simulink仿真实验报告-2

PAGEPAGE6Simulink对数字电路与或门的仿真陈忱（华东交通大学软件学院09软件+电气4半20092110080417）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。关键词：数字逻辑电路，仿真，SimulinkSimulinkSimulationofDigitalLogicCircuitAbstract：Thelogicverificationofdigitallogiccircuitisacomplexworkthatusuallytakesalongtimeandalotoftrouble.ThisarticleintroducesasimpleandlowcostapproachtoimplementthesimulationofdigitallogiccircuitusingSimulink——agraphicsimulationtoolattachedintheMATLAB.Itwillprovideanewmethodforlogicverificationofdigitallogiccircuit,aswellasforexperimentteaching.

Keywords：digitallogiccircuit,simulation,Simulink,logicverification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CleveMoler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-lineGraph。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：ABCF000000100100011010001011110111114.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+AC5.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CombinatorialLogic,1个Scope4）：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CombinatorialLogic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Numberofaxes，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Implementlogicsignalsasboolendata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，也验证了这学期数字电路期末考试的中一道逻辑组合电路设计题的正确性。参考文献[1]高海生.数字电子技术基础，江西科学技术出版社。

[2]徐惠民等.数字电路与逻辑设计.北京:人民邮电出版社,1990.10一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

国外的一些发达国家，由于这些国家经济发达，很早的实现了工业现代化，并且经济发展得很快，这就引发了环境问题特别是水污染问题，但也得到了这些国家的重视，投入大量的人力物力进行水处理的研究，在研究水处理新理论和工艺的同时，也重视污水处理自动控制系统的研究。先后投资研究高效型、智能型、集约型污水处理设备和自动化控制仪表，一些发达国家经过多年的努力，污水处理率已经达到80%～90%，成功地解决了来自城市和工业的点源污染问题。

由于控制技术、网络通信技术以及现场总线技术的飞速发展，国外的污水厂很早便实现了污水厂的网络控制，如DCS、FCS系统。同时国外较早的将SCADA技术引入到给水排水工程中，并取得了良好的经济效益与社会效益。国外同时注重水处理中的PLC的开发，相继研制出了一些智能、稳定、小巧的控制单元，如AB公司的SLC系列、Siemens的S7系列、Schneider的TSX

Quantum系列国内发展情况：解放初期由于工农业生产刚刚起步，当初的污水污染程度很低，且提倡利用污水进行农业灌溉，特别是北方缺水地区将污水灌溉利用作为实验进行推广，如著名的沈抚灌溉等，所以全国仅有几个城市建设了近十座污水处理厂，在处理工艺有的还是一级处理，处理的规模也很小，每天有几千立方米，最大的只有每天5万立方米左右，致使污水处理技术和管理水平处于较落后的状态。与国外相比，我国污水处理自动化控制起步较晚，七十年代开始采用热工仪表，实行集体巡检；八十年代应用分析仪表和DCS系统；至九十年代，随着一大批利用国际贷款的大型污水处理厂的建成投产，我国污水处理控制系统的自动化水平有了很大提高。从国外引进污水厂的自动控制系aaaaaaaaaaaa1.

课题来源及研究目的和意义

研究目的：

世界上任何国家的经济发展，都会推进社会进步、促进工农业生产能力，使人民的生活得到进一步改善，尤其在工业革命之后，各国经济飞速发展，全球大量的不可再生资源（例如石油）被利用。

如果这些污水无净化排出必定会给周围环境造成很大的污染，而且我国是一个严重缺水的国家，已经被联合国列为世界上13个缺水国家之一。目前我国约300个城市缺水，其中严重缺水城市有50个，据中国经济信息网分析统计，全国按目前正常需要，年缺水总量约为300亿~400亿立方米，因缺水造成的经济损失达2300亿元，超过洪涝灾害。水资源的匮乏和水资源的污染已经严重的影响了人民的日常生活，严重的影响了全国的经济建设和发展。特别是我国北方城市，如北京、天津、沈阳等城市水资源更为短缺。

在这种情况下，油田的污水更加不能随便外排，而是要净化之后合理利用。

我国污水处理的电耗为0.365kWh/m3、日本为0.304

kWh/m3、美国为0.243kWh/m3，因此建设符合我国具体情况的污水厂自动控制系统对降低污水处理成本、改善环境、建立可持续发展社会、保持我国经济高速发展具有重要意义。2．国内外在该方向的研究现状及分析

国外发展情况：

国外一些发达国家，如美国、日本、西欧等国，由于这些国家经济发达，并较早的实现了工业现代化。环境问题特别是水资源污染的严重性也较早的体现出来，对污水的处理更先进一些，同时也得到了这些国家政府的重视，投入了大量的人力、物力进行油田污水处理的研究。这些国家在研究水处理新理论和工艺的同时，也重视污水处理自控系统的研究。先后投资研究高效型、智能型、集约型污水处理设备和自动化控制仪表。一些发达国家经过几十年的努力，污水处理率已经达到80%~90%，成功地解决了来自于工业的点源污染问题。同时一些国家开始重视污水的回用，如以色列的污水回用率达到了90%。

由于控制技术、网络通信技术以及现场总线技术的飞速发展，国外的污水厂很早就实现了网络控制，如DCS、FCS系统。同时国外较早的SCADA技术引入到了给排水工程当中，并取得了良好的经济效益与社会效益。国外同时注重水处理中PLC的开发，相继研制出了一些智能、稳定、小巧的控制单元，如AB公司的SLC系列、Siemens的S7系列、Schneider的TSX

Quantum系列。同时国外也很重视在线仪表的研制，如德国E+H公司，美国的哈希公司相继研制了溶解氧DO（Dissolved

Oxygen）、化学需氧量COD（Chemical

Oxygen

Demand）分析仪。国外污水处理自控系统主要存在以下特点：

（1）采用集散控制系统DCS和现场控制系统FCS。按照厂区的自身情况和工艺段来划分若干个控制站，站与站之间可以平级关系也可以是上下级关系，站与站之间一般独立运行。设立中控室，中控室友操作员站和工程师站，负责全厂的数据管理与记录、报表等工作。

（2）大量采用在线监测的水质分析仪表对全厂的水质进行实时监测，并有上位机记录下来，提高了测量精度。

（3）生产过程中不同程度上采用了智能控制，可以根据水质和水源的变化自动的调整相应的控制方式。

（4）大量采用遥测、遥控设备，并开始有效地利用社会信息资源，如电话网络、移动电话网络、国际互联网、气象信息等。

国内发展情况：

随着工业的发展，各项先进、成熟的污水处理技术逐渐引进、应用于现场生产。主要污水处理设备及配套没备基本实现了国产化，并逐步形成了系列化、规模化，如用于不同条件下的过滤设备、气浮选、压力除油、液—液旋流除油等除油处理设备、