数字电路-交通灯故障检测电路强化训练.doc

数字电路—交通灯故障检测电路1.设计题目的理论分析1.1电路的理论分析交通灯故障监测逻辑电路的设计，红灯R，黄灯Y，绿灯G其中，灯单独亮正常，黄绿同时亮正常，其他情况不正常设灯亮为“1”，不亮为“0”，正常为“0”，不正常为“1”用与非门实现该逻辑电路使用Simulink进行简单的仿真从题目上看，这是一个基本逻辑门电路在实际生活中的应用问题根据我们本学期已经学过的数字电路方面的知识，首先要分析一下该题目中的逻辑命题，再根据命题确定我们要设定的输入和输出变量分别是什么在这个设计实验中，很明显，输入变量是红，黄，绿三种灯的显示状态，而输出变量是检测电路的结果，即交通灯是否有故障然后用二值逻辑的0和1两种状态，分别对输入输出变量进行赋值题目中灯亮用“1”表示，灯不亮则用“0”表示，电路有故障用用“1”表示，不亮用“0”表示再根据题目的意思，我们很容易写出该题目所要求实现的逻辑门电路的真值表，如下所示表1 电路实现的逻辑功能表RYGZ00010010010001101000101111011111要设计出所需的逻辑电路，我们得先知道真值表所对应的的函数表达式而要根据真值表得到逻辑函数表达式，我们可以用画卡诺图的方法。

如下图所示，为输入输出变量的卡诺图表示R YG000111100100010111图1 真值表对应的卡诺图最后根据已经列写好的卡诺图，我们可以运用数字电路中学过的知识化简出输出变量Z的最终表达式，即： （1）但是题目要求我们用与非门实现该逻辑功能，所以我们还要将式（1）化成只由与非门构成的基本逻辑函数表达式，即： （2）1.2电路原理图的绘制 根据式（2），我们可以利用Altium designer软件绘制出相应的原理电路图，在原理图中，三个开关分别控制三个指示灯的亮或暗，元件“NAND”则表示相应的二输入端与非门74LS00，或者三输入与非门，其中三输入端的与非门可以由四输入端的与非门74LS20改变，只要让四输入端与非门的一个输入端接入高电平即可，最后的Z则表示监测信号的输出端下面是绘制好的原理图形图2 实验原理图2.MATLAB软件的使用2.1 MATLAB软件的简要介绍 MATLAB是美国Mathworks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。

其中，MATLAB是matrix和laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室），它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平MATLAB的主要功能有数值分析、数值和符号计算、工程与科学绘图、控制系统的设计与仿真、数字图像处理、数字信号处理、通讯系统设计与仿真、财务与金融工程等　Simulink则是基于MATLAB的框图设计环境，可以用来对各种动态系统进行建模、分析和仿真，它的建模范围广泛，可以针对任何能够用数学来描述的系统进行建模，例如航空航天动力学系统、卫星控制制导系统、通信系统、船舶及汽车等，其中还包括了连续、离散条件执行，事件驱动，单速率、多速率和混杂系统等它提供了利用鼠标拖放的方法建立系统框图模型的图形界面，而且Simulink还提供了丰富的功能块以及不同的专业模块集合，利用Simulink几乎可以做到不书写一行代码就完成整个动态系统的建模工作。

2.2 利用Simulink软件绘制模型及对模型的仿真 根据上一节中我们对设计题目的理论分析，在得到了最后的逻辑函数表达式后，我们就可以打开MATLAB，并运用其中自带的系统仿真软件SIMULINK连接我们所需要的基本逻辑门电路下面是我在本次的设计实验中使用MATLAB软件的具体操作步骤图3 打开MATLAB软件图4 打开MATLAB的系统仿真软件Simulink图5 打开新建模型窗口及新建模型 在“Simulink Library Browser”窗口中将“Simulink”节点展开，并选中“Logical and bit operations”模板库中的“Logical operator”模块，如图6所示，鼠标右击，在弹出的快捷菜单中选择“Add to Untitled”菜单项，就可以将“Logical operator”模块添加到“Untitled”模型中也可以直接将“Logical operator”模块拖拽到模型编辑窗口中，完成模块的添加操作图6 模块的添加 添加元件的模型完成后，就可以开始按照原理图连接线路完成连线，首先应该改一下电路中元件模型的名称，以方便我们看清各个模型。

