h設計題目的理論分析1.1路的理論分析交通燈故障監測邏輯電路的設計，紅燈R黃燈Y綠燈G其中，燈單獨亮正常，黃綠同時亮正常，其他情況不正常。設燈亮為“1“0為“門實現該邏輯電路。使用Simulink進行簡單的仿真。從題目上看，這是一個基本

邏輯門電路在實際生活中的應用問題。根據我們本學期已經學過的數字電路方面的知識，

首先要分析一下該題目中的邏輯命題，再根據命題確定我們要設定的

輸入和輸出變量分別是什么。在這個設計實驗

中，很明顯，輸入變量是紅，黃，綠三種燈的顯示狀態，而輸出變量是檢測電路的結果，即交通燈是否有故障。然后用二值邏輯的0兩種狀態，分別對輸入輸出變量進行賦值。題目中燈亮用“1表示，燈不亮則用“0表示，電路有故障用用1表示，不亮用“0表示。再根據題目的意思，要求實現的邏輯門電路的真值表，如下所示。

我們很容易寫出該題目所R0000111

Y0011001

G0101010

Z1000011h

h1111要設計出所需的邏輯電路，我們得先知道真值表所對應的的函數表達式。而要根據真值表得到邏輯函數表達式，我們可以用畫卡諾圖的方法。如下圖所示，為輸入輸出變量的卡諾圖表示。RYG

00

01

11

1001

10

01

01

01最后根據已經列寫好的卡諾圖，我們可以運用數字電路中學過的知識化簡出輸出變量Z最終表達式，即：RYGRGRY

）但是題目要求我們用與非門實現該邏輯功能，所以我們還要將式（1）成只由與非門構成的基本邏輯函數表達式，即：ZGRGRY??1.2路原理圖的繪制

）根據式（以利用Altiumdesigner軟件繪制出相應的原理電路圖，在原理圖中，三個開關分別控制三個指示燈的亮或暗，元件“則表示相應的二輸入端與非門74LS00或者三輸入與非門，其中三輸入端的與非門可以由四輸入端的與非門74LS20改變，只要讓四輸入端與非門的一個輸入可，最后的Z表示監測信號的輸出端。下面是繪制好的原理圖形。

端接入高電平即h

hh

h2.MATLAB軟件的使用2.1MATLAB軟件的簡要介紹MATLAB是美國Mathworks公司出品的商業數學軟件，用于算法開發、數據可視化據分析以及數值計算的高級技術計算語言和交互式環境，和兩大部分。

主要包括MATLAB其中，是和兩個詞的組合，意為矩陣工廠（矩陣實驗室，它將數值分析、矩陣計算、科學數據可視化以及非線性動態系統的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環境中，為科學研究、工程設計以及必須進行有效數值計算的眾多科學領域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統非交互式程序設計語言的編輯模式，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。MATLAB的主要功能有數值分析、數值和符號計算、工程與科學繪圖、控制系統的設計與仿真、數字圖像處理、數字信號處理、通訊系統設計與仿真、財務與金融工程等。Simulink則是基于MATLAB的框圖設計環境，可以用來對各種動態系統進行建模、分析和仿真，它的建模范圍廣泛，

可以針對任何能夠用數學來描述的系統進行建模，例如航空航天動力學系統、衛星控制制導系統、通信系統、

船舶及汽車等，其中還包括了連續、離散條件執行，事件驅動，單速率、多速率和混雜系統等提供了利用鼠標拖放的方法建立系統框圖模型的圖形界面，

而且Simulink還提供了豐富的功能塊以及不同的專業模塊集合，利用Simulink幾乎可以做到不書寫一行代碼就完成整個動態系統的建模工作。2.2

利用Simulink軟件繪制模型及對模型的仿真根據上一節中我們對設計題目的理論分析，在得到了最后的邏輯函數表達式后，我們就可以打開MATLAB并運用其中自帶的系統仿真軟件SIMULINK連接我們所需要的基本邏輯門電路。下面是我在本次的設計實驗中使用MATLAB軟件的具體操作步驟。h

