貴州航天職業(yè)技術(shù)學(xué)院MATLAB課程設(shè)計(jì)題目：BCD碼編碼器電路仿真姓名：洪霞學(xué)號(hào)：A093GZ053010101班級(jí)：09級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)指導(dǎo)老師：周慶國(guó) 日期：2011-6-3前言MATLAB是目前國(guó)際上最流行，應(yīng)用最廣泛的科學(xué)與工程計(jì)算軟件，具有語(yǔ)言簡(jiǎn)潔緊湊，使用方便，編程效率高，圖形功能強(qiáng)，工具箱全面等特點(diǎn)，深受廣大科技工作者的喜愛(ài)。隨著MATLAB／Simulink通信、信號(hào)處理專業(yè)函數(shù)庫(kù)和專業(yè)工具箱的成熟，它們逐漸為廣大通信技術(shù)領(lǐng)域的專家學(xué)者和工程師所熟悉，在通信理論研究、算法設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、建模仿真和性能分析驗(yàn)證等方面的應(yīng)用也更加廣泛。Simulink可視化仿真工具能夠以非常直觀的框圖方式形象地對(duì)通信系統(tǒng)進(jìn)行建模，并以“實(shí)時(shí)”和動(dòng)畫的方式來(lái)將模型仿真結(jié)果（如波形、頻譜、數(shù)據(jù)曲線等）顯示出來(lái)，更便于對(duì)通信系統(tǒng)的物理概念和運(yùn)行過(guò)程的直觀理解，所以近年來(lái)在通信工程專業(yè)中得到了廣大師生的重視和廣泛應(yīng)用，在理論教學(xué)、課程實(shí)踐環(huán)節(jié)，以及理論和技術(shù)前沿的研究中發(fā)揮了重要作用。在這次的課程設(shè)計(jì)中，我所介紹的是MATLAB應(yīng)用于數(shù)字電路設(shè)計(jì)。主要是設(shè)計(jì)一個(gè)8421BCD編碼器并對(duì)電路進(jìn)行仿真。將會(huì)對(duì)MATLAB語(yǔ)言和simulink仿真進(jìn)行介紹，還有在做8421BCD編碼器并對(duì)電路進(jìn)行仿真的過(guò)程中遇到一些問(wèn)題和怎么解決的，如何仿真，仿真參數(shù)如何設(shè)置進(jìn)行一些介紹。目錄一、MATLAB概述 -3-1、MATLAB的簡(jiǎn)介 -3-2、MATLAB程序設(shè)計(jì)： -4-3、simulink仿真 -4-二、課程設(shè)計(jì)的目的及意義 -5-1、二-十進(jìn)制編碼器邏輯電路分析： -5-1.1、二-十進(jìn)制編碼器的真值表： -5-1.2、根據(jù)真值表寫出邏輯函數(shù)式 -6-1.3、根據(jù)函數(shù)式得出電路圖 -6-2、

二-十進(jìn)制編碼器邏輯電路原理及設(shè)計(jì)： -7-四、Simulink仿真 -7-1、Simulink啟動(dòng) -7-2、Simulink模塊庫(kù)及模塊操作 -8-3、仿真參數(shù)設(shè)定: -9-五、仿真實(shí)現(xiàn)編碼器的過(guò)程 -9-1、運(yùn)行MATLAB -9-2利用模塊中的脈沖激勵(lì)源連接電路證實(shí)邏輯函數(shù)圖是否正確 -10-3、連線及其系統(tǒng)仿真（根據(jù)邏輯式完成連線） -11-六、課程設(shè)計(jì)總結(jié) -18-七、參考文獻(xiàn) -19-

題目：設(shè)計(jì)一個(gè)BCD碼編碼器并對(duì)電路進(jìn)行仿真一、MATLAB概述1、MATLAB的簡(jiǎn)介MATLAB語(yǔ)言是當(dāng)今國(guó)際上科學(xué)界(尤其是自動(dòng)控制領(lǐng)域)最具影響力、也是最有活力的軟件。它起源于矩陣運(yùn)算，并已經(jīng)發(fā)展成一種高度集成的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。它提供了強(qiáng)大的科學(xué)運(yùn)算、靈活的程序設(shè)計(jì)流程、高質(zhì)量的圖形可視化與界面設(shè)計(jì)、便捷的與其他程序和語(yǔ)言接口的功能。MATLAB語(yǔ)言在各國(guó)高校與研究單位起著重大的作用MATLAB的含義是矩陣實(shí)驗(yàn)室（MATRIXLABORATORY），主要用于方便矩陣的存取，其基本元素是無(wú)須定義維數(shù)的矩陣。