同时，还要对一些模型的参数加以更改，例如，模型图里的与非门都是由基本的与门通过设计相关参数来确定它的类型，输入管脚数最后的Display则是用来观察输入和输出信号的状态这样，我们就能在一次仿真的结果中同时看到输入和输出的高低电平状态如下图7就是连接好的模型图图7 模型线路连接图连接好模型线路图后，就可以开始进行模型的仿真了该电路的输入共有八种不同的状态，为了证明该电路模型的正确性，我们需要将每一种状态都进行仿真在仿真的过程中，我们可以通过改变开关的状态来控制各个信号灯的亮或暗，再通过Display来观察电路的每一次仿真的输入和输出的状态所有的状态仿真完成后，再将仿真结果与理论值进行比较下面是八次仿真的结果图图8 八种状态的仿真结果图 3.实验结果及分析由上面对模型电路的仿真结果，将八次结果列成一张仿真表，如下表所示根据上面的理论表和仿真结果表相比较可以看出，仿真和理论值是一样的即：当三个灯单独亮，或当黄绿灯同时亮时，模型电路输出信号“0”，说明信号灯工作正常；其他情况下，模型电路输出信号“1”，说明指示灯工作处于不正常的状态由两个表格分析结果可以看出，本次实验里所绘制的逻辑原理电路图完全正确，它能够检测出交通灯的工作是否正常，完全实现了实验任务书中所要求的实验内容。

当用Simulink进行电路的仿真时，其结果与我们用理论得到的结果是一样的而这个题目本身并没有太大的难度，但是当我们用仿真软件将模型电路进行仿真时，可以更加清楚直观的看到信号的输入和输出的变化，加深了我对理论的理解表2 八次仿真结果整理表R0Y0G0Z0000100100100011010001011110111114. 心得体会通过本次基础强化训练，一方面，在完成本次实验课题的过程中，我对于MATLAB这个高级的计算软件有了初步的了解，也学会了使用一种新的仿真软件Simulink应该说，在这次的基础强化训练中，我的收获还是很大的首先，我最大的体会还是关于这个软件强大的功能在此之前，因为我所学习的专业，对这个软件听说过，但没有学习使用这个软件在做本次的实验课题前，我先去网上和图书馆找了一下关于这个软件的介绍和使用方法，才发现原来这个软件的功能非常强大，应用也很广泛当然，因为它所涉及到的东西太多，所以要真正地掌握这个软件的使用，对我们新手来讲，是基本不可能的我认为，对现在的我来说，能够使用MATLAB中的基本功能，如矩阵的相关运算，简单程序的编写，系统仿真软件Simulink的使用，也要花不少的时间去学透他们。

再者，其实这次的课题设计我做的有点匆忙，所以关于MATLAB软件的使用，我也只是为了省时间而仅仅先学会了怎么使用Simulink系统仿真软件对基本的逻辑门电路进行模型的建立和仿真，但是对于MATLAB真正的强大功能，矩阵和程序这两方面，我却还没有来得及去认真地学习但是经过这次的实验，我想既然这个软件这么强大，特别是在数学建模方面，我想，应该不能少了这个软件，这样就更激发了我以后学习这个软件的兴趣课题设计实验一般都是这样，虽然不难，一般情况下，大家都能完成但是重要的是我们在完成这个课题的过程中，所学习到的平常我们忽视的，或者是学不到的知识就像在这次的课题设计中，我还是掌握到了很多的知识，是一次收、收获很大的基础强化训练参考文献[1] 伍时和 主编 数字电子技术基础. 北京：清华大学出版社，2009[2] 徐惠民 安德宁 延明 主编. 数字电路域逻辑设计. 北京：人民邮电出版社，2009[3] 周建兴 岂兴明 等主编. MATLAB从入门到精通. 北京：人民邮电出版社，2009[4] 曹岩 主编. MATLAB R2006a 基础篇. 北京：化学工业出版社，2008[5] 李学明 主编. 数字电子技术仿真. 北京：清华出版社，20102012年安徽省普通高校对口招收中等职业学校毕业考试语 文 试 题 (本卷满分150分,时间120分钟)一. 语言文学知识与语言表达(共11小题,每小题3分,计33分)1.下列句子中加点字的注音,正确的一项是 ( )A.殷(yān)红的鲜血滴落在泥土上。

B.她梦想到盛（shèng）在名贵盘碟里的佳肴C.第二步工作叫掐丝，就是拿扁铜丝粘（nián）在铜胎表面上D.仿佛远处高楼上渺茫的歌声似（sì）的2.下列句子没有错别字的一项是 ( )A.得知我还必需回渡假村，她楞住了B.住宅的寒伧，墙壁的暗淡，家俱的破旧，衣料的粗陋，都使她苦恼C.归来时带着几份鹊跃的心情，一跳一跳就跳过了那些山坡D.丈夫从实验室回来时，孩子们已经做完功课睡觉了3.对下列词语中加点字的解释，不正确的一项是 ( )A.累世（累：连续） 勤能补拙（拙：笨）B.睿智（睿：锋利） 越俎代庖（庖：厨房）C.绵亘（亘：延续不断） 扪心自问（扪：摸）D.自诩（诩：夸耀） 自惭形秽（秽：丑陋）4.下列句子成语使用恰当的一项是 ( )A.贵族老爸们养尊处优的生活场所已消失得杳无音信B.过去有些园名，可以望文生义，如梅园，它的特色是梅C.在孩子们的眼神里，我看到了他们的心悦诚服D.赚钱是每一个生意人众望所归的事5.下列句子没有语病的一项是 ( )A.人脑是一部最奇妙的机器，但它能和平。