hh

h在SimulinkLibraryBrowser”窗口中將“Simulink”點展開，并選中Logicalandbitoperations”模庫中的Logicaloperator塊，如圖所，鼠標右擊，在彈出的快捷菜單中選擇“AddtoUntitled”菜單項，就可以operatorUntitled可以直接Logicaloperator”模塊拖拽到模型編輯窗口中，完成模塊的添加操作。h

h添加元件的模型完成后，就可以開始按照原理圖連接線路。完

成連線，首先應該改一下電路中元件模型的名稱，以方便我們看清各個模型。同時，還要對一些模型的參數加以更改，例如，

模型圖里的與非門都是由基本的與門通過設計相關參數來確定它的類型，輸入管腳數。最后的Display則是用來觀察輸入和輸出信號的狀態。這樣，我們就能在一次仿真的結果中同時看到輸入和輸出的高低電平狀態。如下圖7是連接好的模型圖。圖7模型線路連接圖連接好模型線路圖后，就可以開始進行模型的仿真了。該電路的輸入共有八種不同的狀態，為了證明該電路模型的正確性，我們需要將每一種

狀態都進行仿真。在仿真的過程中，

我們可以通過改變開關的狀態來控制各個信號燈的亮

或暗，再通過Display來觀察電路的每一次仿真的輸入和輸出的狀態。所有的狀態仿真完成后，再將仿真結果與理論值進行比較。下面是八次仿真的結果圖。h

hh

h實驗結果及分析由上面對模型電路的仿真結果，將八次結果列成一張仿真表，如下表所示。根據上面的理論表和仿真結果表相比較三個燈單獨亮，或當黃綠燈同時亮時，

可以看出，仿真和理論值是一樣的。即：當模型電路輸出信號“0號燈工作正常；其他情況下，模型電路輸出信號“1示燈工作處于不正常的狀態。由兩個表格分析結果

可以看出，本次實驗里所繪制的邏輯原理電路圖完全正確，它能夠檢測出交通燈的工作是否正常，完全實現了實驗任務書中所要求的實驗內容當用進行電路的仿真時，其結果與我們用理論得到的結果是一樣的。而這個題目本身并沒有太大的難度，但是當我們用仿真軟件將模型電路進行仿真時，可以更加清楚直觀的看到信號的輸入和輸出的變化，加深了我對理論的理解。R000001111

Y000110011

G001010101

Z010000111h

h4.心得體會通過本次基礎強化訓練，一方面完成本次實驗課題的過程中，我對于這個高級的計算軟件有了初步的了解，

也學會了使用一種新的仿真軟件Simulink。應該說，在這次的基礎強化訓練中，我的收獲還是很大的。首先，我最大的體會還是關于這個軟件強大的功能。在此之前，因為我所學習的專業，對這個軟件聽說過，但沒有學習使

用這個軟件。在做本次的實驗課題前，我先去網上和圖書館找了一下關于這個軟件的介紹和使用方法，才發現原來這個軟件的功能非常強大，應用也很廣泛。當然，因為它所涉及到的東西太多，所以要真正地掌握這個軟件的使用，對我們新手來講，是基本不可能的。我認為，對現在的我來說，能夠使用MATLAB中的基本功能，如矩陣的相關運算，簡單程序的編寫，系統仿真軟件Simulink的使用，也要花不少的時間去學透他們。再者，其實這次的課題設計我做的有點匆忙，所以關于MATLAB軟件的使用，我也只是為了省時間而僅僅先學會了怎么使用Simulink系統仿真軟件對基本的邏輯門電路進行模型的建立和仿真，但是對于MATLAB真正的強大功能，矩陣和程序這兩方面，我卻還沒有來得及去認真地學習。但是經過這次的實驗，我想既然這個軟件這么強大，特別是在數學建模方面，我想，應該不能少了這個軟件，這樣就更激發了我以后學習這個軟件的興趣。課題設計實驗一般都是這樣，雖然不難，一般情況下，大家都能完成。但是重要的是我們在完成這個課題的過程中，所學習到的平常我們忽視的，或者是學不到的知識。就像在這次的課題設計中，我還是掌握到了很多的知識，是一次收、收獲很大的基礎強化訓練。h

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