Simulink对数字电路与或门的仿真

专业：电子信息科学与技术

组员：苏呈浩张帆刘凯宝亓帅兵

摘要：数字逻辑电路的逻辑验证是一件繁琐的工作，费时又费力。本文采用MATLAB附带的图形仿真工具Simulink实现了数字逻辑电路的仿真，简单方便，成本低。为数字逻辑电路的逻辑验证和实验教学提供了一种新的方法。

引言：

如何验证数字逻辑电路的设计是否正确？在一般情况下，工程师们采用面包板搭接电路，也有的设计成印刷电路板焊接完成后进行测试。前者往往由于接触不良而造成功能失常；后者则往往由于设计-焊接-调试的多次反复而花费大量的时间。随着大量可编程逻辑器件的使用，如何在最短的时间内、用最低的成本对数字逻辑电路进行最全面的功能验证已经成为了一个相当突出的问题。
　　MATLAB是1980年美国学者Cleve Moler等人推出的交互式仿真语言，已经受到控制界的广泛重视和大力欢迎，在控制领域得到了广泛应用^［1］。本文采用MATLAB附带的图形仿真工具Simulink进行数字逻辑电路的仿真，确保了电路的功能正确，大大缩短了设计周期，降低了成本。
　　MATLAB提供的图形界面仿真工具Simulink类似于集成电路实验箱，由一系列模块库组成。用户只要从模块库中拖放合适的模块,组合在一起即可实现系统的仿真，简单易学。Simulink提供的模块库有信号源库、输出模块库、线性模块库、非线性模块库、离散模块库、连接模块库以及其他模块库。用户可以根据需要混合使用各库中的模块来组合系统；也可以封装自己的模块，自定义模块库，从而实现全图形化仿真。

1.基本单元
　　在数字逻辑电路的设计中，最常用的输入信号是时钟信号Clock，最简单的输出设备是示波器，用以观察系统的输出。在Simulink的模块库中，前者在Extras库的Flip-Flops组中，可以改变时钟的周期，后者是Sinks库中的示波器Graph，可以改变信号幅度和时间的标尺。为了将多路信号输入一个示波器，可以使用Connections库中的多路开关Mux将多路信号集中后送到Graph中，这样，Graph就以不同的颜色显示各信号，这三种模块示于图1(a)中。为了避免多路信号重叠在一起，需要给每一路信号设置偏移，可以按图2封装成多路信号显示器N-line Graph。

             