MATLAB自問(wèn)世以來(lái),就是以數(shù)值計(jì)算稱雄。MATLAB進(jìn)行數(shù)值計(jì)算的基本單位是復(fù)數(shù)數(shù)組（或稱陣列），這使得MATLAB高度“向量化”。經(jīng)過(guò)十幾年的完善和擴(kuò)充，現(xiàn)已發(fā)展成為線性代數(shù)課程的標(biāo)準(zhǔn)工具。由于它不需定義數(shù)組的維數(shù)，并給出矩陣函數(shù)、特殊矩陣專門的庫(kù)函數(shù)，使之在求解諸如信號(hào)處理、建模、系統(tǒng)識(shí)別、控制、優(yōu)化等領(lǐng)域的問(wèn)題時(shí)，顯得大為簡(jiǎn)捷、高效、方便，這是其它高級(jí)語(yǔ)言所不能比擬的。美國(guó)許多大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室都安裝有MATLAB供學(xué)習(xí)和研究之用。在那里,MATLAB是攻讀學(xué)位的大學(xué)生碩士生、博士生必須掌握的基本工具。MATLAB中包括了被稱作工具箱（TOOLBOX）的各類應(yīng)用問(wèn)題的求解工具。工具箱實(shí)際上是對(duì)MATLAB進(jìn)行擴(kuò)展應(yīng)用的一系列MATLAB函數(shù)（稱為M文件），它可用來(lái)求解各類學(xué)科的問(wèn)題，包括信號(hào)處理、圖象處理、控制系統(tǒng)辨識(shí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。隨著MATLAB版本的不斷升級(jí)，其所含的工具箱的功能也越來(lái)越豐富，因此，應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛，成為涉及數(shù)值分析的各類工程師不可不用的工具。MATLAB7.0中包括了圖形界面編輯GUI，改變了以前單一的“在指令窗通過(guò)文本形的指令進(jìn)行各種操作”的狀況。這可讓使用者也可以象VB、VC、VJ、DELPHI等那樣進(jìn)行一般的可視化的程序編輯。在命令窗口（matlabcommandwindow）鍵入simulink，就出現(xiàn)(SIMULINK)窗口。以往十分困難的系統(tǒng)仿真問(wèn)題，用SIMULINK只需拖動(dòng)鼠標(biāo)即可輕而易舉地解決問(wèn)題，這也是近來(lái)受到重視的原因所在。2、MATLAB程序設(shè)計(jì)：MATLAB有兩種工作方式：一種是命令式的交互方式：另一種是M文件的程序工作方式。在前一種工作方式下，MATLAB被當(dāng)作一種高級(jí)數(shù)學(xué)演算紙和圖形表現(xiàn)器來(lái)使用，MATLAB提供一套完整的而易于使用的編程語(yǔ)言，為用戶提供了二次開發(fā)的工具，下面主要介紹MATLAB控制語(yǔ)句和程序設(shè)計(jì)的基本方法。用MATLAB語(yǔ)言編寫的程序，稱為M文件。M文件有兩類：命令文件和函數(shù)文件。兩者區(qū)別在于：命令文件沒(méi)有輸入?yún)?shù)，也不返回輸出參數(shù)；而函數(shù)文件可以輸入?yún)?shù)，也可以返回輸出參數(shù)。命令文件對(duì)MATLAB工作空間的變量進(jìn)行操作，而函數(shù)文件中定義的變量為局部變量，當(dāng)函數(shù)文件執(zhí)行完畢時(shí)，這些變量被清除。M文件可以使用任何編輯程序建立和編輯，而一般常用的是使用MATLAB提供的M文件窗口。首先從MATLAB的命令窗口的File菜單中選擇NEW菜單項(xiàng)，在選擇M-file命令，將得到的M文件窗口。在M文件窗口輸入M文件的內(nèi)容，輸入完畢后，在此窗口File菜單的saveas命令，將會(huì)得到saveas對(duì)話框，在對(duì)話框的File框中輸入文件名，在選擇OK按鈕即完成新的M文件的建立。然后再?gòu)腗ATLAB的命令窗口的File菜單中選擇OPEN對(duì)話框，則屏幕出現(xiàn)OPEN對(duì)話框，在OPEN對(duì)話框中的FileName框中輸入文件名，或從右邊的directories框中打開這個(gè)M文件。在M文件所在的目錄，再?gòu)腇ileName下面的列表框中選中這個(gè)文件，然后按OK按鈕即可打開這個(gè)M文件。在M文件窗口可以對(duì)打開M文件進(jìn)行編輯修改。