是電路狀態(tài)利用率仍然不高。3 基于MATLAB的組合邏輯電路設計3.1以寄存器仿真波形3.1.1并寄存器的設計這個設計中使用基本RS觸發(fā)器構造一個2為并行寄存器。所謂并行寄存器就是能夠同時存儲幾個數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)的寄存器。（1） RS觸發(fā)器功能介紹SIMULINK中提供了基本RS觸發(fā)器模塊。首先運行MATLAB中運行Simulink,然后新建一個模型，將RS觸發(fā)器的模塊添加到模型中，RS觸發(fā)器位置是：Simulink Extras-Flip Flops-S-R Flip-Flop.如圖3.1所示。然后在這個模塊上右擊鼠

24、標，單擊彈出菜單中的“Look Under Mask”（查看下封裝下的電路）命令，可以看到這個模塊部電路，如圖3.1所示。設計一個2位并行寄存器需要兩個RS觸發(fā)器，而且需要這個寄存器下在一個始終的激勵下，先從輸入端讀入數(shù)據(jù)，并存儲一段時間，然后在下個周期將信號輸出，同時讀入新的信號。這將需要將時鐘源信號作為輸入信號的控制端，同時由于輸入信號RS不能同時為1，所以最好將它們通過一個非門聯(lián)系起來，使得它們永遠分開為高定平。 圖3.1 RS觸發(fā)器模塊與部電路（2） 用基本RS觸發(fā)器構造并行寄存器第一步：添加模塊有五個模塊。RS觸發(fā)器，Simulink ExtrasFlip FlopsS-R Flip

25、-Flop.；時鐘源，Simulink ExtrasFlip FlopsClock；脈沖源，SimulinkSourcesPulse Generator; 邏輯運算模塊，SimulinkMath OperationsLogical Operator; SimulinkSinkScope.將它們?nèi)客先胍粋€新建模型中。第二步：修改模塊參數(shù)首先我們雙擊RS觸發(fā)器模塊，將會看到如圖3.2所示的對話框。在對話框里只有一個參數(shù)填寫，就是觸發(fā)器的初始狀態(tài)，即Q端的初始值，默認值0。復制兩個。雙擊時鐘源，將會看到圖3.3所示對話框。填寫參數(shù)時鐘周期，采用默認值2。接著講邏輯運算模塊復制4個，通過雙擊模塊將這

26、4個設置為2輸入與非門。圖3.2 RS觸發(fā)器參數(shù)設置 圖3.3 時鐘源參數(shù)設置將脈沖源的Pulse Type選擇Sample based。將表3.1容填入圖3.4所示的對話框中。表 3.1 并行寄存器脈沖源參數(shù)設置D0D1幅度11周期33脈寬11延遲相位00抽樣時間10.25圖3.4 脈沖源參數(shù)設置 最后將示波器輸入端口該為5個，完成參數(shù)設計。第三步：連線與仿真將各模塊擺放合適，參照圖3.5連線。示波器分別件事時鐘源，兩個脈沖模型和兩個觸發(fā)器的輸出信號。完成連線，將示波器上的線通過雙擊進行標注。最后將整個模型保存在MATLAB的work的子目錄下。仿真時間默認為10秒，單擊工具欄上圖標，開始仿

27、真。最后雙擊示波器觀察輸出波形，如圖3.6所示。圖3.5 2位并行寄存器電路圖圖3.6 并行寄存器輸出從波形看出，在時鐘源位于低電平時，觸發(fā)器輸出維持它在時鐘下跳前的值，對于D1D0輸入的變化沒有改變，而當時鐘源位于高電平時，輸入的信號全部送入輸出端，這是一個不穩(wěn)定的因素，也是電平觸發(fā)的觸發(fā)器的一個缺點。而且發(fā)現(xiàn)兩個觸發(fā)器完全獨立工作，互不影響，這就是并行的特點。3.1.2移位寄存器的設計在這個設計中，將使用另一種觸發(fā)器，D觸發(fā)器，來實現(xiàn)移位寄存器。所謂移位寄存器就是只能接收一個輸入源的寄存器，它將這個輸入依次通過寄存器堆進行緩存。（1） D觸發(fā)器功能介紹在上面的介紹中已講過D觸發(fā)器的功能與其

