用MATLAB/SIMULINK实现半加器、全加器的组合数字逻辑电路设计及仿真

2019-04-13 12:15发布生成海报

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用MATLAB/SIMULINK实现半加器、全加器的组合数字逻辑电路设计及仿真

一、实验目的：

1．学会用电子仿真软件 MATLAB7（SIMULINK）设计半加器及全加器数字逻辑电路
2.掌握半加器、全加器的工作原理。
3.学会用Scope(示波器)观察半加器，全加器的输入及输出波形
4.掌握simulink组合电路的分析和设计方法
5.验证半加器和全加器的逻辑功能(真值表)

二、实验准备

：根据分析所给的逻辑组合电路，写出其输入与输出之间的逻辑关系(逻辑函数表达式或真值表)，从而评定该电路的逻辑功能的方法。一般是首先对给定的逻辑电路，按逻辑门的连接方法，逐一写出相应的逻辑表达式，然后写出输出函数表达式，这样写出的逻辑函数表达式可能不是最简的，所以还应该利用逻辑代数的公式或者卡诺图进行简化。再根据逻辑函数表达式写出它的真值表，最后根据真值表分析出函数的逻辑功能。

三、实验实施

构建一个半加器
打开MATLAB 7，在matlab7的 command windows窗口中输入simulink启动Simulink,或按下工具栏中图标，直接启动simulink。
启动SIMULINK以后，打开Simulink library browser中文件(File)菜单中新建(New)一个模型文件(model)，文件名为HalfAdder.mdl, 参考下图完成半加器电路。此文件需要使用导三个库中的模块：Logical and Bit Operations，sources和sinks。先从逻辑门开始。
在simulink library browser中,双击Logic and Bit Operations。将Logical Operator模块拖到工作窗口中，双击模块打开Block Parameters窗口，将Main标签中的Operator选项改为XOR。再拖入一个AND门。
接下来是输入信号。选用Pulse Generator以便检查是否得到了想要的输出。打开Sources面板，拖入两个Pulse Generator并放置再窗口的左侧。
这两个Pulse Generator作为加法器真值表的两个输入。双击第一个Pulse Generator并将它的周期（period）设定为8秒，相位延迟（phase delay）设定为4秒。将这个Pulse Generator重命名为Ai input，作为输入的最小标志位（least-significant bit）。双击第二个Pulse Generator，将周期设定为4秒，相位设定为2秒，重命名为Bi input。选择edit菜单，选择copy model to clipboard选项，将电路图复制粘贴如下图：

按照上图的方式将输入和两个逻辑门连接起来。
将两个Scope连接到Pulse Generator可以检查其输出波形是否是你想要的。打开Sinks面板，拖入两个Scope放到Pulse Generator的旁边，并将两者连接好。双击Scope就可以打开输出波形的窗口。选择Simulation菜单下Start来运行模型(或按下按钮)，可以看到x和y的信号波形。注意输入向量（Bi Ai）在最初的两秒内的数值是00，然后是01，10，11这是加法器真值表的四个数值。现在来检查输出是否是真值表的数值。将Scope与XOR门和AND连接起来，运行仿真（CTRL加T键），分别双击Bi ,Ai,Si,Ci图标,观察输出波形是否和预料一致。注意记得时常保存文件。将电路图及二个输入，二个输出信号输出图复制粘贴在下图(如下图所示)：

1.通过分析波形图，完成下列半加器的真值表
Ai Bi S i Ci
0 0 0 0
0 1 1 0
1 0 1 0
1 1 0 1
半加器中Si的逻辑表达式为: Si=Ai⊕Bi (注：⊕为异或符号)
半加器中Ci的逻辑表达式为: Ci= AiBi
构建一个全加器
打开MATLAB 7，在matlab7的 command windows窗口中输入simulink启动Simulink,或按下工具栏中图标，直接启动。
启动SIMULINK以后，打开Simulink library browser 中文件(File)菜单中新建(New)一个模型文件(model)，文件名为FullAdder.mdl,保存好此文件，以备以后的多位先行加法器(n位)设计要用到，用来创建子系统。参考下图的加全器逻辑电路图。此文件需要使用导三个库中的模块：Logical and Bit Operations，sources和sinks。先从逻辑门开始。
参考下图，放置好全加器的各种逻辑门器件及连接好连接线，选输入信号。选用Pulse Generator。打开Sources面板，拖入三个Pulse Generator并放置在窗口的左侧。这三个Pulse Generator作为加法器真值表的三个输入。双击第一个Pulse Generator并将它的周期（period）设定为16秒，相位延迟（phase delay）设定为8秒。你可以将这个Pulse Generator重命名为Ai input，作为输入的最小标志位（least-significant bit）。双击第二个Pulse Generator，将周期设定为8秒，相位设定为4秒，重命名为Bi input, 双击第三个Pulse Generator，将周期设定为4秒，相位设定为2秒，重命名为Ci-1 input。选择simulation菜单 ,选择configurations parameters 菜单，将simulation time中 stop time改为20, 并将各线连接好。双击Scope就可以打开输出波形的窗口。选择Simulation菜单下Start来运行模型(或按下按钮)，可以看到x和y的信号波形。注意三个输入向量（Ai,Bi,Ci-1）在最初的2秒内的数值是000，然后是001,010,011,100,101,110,111。这是全加法器真值表的八个数值。现在来检查输出是否是真值表的数值。运行仿真（CTRL加T键），分别双击Ai,Bi,Ci-1,Si,Ci图标,观察输出波形是否和预料一致。注意记得时常保存文件（按下CTRL加S键)。选择edit菜单下copy model to clipboard选项，将电路图及三个输入，二个输出信号输出图复制粘贴在下图(如下图所示)：
通过分析波形图，完成下列全加器的真值表
Ai Bi Ci-1 Si Ci
0 0 0 0 0
0 0 1 1 0
0 1 0 1 0
0 1 1 0 1
1 0 0 1 0
1 0 1 0 1
1 1 0 0 1
1 1 1 1 1