在編輯完成后，選擇File菜單中的Save命令可以把這個(gè)編輯過(guò)的M文件保存起來(lái)。當(dāng)用戶要運(yùn)行的命令較多或需要反復(fù)運(yùn)行多條命令時(shí)，直接從鍵盤逐漸輸入命令顯得比較麻煩，而命令文件則可以較好的解決這一問(wèn)題。我們可以將需要運(yùn)行的命令編輯導(dǎo)一個(gè)命令文件中，然后在MATLAB命令窗口輸入該命令文件的名字，就會(huì)順序執(zhí)行命令文件中的命令。3、simulink仿真Sinulink是MATLAB軟件的擴(kuò)展，它是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個(gè)軟件包，它與MATLAB語(yǔ)言的主要區(qū)別在于，其與用戶交互接口是基于Windows的模型化圖形輸入。其結(jié)果是使得用戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構(gòu)建，而非語(yǔ)言的編輯上。二、課程設(shè)計(jì)的目的及意義主要是設(shè)計(jì)一個(gè)8421BCD編碼器并對(duì)電路進(jìn)行仿真。主要是認(rèn)識(shí)二-十進(jìn)制編碼器，知道為什么要用二-十進(jìn)制編碼器。因?yàn)槿藗兞?xí)慣用十進(jìn)制，以啟動(dòng)卷標(biāo)提供庫(kù)存信息的過(guò)程。而數(shù)字電路只識(shí)別二進(jìn)制，對(duì)于可以預(yù)測(cè)需要與否的單元，則需要相互轉(zhuǎn)換。認(rèn)識(shí)二-十進(jìn)制編碼器，將0～9十個(gè)十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制代碼的電路。根據(jù)輸出邏輯函數(shù)畫出邏輯電路圖。并在MATLAB上利用Simulink仿真對(duì)電路進(jìn)行仿真。三、課程設(shè)計(jì)的思路及可行性1、二-十進(jìn)制編碼器邏輯電路分析：1.1、二-十進(jìn)制編碼器的真值表：當(dāng)編碼器某一個(gè)輸入信號(hào)為1而其它輸入信號(hào)都為0時(shí)，所以在扇區(qū)內(nèi)大量采用并不會(huì)增加擾碼。則有一組對(duì)應(yīng)的數(shù)碼輸出，2009)。如I7＝1時(shí)，如果代碼大小減少4%，Y3Y2Y1Y0＝0111。這樣新的呼叫就可以在指定語(yǔ)音信道上進(jìn)行。輸出數(shù)碼各位的權(quán)從高位到低位分別為8、4、2、1。直至識(shí)別出所有標(biāo)簽。很難使用當(dāng)前的工具得出這些信息。該編碼器輸入I0～I(xiàn)9這10個(gè)編碼信號(hào)也是相互排斥的。5、文件做數(shù)字簽名ESPU0912內(nèi)部存儲(chǔ)的文件用私鑰做數(shù)字簽名后。1.2、根據(jù)真值表寫出邏輯函數(shù)式1.3、根據(jù)函數(shù)式得出電路圖8421BCD碼編碼器需要編碼的10個(gè)輸入信號(hào)：這是保護(hù)醫(yī)療設(shè)施內(nèi)病患安全及確保應(yīng)用時(shí)不可或缺的關(guān)鍵要求。I0～I(xiàn)9輸出4位二進(jìn)制代碼：AD5791具有±1LSBDNL的相對(duì)精度規(guī)范，Y3、Y2、Y1、Y02、

二-十進(jìn)制編碼器邏輯電路原理及設(shè)計(jì)：將二進(jìn)制數(shù)碼0和1按一定規(guī)律編排起來(lái)，用來(lái)表示某種信息含義的一串符號(hào)稱為編碼，具有編碼功能的邏輯電路稱為編碼器。二-十進(jìn)制編碼器是將十進(jìn)制數(shù)碼0～9編成二進(jìn)制代碼的電路。輸入的是0～9十個(gè)數(shù)碼，輸出的是對(duì)應(yīng)的四位二進(jìn)制代碼。這些二進(jìn)制代碼又稱二-十進(jìn)制代碼，簡(jiǎn)稱BCD(Binary-Coded-Decimal)碼。

四位二進(jìn)制代碼共有0000～1111十六種狀態(tài)，其中任何十種狀態(tài)都可表示0～9十個(gè)數(shù)碼，方案很多。最常用的是8421編碼方式，就是在四位二進(jìn)制代碼的十六種狀態(tài)中取出前面十種狀態(tài)0000～1001表示0～9十個(gè)數(shù)碼，后面六種狀態(tài)1010～1111去掉。二進(jìn)制代碼各位的1所代表的十進(jìn)制數(shù)從高位到低位依次為8，4，2，1，稱之為“權(quán)”，而后把每個(gè)數(shù)碼乘以各位的“權(quán)”，相加，即得出該二進(jìn)制代碼所表示的一位十進(jìn)制數(shù)。