28、真值表，在這就不多概述。（2） 用D觸發(fā)器構造移位寄存器第一步：添加模塊方法同上，分別找到6個模塊，D觸發(fā)器，時鐘源，單位延遲單元，常數(shù)源，脈沖源，示波器。運行Simulink，將這些模塊拖入新建模型中。第二步：修改模塊參數(shù)D觸發(fā)器復制4個即可，時鐘源依然默認2即可，雙擊單位延時模塊，可以看到對話框，修改參數(shù)初始值為1，抽樣時間改為0.1，復制這個單元3個。脈沖源設置幅度為1，周期為3，脈寬為1，相位延遲為0，采樣時間為0.3。然后將這個脈沖命名為INPUT。常數(shù)源設置為1，最后將示波器輸入端設置為6個。第三步：連線與仿真將各模塊擺放整齊，參照圖3.7連線。然后同樣保存好。單擊Simulink

29、菜單下的Parameters命令，將仿真時間設為20秒，單擊工具欄中的運行圖標，開始仿真。然后雙擊示波器觀察波形，如圖3.8所示。圖3.7 4位移位寄存器圖3.8 移位寄存器輸出波形由圖看出在時鐘信號上升沿，各個觸發(fā)器的輸出端才會變化。而且四個觸發(fā)器的輸出一次延時一個周期，這個分析一致。3.2以雙向移位寄存器實現(xiàn)子系統(tǒng)的設計和封裝仿真波形這個設計以基本RS觸發(fā)器為基礎，一步步完成比較大的系統(tǒng)，四位雙向移位寄存器T4194，并介紹子系統(tǒng)的封裝，最后完成頂層文件。首先介紹T4194的功能，它能夠提供串行寄存器和移位寄存器兩種功能。器部是沿觸發(fā)的RS觸發(fā)器。（1）帶職位復位的RS觸發(fā)器設計首先要改裝

30、RS觸發(fā)器，使其具有置位和復位端，加強其功能。得到帶置位復位端的RS觸發(fā)器如圖3.9所示。下面簡述一下此過程。圖3.9 帶置位端的下降沿觸發(fā)的RS觸發(fā)器首先啟動Simulink，然后將一個子系統(tǒng)(SimulinkPorts & SubsystemsTriggered Subsystem)添加到一個新建模型中。然后雙擊打開這個子系統(tǒng)，將RS觸發(fā)器添加一個到其中。然后再加入兩個邏輯運算模塊，都改為二輸入與門然后再加入4個輸入端口，和2個輸出端口，分別命名為置位端IRs，復位端IRd，然后按圖3.9連接各自重新命名。這將RS觸發(fā)器加上置位端和復位端。并且雙擊 Trigger 將Trigger

31、 Type改為falling。（2） 四位雙向移位寄存器子系統(tǒng)的設計和封裝第一步：T4194電路設計T4194有十個輸入端口，4個輸出端口。其中三個是控制信號（S0、S1、Rd），一個時鐘信號（CLK），還有兩個串行輸入端口（Leftin、Rightin），4個必行輸入端口（D3D0）?？刂贫藢4194工作狀態(tài)的控制如表3.2所示。表3.2 T4194工作狀態(tài)RdS1S0工作狀態(tài)0*清零100保持101右移110左移111并行輸入這個系統(tǒng)由4個下降沿觸發(fā)的RS觸發(fā)器構成。同時需要其他邏輯功能非常多，最后實現(xiàn)如圖3.10的T4194部電路。圖3.10 T4194部電路分別將每個RS觸發(fā)器雙擊設

32、置初始值依次為Q0、Q1、Q2、Q3。然后按照圖3.10所示將電路連接完成，圈器電路，然后單擊“EDIT”菜單下的“Creat Subsystem”命令，生成一個子系統(tǒng)，并命名為T4194，就可以生成T4194子系統(tǒng)的設計。然后保存。第二步：封裝子系統(tǒng)首先單擊T4194子系統(tǒng)，然后再“EDIT”菜單下選擇”Mask Subsystem”命令，只是出現(xiàn)對話框：MASK EDITOR。如圖3.11所示，將這個對話框設置好。圖3.11 Mask Editor 中Icon設置圖3.12 Mask Editor 中Parameters設置首先設置Icon頁，左側Icon options 下有四個欄目，依

