基于Simulink的逻辑电路仿真-交通灯设计解剖.doc

Simulink逻辑电路仿真—交通灯设计 2014春季 Matlab系统仿真分析作业 完成日期 2014.04.29 目录 设计说明 1 设计思路 1 具体设计步骤 2 计数器的设计 2 计数器的仿真 10 交通灯电路设计。 15 交通灯仿真 17 设计说明 本文设计了一个简易的交通灯时序逻辑电路，该电路通过对输入时钟信号的分频，控制红黄绿三种交通灯的按顺序亮灭并循环，其中绿灯持续25s,黄灯持续5s，红灯持续35s。主要用到的器件为jk触发器，与门，与非门，或门，或非门。为了实现交通灯控制电路，首先设计并封装了4位计数器，在此基础上进一步搭建逻辑电路，实现交通灯的控制，并分别对这些模块进行了仿真。 设计思路 主要的设计思路是利用jk触发器串联的方式对输入的时钟进行分频，然后在相应的时刻产生控制脉冲信号，通过这个信号对信号灯的状态进行翻转。Jk触发器是一种边沿敏感器件，有对上升沿和下降沿敏感的两类，他们的符号如下： 其真值表如下： 在这个设计中，将jk触发器的j和k端都置1，从而Q端在每个时钟沿到来时进行翻转，然后将上一级的Q作为下一级的clk，这样达到对clk进行分频的目的。波形如下： 具体设计步骤 计数器的设计 打开matlab,这里使用的版本为R2014A.启动画面如下： 启动之后点击这里启动simulink 打开之后界面如下： 点击FileNewModel 打开界面如下： 下面的步骤为寻找仿真模型或原件，并摆放在上面的untiled文档中。首先将窗口切换到Simulink Library Browser窗口，展开Simulink ExtrasFlip Flops，左侧就会出现常用的触发器模型，其中就有jk触发器，用鼠标左键选中J-K Flip-Flop并拖到untiled文档中 一个jk触发器可以对时钟2分频，2个串联可以4分频，这里6个才能满足需求，但是为了便于扩展应用，这里将4个jk触发器作为一组串联起来。untiled文档中已经有一个，鼠标右键拖动这个jk触发器即可复制。调整四个jk触发器的位置，如图： 该窗口左上角标题右侧的*表示该文档有改动并且未保存。该窗口中按下鼠标滚轮键鼠标会变成手状，这时可以拖动整个视图，滚动鼠标滚轮可以放大缩小视图，左键选中模型按del键可以删除模型。模型中端口上的箭头表示信号流动方向，连线的时候必须按照箭头的方向进行，不能使信号流动方向和箭头方向相反，否则仿真时可能会报错。连线时为了在一条线上引出分支，可以用鼠标右键点击分支处即可引出。两个线相交的地方有黑点表示电气相连，没有黑点表示相交但不相连。 在前面的分析中提到这里要将jk出发器的jk端置1，这需要常量和数据类型转换模块，因为在matlab中大部分模型的输出是数值型的，比如为float或者double型的，这样如果输出了1，它可能是double或者int类型的，而逻辑电路中的1是一种逻辑电平，这两者的含义是不同的，因此如果要给触发器输入1，需要将一个常量1转换为逻辑1，这就是Data Type Conversion的作用，常量1的输出通过Constant实现，他们在Commonly Used Blocks中，如图，分别拖放两个模型到untiled文档中。 现在untitled文档中的模型如下： 双击Data Type Conversion1可以打开它的属性对话框，我们需要关心的是转换的类型，这个可以通过Output data type后面的下拉框来设置，其中就有boolean这种类型。默认为Inherit: Inherit via back propagation方式输出，意思为从输出端反向继承数据类型，也就是说输出端连接的端口需要什么类型就转化为相应的类型。这里需要改为boolean就可以实现给触发器输入高电平。 调整他们的位置并按下面的样子完成连线： 然后按ctrl+s保存文档，如下： 下面对这个模块进行封装，按下ctrl+A选中所有模型，再通过下面的方式进行封装（快捷键Ctrl+G） 封装之后变成这个样子: 双击进入该模块内部，可以看见自动为输入和输出添加了连接点并编号，如下： 上面这幅图片中出现了很多double,这是由于Data Type Conversion输出没有改成boolean而又进行了仿真造成的，如果不改也能仿真，但是数据类型不是逻辑电平，如果修改了就不会出现上面的那些字符。这里面部分端口不使用，摆放位置也比较乱，可以选中之后进行修改，修改之后如下： 然后按下ctrl+s进行保存，点击下面的位置返回到顶层视图 此时封装的模块变成了下面的样子： 我们可以双击模块下面的名称来改变它，因为这个模块可以进行0