8421碼與十進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換是按位進(jìn)行的，即十進(jìn)制數(shù)的每一位與四位二進(jìn)制編碼對(duì)應(yīng)。例如

(369)10=(001101101001)8421BCD

(0010000001001000)8421BCD=(2048)10

8421BCD編碼器真值表如圖所示。I0～I(xiàn)9是十個(gè)輸入變量，分別代表十進(jìn)制數(shù)碼0～9，因此，它們中任何時(shí)刻僅允許一個(gè)有效(為1)。當(dāng)輸入某一個(gè)十進(jìn)制數(shù)碼時(shí)，只要使相應(yīng)的輸入端為高電平，其余各輸入端均為低電平，編碼器的四個(gè)輸出端就將出現(xiàn)一組相應(yīng)的二進(jìn)制代碼。四、Simulink仿真仿真要運(yùn)用到Simulink，下面是關(guān)于Simulink的介紹。1、Simulink啟動(dòng)Simulink有四種啟動(dòng)方法：在MATLAB的命令窗口中輸入Simulink，結(jié)果是在桌面上出現(xiàn)一個(gè)稱為SimulinkLibraryBrowser的窗口，在這個(gè)窗口中列出了按功能分類的各種模塊的名稱；在MATLAB的命令窗口中輸入Simulink3，結(jié)果是在桌面上出現(xiàn)一個(gè)用圖標(biāo)形式顯示的Library：simulink3的simulink模塊庫(kù)窗口；可以通過(guò)單擊MATLAB主窗口工具條上的simulink圖標(biāo)打開；可以通過(guò)單擊MATLAB主窗口菜單選擇File→New→Model，彈出一個(gè)Untitled的simulink模型窗口，在選擇View→ShowLibraryBrowser，彈出SimulinkLibraryBrowser模塊庫(kù)窗口。2、Simulink模塊庫(kù)及模塊操作Simulink模塊庫(kù)按照功能分類可分為：連續(xù)模塊、離散模塊、查表模塊和用戶定義函數(shù)模塊、數(shù)學(xué)模塊、非線性模塊、信號(hào)通路模塊、接收器模塊、輸入源模塊、特別模塊、其他常用方塊組及工具箱。在模型窗口中，選中模塊，則其4個(gè)角會(huì)出現(xiàn)黑色標(biāo)記，此時(shí)可以對(duì)模塊進(jìn)行以下的基本操作：移動(dòng)：選中模塊，然后按鼠標(biāo)左鍵將其拖拽到所需的位置即可。若要脫離線而移動(dòng)，可按住Shift鍵，在進(jìn)行拖拽。復(fù)制：選中模塊，然后按住鼠標(biāo)右鍵進(jìn)行拖拽即可復(fù)制同樣的一個(gè)功能模塊。刪除：選中模塊，按住Delete鍵即可。若要?jiǎng)h除多個(gè)模塊，可以同時(shí)按住Shift鍵，再用鼠標(biāo)選中多個(gè)模塊，然后Delete鍵即可。也可以用鼠標(biāo)選中某區(qū)域，再按Delete鍵就可以把該區(qū)域中的所有模塊和線等全部刪除。轉(zhuǎn)向：為了能夠順序連接功能模塊的輸入和輸出端，功能模塊有時(shí)需要轉(zhuǎn)向。在菜單Format→FilpBlock旋轉(zhuǎn)180度，F(xiàn)ormat→RotateBlock順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度。改變大?。哼x中模塊，對(duì)鼠標(biāo)移到角上出現(xiàn)?，進(jìn)行拖拽即可。模塊命名：先用鼠標(biāo)在要更改的名稱上單擊一下，然后直接更改即可。名稱在功能模塊上的位置也可以變換180度，可以用Format→FilpName來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以直接通過(guò)鼠標(biāo)拖拽。HideName可以隱藏模塊名稱。顏色設(shè)定：Format→ForegroundColor改變模塊的前景顏色，BackgroundColor改變模塊的背景顏色；而模型窗口的顏色可以通過(guò)ScreenColor來(lái)改變。