基于D触发器的异步八进制加法计数器的设计

基于SIMULINK的异步八进制加法计数器的设计 1 设计题目的理论分析 1.1 设计题目 用D触发器设计异步八进制的加法计数器。并作出相应的时序图。使用Simulink进行简单的仿真。 1.2 理论分析 这个题目是要求设计一个八进制加计数器，即三位二进制加计数器，并且用D触发器最终完成电路。解题具体过程如下： （1）明确所需要设计的电路的功能并画出状态图 本题要求我们用D触发器设计一个八进制加计数器，所以根据其特点，可判断电路需要三个D触发器来实现，故可作出其状态图如下： CP为时钟信号，C为进位信号。 （2）列出激励 在列激励表时，对于某一输出，当其状态不发生反转时，此时可取其时钟信号为0，这样其输入端的的取值就不会对输出产生影响，这样一来，就可以达到简化电路的目的。 表1 八进制异步加计数器激励表 0 0 0 X 0 X 0 1 1 0 0 1 0 0 1 X 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 X 0 X 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 X 0 X 0 1 1 1 0 1 1 0 1 X 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 X 0 X 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0                         （3）写出激励方程和时钟方程 (1) (2) (3) (4) (5) (6) （4）作出逻辑电路图并检验其自启动 如图2所示，即为由D触发器所构成的异步八进制加计数器。显然，该电路每一个状态都为有效状态，故一定能够自启动。 （5）作出时序图 在时钟信号CP的作用下，根据状态方程，可以得出上述电路的时序图如图3所示： 图2 异步八进制加计数器逻辑电路图                                                                                                                                                                       图3 异步八进制加计数器时序图 2 SIMULINK仿真 根据上一章所给出的逻辑电路图，在simulink中找出相应元器件并按图连接成一个完整的的电路如图4所示。 图4 simulink中的逻辑图 将时钟信号CP和三个输出端分别连接于一个示波器上，以便获取时序图，并进行观察、分析和比较。设置好各元器件的参数，此次仿真，所设置的参数如下： 时钟信号CP周期为1，各门的延迟时间为0。 设置好参数后，点击 ，即开始进行仿真。仿真完毕后，双击示波器，就会有相应的仿真后的波形图窗口弹出，这样，我们就可以对所得到的结果进行分析和判断。 3 实验结果及分析 经过仿真，可得出时钟信号端以及三个输出端的波形图如图5所示： 图5 simulink仿真时序图 通过仿真所得到的时序图我们可以看出，该计时器实现了八进制加计数功能。 解答此类异步时序电路的设计问题，一般是按照下列五个步骤进行求解： （1）明确题目要求，即明确所设计的电路所需完成的任务或者实现的功能，并且根据此要求画出状态图； （2）列出激励表； （3）根据激励表，写出激励方程，因为是异步时序电路，则还需写出其时钟方程； （4）根据所列出的方程，选择合适的元器件，完成逻辑电路图并检查其能够否自启动； （5）作出相应的时序图。 然而，采用simulink进行仿真，就可以更方便，更快捷，更准确的检验所设计电路的可行性和准确性。 4 心得体会 通过本次基础强化训练，我基本掌握了Matlab软件中Simulink仿真的使用方法和技巧，能够快速的在Simulink中构建出电路模型并进行仿真，最后通过观察波形图等方法检验多设计电路是否正确。 在这训练的一星期里，我学到了许多，除了protel、EWB、protuse等软件之外，我又学会了一种新的仿真软件的使用方法，这很好的拓展了我的知识面。此外，我还学到，有些在理论上可以得以实现的事情，在实际的操作过程由于存在许多问题，有些问题通过我们的讨论研究可以得到了解决，但是有些问题仍然会存在，这就需要我们有很好得耐心，以及用于接受失败积累经验的精神。在不断的实验过程中，我明白了，其实有些事情并不是像表面所呈现的那样简单，科学文化知识是非常严谨的，不可以有半点马虎，如果我们带着松懈的心态投入到实践之中去，我们就不会发现这么多的问题，更不能够触类旁通，学习到更多。学校之所以安排我们做基础强化训练，其训练本身并不是唯一的目的，虽然我们学习到一定的科学文化知识是必要的，但更重要的是在此过程中，领悟并掌握如何学习新知识的方法，体会务实求新的精神，懂得如何从失败中总结吸取经验。记得有这样一句话，“还生命以过程”，很多时候结果并不是最重要的，往往我们从这个过程中所学到的，才是其精华所在。如果我们一味的只追求结果，那么我们很可能会失去这个过程所带给我们的乐趣。 总之，我在这个实践的过程中受益非浅，我希望在今后的学习中，学校可以给我们多安排一些这样的实践机会，让我们在实践的过程中学习进步！ 参考文献 [1] 康华光，邹寿彬.电子技术基础-数字部分（第五版）：高等教育出版，2006 [2] 梅志红,杨万铨. MATLAB程序设计基础及其应用：清华大学出版社，2005 [3] 刘卫国.MATLAB程序设计教程：中国水利水电出版社，2005 [4] 王正，林王琪.MATLAB/Simulink与控制系统仿真：电子工业出版社，2008