2007年第6期
文章编号:100622475(2007)0620101202
计算机与现代化JISUANJIYUXIANDAIHUA
总第142期
MATLAB在数字电路中的应用
熊建平
(深圳职业技术学院工业中心,广东深圳518055)
摘要:在数字电路教学中,运用MATLAB仿真软件,进行理论与仿真验证相结合,将更好地帮助学生理解和掌握数字电路
理论,为提高学生的实际操作能力打好基础。关键词:MATLAB;仿真;数字电路
中图分类号:TP311 文献标识码:A
ApplicationofMATLABinDigitalLogicCircuit
XIONGJian2ping
(IndustrialTrainingCenter,ShenzhenPolytechnic,Shenzhen518055,China)
Abstract:ThispaperdiscussestheapplicationofsoftwareMATLABtothedigitallogiccircuit.Theeffectindicatesthatitisthe
suitablewaybycombiningthetheoreticalteachingwiththesimulationexperiment.Therefore,studentscanclearlyunderstandandmasterthetheoryofdigitalcircuit,andincreasetheirinterestinstudy.Keywords:MATLAB;simulation;digitalcircuit
0 引 言
MATLAB是美国Mathworks公司开发的适合于工程各领域分析设计与复杂计算的软件。Simulink仿真工具包是MATLAB的一个附加组件,是实现动态系统建模、仿真和分析的一个集成环境
[1]
1 加法器的工作原理简介
[2]
在对2个二进制数进行算术运算时,无论进行的是加、减、乘、除中的何种运算,最后都将化作若干步相加运算进行。因此,加法器是算术运算器的核心器
件。而半加器又是数字系统中进行加、减、乘、除运算的重要电路。半加器的真值表如表1所示。
表1 半加器真值表A
0011
B0101
S0111
C0001
。
一般地,数字电路课程的教学,主要由理论教学,课程实训和课程设计等教学环节构成。在理论教学进行一段时间,完成了一定内容的教学后再安排实验,学生对所教学的内容的感性认识就被延迟了,甚至对一些内容的学习,在起初产生的兴趣会随时间的推移而逐步消失。所以在日常的教学实践中,结合理论教学的进程,及时地利用MATLAB软件,在计算机上进行验证仿真实验。这项教学的补充,使学生学习的感性认识得到了提高,而且通过人机对话的方式,在选择元器件、连接电路、选择参数、边选择边测试、边修改边分析,与理论进行比较,从而可以实现虚拟实验的要求,并在调试分析的过程中,把实验和理论紧密地结合在一起,从而加深对理论的认识。下面以加法器的仿真来说明MATLAB在数字电路中的应用。
表中,A是被加数,B是加数,S是半加器的和,C
为半加器的进位位。由此,可得到半加器的逻辑表达式为:
S=A©B C=AB
当要进行带进位的二进制运算时,就必须考虑其进位。因此就要用到全加器。所谓全加器,指的是带进位输
入和带进位输出的加法器,全加器真值表如表2所示。
收稿日期:2006206201
作者简介:熊建平(19802),男,江西丰城人,深圳职业技术学院助教,硕士,研究方向:图像处理,信号处理,计算机视觉。
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表2 全加器真值表A
00001111
B00110011
C01010101
S01101001
D00010111
计 算 机 与 现 代 化2007年第6期
Mux模块,在Smiulink节点下的SignalRouting模块库中,它主要的目的是将最后的结果一起送到Display模块进行显示。需要显示的数字有:和的4位数字的值,以及和的首位进位的值,共需显示5位数字,因此Mux模块中的Numberofinputs的参数值应该设置为5。
模块参数设置好之后,用信号线将所有模块连接起来,将得到如图3所示的4位全加器仿真模型。
表中,A是被加数,B是加数,C是来自低位全加
器的进位,S是全加器的和,D是该全加器的进位。
由此可得到全加器的逻辑表达式:
S=A©B©C D=AB+BC+AC
2 利用MATLAB实现4位二进制加法运算
(1)建立全加器的模块库。
根据全加器的逻辑表达式,选用MATLAB中的Simulink的LogicalOperator模块建立全加器模块库,如图1所示,内部的系统结构如图2所示。
图3 4位全加器Simulink模型图
从图3中可以看出,A0、A1、A2的进位D都分别
与比其更高一位的进位C连接,从而实现4位全加器的进位。图中被加数A3~A0参数设置为0101,加数B3~B0参数设置为0111,ADD0全加器的初始进位设置为0。建立模型之后保存并运行,即可得到Dis2play模块显示的A=0101和B=0111相加的结果,其结果在图3所示的Display模块中。从模拟仿真的结果来看,此模型图设计是正确的。
3 结束语
综上所述,随着电子技术的高速发展,电子电路的形式日趋复杂化,依靠传统的教学模式已远不能满足社会对新技术人才的培养需求,故应多利用新技术,新手段,采用MATLAB软件进行仿真,一方面可以帮助学生更快更深刻地理解课堂上讲授的理论知识,加深对概念、原理的理解,弥补课堂教学的不足,另一方面也克服了实验室元器件品种、规模、数量的不足,仪器的陈旧老化,实验板电路的单调,非常不利于创新设计。故利用MATLAB仿真软件在日常的数字电路的教学中有着越来越重要的作用。
参考文献:
[1] 钟麟,王峰.MATLAB仿真技术与应用教程[M].北京:
国防工业出版社,2004.
[2] 秦曾煌.电工学(电子技术)[M].北京:高等教育出版
社,2004.
图1 自建全加器模块外观图 图2 自建全加器模块内部结构图
(2)搭建4位全加器Simulink模型。
根据需要,利用MATLAB中的Simulink的Con2stant模块、Display模块、Mux模块以及自建的ADD(全加器)模块。
¹Constant模块。
该4位全加器的Simulink仿真模型共需9个Constant模块,其中命名为A3~A0的4个Constant模块代表4位被加数A,假设其值取为0101;命名为B3~B0的4个Constant模块代表4位加数B,假设其值取为0111;最后一个未命名的Constant模块作为末位进位输入,将其参数值设置为0。
ºMux模块。