參數(shù)設(shè)定：用鼠標(biāo)雙擊模塊，就可以進(jìn)入模塊的參數(shù)設(shè)定窗口，從而對(duì)模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)定?；螯c(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，選擇Blockparameters參數(shù)設(shè)定窗口包含了該模塊的基本功能幫助。通過(guò)對(duì)模塊的參數(shù)設(shè)定，就可以獲得需要的功能模塊。3、仿真參數(shù)設(shè)定:構(gòu)建好一個(gè)系統(tǒng)的模型后，接下來(lái)的事情就是運(yùn)行模型，得出仿真結(jié)果。運(yùn)行一個(gè)仿真的完整過(guò)程分為三個(gè)步驟：設(shè)置仿真參數(shù)，啟動(dòng)仿真和仿真結(jié)果分析。選擇Simulation菜單下的Parameters命令，就會(huì)彈出一個(gè)仿真參數(shù)對(duì)話框，它主要用三個(gè)頁(yè)面來(lái)管理仿真的參數(shù)：Solver頁(yè)，它允許用戶設(shè)置仿真開始和結(jié)束的時(shí)間，選擇解法器，說(shuō)明解法器參數(shù)及選擇一些輸出選項(xiàng)；WorkspaceI／O頁(yè)，作用是管理模型從MATLAB工作空間的輸入和對(duì)他的輸出；Diagnostics診斷頁(yè)，允許用戶選擇Simulink在仿真中顯示的警告信息的等級(jí)。五、仿真實(shí)現(xiàn)編碼器的過(guò)程1、運(yùn)行MATLAB新建一個(gè)模型文件，根據(jù)二-十進(jìn)制編碼器電路圖添加模塊。如下圖：2利用模塊中的脈沖激勵(lì)源連接電路證實(shí)邏輯函數(shù)圖是否正確下圖是利用了脈沖激勵(lì)源而連接的電路圖（這個(gè)圖是為了來(lái)表明電路連接圖是否正確以及驗(yàn)證邏輯函數(shù)圖是否正確）I0到I9這十個(gè)編碼信號(hào)輸入端根據(jù)編碼器的設(shè)計(jì)要求分別代表十進(jìn)制數(shù)碼0～9，因此，它們中任何時(shí)刻僅允許一個(gè)有效(為1)。當(dāng)輸入某一個(gè)十進(jìn)制數(shù)碼時(shí)，只要使相應(yīng)的輸入端為高電平，其余各輸入端均為低電平。周期設(shè)為10，脈沖寬度為1，相位延遲依次是0-9（I0為0、I1為1、I2為2…）。幅度和采樣時(shí)間采用默認(rèn)值。編碼器輸出的波形：這個(gè)圖很好的說(shuō)明了我所列出來(lái)的邏輯函數(shù)表達(dá)式是正確的下圖是編碼器輸入的波形（所代表的是這十個(gè)的脈沖信號(hào)）3、連線及其系統(tǒng)仿真（根據(jù)邏輯式完成連線）當(dāng)設(shè)置輸入全部為高電平的時(shí)候圖示編碼器輸入波形如下圖：編碼器輸入波形（脈沖信號(hào)）如下圖：當(dāng)設(shè)置輸入全部為低電平的時(shí)候圖示編碼器的輸入波形如下圖：3.2仿真結(jié)果實(shí)例分析：1、當(dāng)IO的輸入信號(hào)為1時(shí)。其他的為O時(shí)它相應(yīng)的輸出代碼是0000。如下圖：2、當(dāng)I1的輸入信號(hào)為1時(shí)。其他的為O時(shí)它相應(yīng)的輸出代碼是0001。如下圖：3、當(dāng)I2的輸入信號(hào)為1時(shí)。其他的為O時(shí)它相應(yīng)的輸出代碼是0010。如下圖：4、當(dāng)I3的輸入信號(hào)為1時(shí)。其他的為O時(shí)它相應(yīng)的輸出代碼是0011。如下圖：5、當(dāng)I4的輸入信號(hào)為1時(shí)。其他的為O時(shí)它相應(yīng)的輸出代碼是0100。如下圖：6、當(dāng)I5的輸入信號(hào)為1時(shí)。其他的為O時(shí)它相應(yīng)的輸出代碼是0101。如下圖：7、當(dāng)I6的輸入信號(hào)為1時(shí)。其他的為O時(shí)它相應(yīng)的輸出代碼是0110。如下圖：8、當(dāng)I7的輸入信號(hào)為1時(shí)。其他的為O時(shí)它相應(yīng)的輸出代碼是0111。如下圖：9、當(dāng)I8的輸入信號(hào)為1時(shí)。其他的為O時(shí)它相應(yīng)的輸出代碼是1000。如下圖：10、當(dāng)I9的輸入信號(hào)為1時(shí)。其他的為O時(shí)它相應(yīng)的輸出代碼是1001