33、次設置為Visible、Transparent、Fixed、Autoscale。在右側的Drawing commands中填寫如下命令：disp(雙向移位寄存器nn) disp (T1194)其中“n”是使用回車的命令。然后設置Parameters頁，單擊ADD，添加一個新的容，在Prompt欄下填入“觸發(fā)器F0初始狀態(tài)”，然后在Variable欄填入“Q0”。然后依次按圖填入如圖3.12所示4個容，其他則不需改動。最后設置Documentation頁，在Mask Type項填寫T4194；在Mask description下填入“這個模塊是雙向移位寄存器（T4194），既可以進行雙向移位，又

34、可以串行輸入輸出?！痹贛ask help下填入如下容：Dd用于將所有輸出清零，低電平有效；S1S0=00時，所有輸出保持原有值；S1S0=01時，處于數(shù)據(jù)右移的狀態(tài)，將RIGHTIN右移；S1S0=10時，處于數(shù)據(jù)左移的狀態(tài)，將LEFTIN左移；S1S0=11時，處于數(shù)據(jù)并行輸出狀態(tài)，將D3D2D1D0并行輸出。就完成了對最后一頁的設置如圖3.13所示。圖3.13 Mask Editor 中Documentation設置然后單擊“OK”就可以完成封裝后的模塊了。然后雙擊該模塊出現(xiàn)如圖3.14所示的對話框。圖3.14 封裝后模塊的對話框單擊“Help”出現(xiàn)幫助容。如圖3.15所示。圖3.15 封

35、裝后模塊Help窗口（3） 完成仿真電路并進行仿真在完成T4194模塊封裝后，我們設置下外圍電路，如圖3.16所示。添加入6個脈沖源，一個時鐘源，然后加入示波器，改為5輸入。顯示4個輸出信號和時鐘波形。圖3.16 雙向移位寄存器頂層圖各個脈沖源參數(shù)設置參照表3.3.表3.3 T4194的脈沖參數(shù)設置D0D1D2D3LEFTINRIGHTIN幅度111111周期345253脈寬131131相位延遲000000抽樣時間0.30.30.60.60.150.4最后根據(jù)開關的狀態(tài)，分別決定T4194工作狀態(tài)。通過開關將S1S0設置成11，然后點擊工具欄運行，開始仿真?？梢钥吹讲⑿休敵龅牟ㄐ?，任意圖3.1

36、7所示；置成01，觀察右移的波形，如圖3.18所示；置成10，觀察右移的波形，如圖3.19所示。從波形看到T4194實現(xiàn)的各種功能。圖3.17 T4194并行輸出波形圖3.18 T4194串行右移輸出波形圖3.19 T4194串行左移輸出波形3.3以扭環(huán)計數(shù)器為例仿真下列波形設計扭環(huán)計數(shù)器部電路和封裝扭環(huán)計數(shù)器部電路如圖3.20所示。圖3.20 扭環(huán)計數(shù)器部電路先運行Simulink，然后新建一模型，添加一個子系統(tǒng)，然后雙擊打開該模塊，將圖3.20繪入其中。下面進行參數(shù)設置。四個觸發(fā)器初始值設置為Q3、Q2、Q1、Q0。相應的單位延時模塊也同它連接的Q端一致。然后單擊頂層文件進行封裝。按照前邊的步驟即可，設置完成后，雙擊這個模塊，可以看到圖3.21所示容，設置其出示值，設置為0100即可，輸入時應輸入0,1,1,0。圖3.21 扭環(huán)計數(shù)器封裝后的對話框然后在做頂層文件的設計，添加增益、相加器、仿真時間和平面圖模塊。這樣可以用十進制的方式觀察輸出。再加入時鐘源即可。進行參數(shù)設置，時鐘源周期外圍1，平面模塊的橫坐標圍設為-1到31，縱坐標設置為-1到16。然后單擊Parameters命令，將仿真時間改到30秒。保存文件。然后單擊運行。觀察波形，如圖3.22所示。圖3.22 扭環(huán)計數(shù)器的輸出4 收獲、體會與建議通過這次課設，我認識到了MATLAB