2.仿真对象

运用与或门实现一个组合逻辑电路:有三个裁判，主裁判A,副裁判B,C只有当主裁判A与至少一个副裁判B，C判断通过时候,结果才成立即输出为1。否则输出为0。

3.列真值表：

假设裁判输出1为通过,0为否定.最终输出结果为F列下列真值表：

4.运用卡诺图化简得到逻辑表达式

化简得到逻辑表达式：F = AB+AC

5.用simulink开始仿真

步骤如下：

1）：打开matlab，输入命令simulink；

2）：在simulink中新建文件并保存；

3）：从simulink菜单中选出需要的器件：3个Pulse, 1个Mux, 1个Combinatorial Logic, 1个Scope

4）：设置参数：

       3个Pulse代表A,B，C是用来输出信号的根据上面真值表可知A的脉冲周期为8,高电平时间为4，高电平起始点设置为5，所以设置如图所示：

同理BC设置分别为：

然后设置Combinatorial Logic参数如图所示其中为F输出的真值表：

最后设置示波器让其接收多个参数：

1、双击scope图标

2、在弹出的窗口中，单击菜单栏第二个图标Parameters（在打印图标的左边）

3、在弹出的窗口中，修改General选项卡中的Number of axes，例如，将1修改为4，则确认后出现四路输入信号

5）关键的一步：将仿真参数中的Implement logic signals as boolen data 勾掉避免数据不匹配

4）按照下图连接电路：

6.运行电路观察示波器的结果

如下图所示,信号从1开始输出.得到和真值表一样的结果

7.总结
　　采用MATLAB附带的图形仿真工具Simulink实现了数字逻辑电路的仿真,对matlab有了进一步的了解。

第二篇：PCM编码Simulink仿真实验报告

PCM编码Simulink仿真实验报告

一、实验目的

1、掌握Simulink仿真的基本过程和方法；

2、理解和掌握PCM编码的原理和方法。

二、实验原理

在PCM中，对模拟信号进行抽样、量化，将量化的信号电平值转化为对应的二进制码组的过程称为编码，其逆过程称为译码或解码。在PCM中使用的是折叠二进制码。

从理论上看，任何一个可逆的二进制码组均可用于PCM。目前最常见的二进制码组有三类：二进制自然码（NBC）、折叠二进制码组（FBC）、格雷二进制码（RBC）。如果把16个量化级分成两部分：0～7的8个量化级对于于负极性样值，8～15的8个量化级对应于正极性样值。自然二进制码就是一般的十进制正整数的二进制表示。在折叠码中，左边第一位表示正负号（信号极性），第二位开始至最后一位表示信号幅度。第一位用1表示正，用0表示负。绝对值相同的折叠码，其码组除第一位外都相同，并且相对于零电平（第7电平和第8电平之间）呈对称折叠关系，因此这种码组形象地称为折叠码。格雷码的特点是任何相邻电平的码组，只有一位码发生变化。

在A律13折线编码中，正负方向共16个段落，在每一个段落内有16个均匀分布的量化电平，因此总的量化电平数L=256。编码位数N=8，每个样值用8比特代码来表示，分为三部分。第一位C1为极性码，用1和0分别表示信号的正、负极性。第二到第四位码C2C3C4为段落码，表示信号绝对值处于那个段落，3位码可表示8个段落，代表了8个段落的起始电平值。上述编码方法是把非线性压缩、均匀量化、编码结合为一体的方法。在上述方法中，虽然各段内的16个量化级是均匀的，但因段落长度不等，故不同段落间的量化间隔是不同的。当输入信号小时，段落小，量化级间隔小；当输入信号大时，段落大，量化级间隔大。第一、二段最短，归一化长度为1/128，再将它等分16段，每一小段长度为1/2048，这就是最小的量化级间隔。根据13折线的定义，以最小的量化级间隔为最小计量单位，可以计算出A律13折线每个量化段的电平范围、起始电平、段内码对应电平、各段落内量化间隔i。

三、实验内容

设计一个13折线近似的PCM编码器模型，使它能够对取值在[-1,1]内的归一化信号样值进行编码，并能进行解码。

四、实验结果及分析

（一）PCM编码

测试模型和仿真结果如图1所示。

图1 A律13折线近似的PCM编码器测试模型和仿真结果

图2 A律13段折线PCM编码器

其中Saturation作为限幅器，将输入信号幅度值限制在PCM编码的定义范围内，Relay模块的门限设置为0，其输出即可作为PCM编码输出的最高位---极性码。样值取绝对值后，以Lookup Table模块进行13折线压缩，并用增益模块将样值范围放大到0～127，然后用间距为1的Quantizer进行四舍五入取整，最后将整数编码为7位二进制序列，作为PCM编码的低7位。

分析：PCM编码模块是利用13折线压缩进行的编码，运用增益模块和Quantizer进行取整，最后将整数编码为7位二进制序列，作为PCM编码的低7位，而Relay的输出作为编码的高位，所以进行模块整合后，正好输出8位，constant参数设置不同，编码结果就会不同。

(二)PCM解码

设计并测试一个对应于以上编码器的PCM解码器。测试模型和仿真结果如图3所示。

图3 A律13折线近似的PCM解码器测试模型和仿真结果

图4 A律13段折线PCM解码器

PCM解码器中首先分离并进行数据中的最高位（极性码）和7位数据，然后将7位数据转换为整数值，再进行归一化、扩张后与双极性的极性码相乘得出解码值。

分析：PCM解码是编码的逆过程，所以在模块中要加入编码好的子模块，解码器首先分离最高位和7位数据，再将7位数据进行归一化、扩张等得出解码值。