1、目 录1 绪论 .11.1 设计背景 .12 电路分析 .22.1 2-4 功能分析 .22.2 2-4 译码器逻辑图 .33 系统建模与仿真 .43.1 建模 .43.2 仿真波形 .54 仿真结果分析 .85 小结与体会 .9参考文献 .10武汉理工大学基础技能强化训练课程设计说明书11 绪论1.1 设计背景在数字系统中，经常需要将一中代码转换为另一种代码，以满足特定的需求，完成这种功能的电路称为码转化电路。译码器就属于其中一种。而译码就是编码的逆过程，它的功能是将具有特定含义的二进制码转换成对应的有效输出信号，具有译码功能的的逻辑电路称为译码器。而 2-4 译码器是唯一地址译码器，是将一
2、系列的代码转换成与之一一对应有效的信号。常用于计算机中对存储单元地址的译码，因此，设计 2-4 译码器具有很强的现实意义。1.2 matlab 简介MATLAB 是由美国 mathworks 公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。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（如 C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。它主要由 MATLA
3、B 和 Simulink 两 大 部 分 组 成 。 本 设 计 主 要 采 用 simulink 进 行 设 计 与 仿 真 。Simulink 是 MATLAB 最 重 要 的 组 件 之 一 ， 它 提 供 一 个 动 态 系 统 建 模 、 仿 真 和 综 合 分 析的 集 成 环 境 。 在 该 环 境 中 ， 无 需 大 量 书 写 程 序 ， 而 只 需 要 通 过 简 单 直 观 的 鼠 标 操 作 ，就 可 构 造 出 复 杂 的 系 统 。 Simulink 具 有 适 应 面 广 、 结 构 和 流 程 清 晰 及 仿 真 精 细 、 贴近 实 际 、 效 率 高 、 灵
4、 活 等 优 点 ， 并 基 于 以 上 优 点 Simulink 已 被 广 泛 应 用 于 控 制 理 论和 数 字 信 号 处 理 的 复 杂 仿 真 和 设 计 。 同 时 有 大 量 的 第 三 方 软 件 和 硬 件 可 应 用 于 或 被 要求 应 用 于 Simulink。 掌 握 这 个 软 件 的 应 用 具 有 十 分 重 要 的 意 义 。武汉理工大学基础技能强化训练课程设计说明书22 电路分析2.1 2-4 译码器功能分析2-4 译码器有 2 个输入端，4 个输出端和一个使能端。在使能端为有效电平时，对应每一组输入代码，只有其中一个输出端为有效电平，其余输出端则为相反
5、电平。输出信号可以是高电平有效，也可以是低电平有效。具体来说，2 输入变量，A1 ，A0 共有 4 种不同状态组合，因而译码器有 4 个输出信号 0 3 并且输出为低电平有效，其真值表如表 1 所示表 1 2-4 译码器真值表输入 输出 A0 A1 Y0 Y1 Y2 Y310000X0011X 010110111110111110111111另外设置了使能控制器 ，当其为 1 时，无论 A1， A0为何种状态输出全为 1，译码 器处于非工作状态。而当 为 0 时，对应的 A1， A0的某种状态组合，其中只有一个输出为0，其余各输出量均为 1.例如，A1 A0=00，输出 0为 0， 0 3均为
6、 1.由此可见，2-4 译码 器是通过输出端的逻辑电平以识别不同的代码。而根据此，可写出其各输出端的逻辑表达式0= （1）101= （2） 1A02= （3） A1 0 3= （4）A1A0武汉理工大学基础技能强化训练课程设计说明书32.2 2-4 译码器逻辑图由上面的分析可得 2-4 译码器的逻辑图图 2 2-4 译码器逻辑图武汉理工大学基础技能强化训练课程设计说明书43 系统建模与仿真3.1 建模 在了解 2-4 译码器逻辑图与表达式后，可在 simulink 中建立模型并仿真。首先对应电路的原理框图，利用框图在 simulink 的 mdl 文件里画出原理图，调整原理图里的每个模型的参数
7、，使之符合所需的要求。再进行连线， 开始仿真，在 scope 和 fft scope 里面看波形是否符合预想标准。2-4 译码器的仿真模型如图 3 所示。图 3 2-4 译码器仿真模型武汉理工大学基础技能强化训练课程设计说明书5如图 3 所示，constant 表示 的值，为了使译码器能正常工作，将 constant 值设为1。Pulse generator 1 与 2 是 2 输入端，表示 A1， A0的电平显示，通过它们可以显示连续的脉冲，观察输出的波形。通过设定 00,01,10,11 这四种情况，观察模型是否能正常工作。再连线 3 个 2 输入与非门与 4 个三输入与非门。最后的输出接
8、 scope，观察显示的波形。3.2 仿真波形当使能端 为 1 时，仿真波形如图 4 所示 图 4 使能端 为高电平波形图武汉理工大学基础技能强化训练课程设计说明书6对应的输出波形如图 5 所示图 5 对应使能端为高电平时输出波形而当设定使能端为低电平，设定其 2 输入端的输入波形如下，含有 11,01，10,00 四种情况，如图 6 所示图 6 输入端的输入波形武汉理工大学基础技能强化训练课程设计说明书7由 Y0，Y1，Y2，Y3 观察到的波形如图 7 所示图 7 输出端的输出波形武汉理工大学基础技能强化训练课程设计说明书84 仿真结果分析通过建立的模型，通过输入的波形可以检查模型是否符合预
9、订设计要求，可以通过改变 pulse generator 的周期来实现不同的波形输入。当使能端 =1 时，如图 4 所示，由逻辑表达式分析可知，无论输入如何，对应的各输出 Y0，Y1，Y2，Y3 均为 1。对应的输出波形如图 5 所示，可以看出，对应的 4 个输出均为 1，符合预期的要求。当使能端 =0 时，通过改变 2 个 pulse generator 的周期来控制 A1 ，A0 不同情况下的输入，如图 6 所示，周期性的输入为 00,01,10，11，从而观察对应的输出波形。由 2-4 译码器的逻辑表达式可求的在上述 Y0，Y1，Y2，Y3 输出情况下的输出顺序应为1110，1101,1
10、011,0111，并作周期性变化。与对应的输出波形图 7 相比较，完全符合上述要求，与预期结果相符的，模型完全正确，达到预期效果。武汉理工大学基础技能强化训练课程设计说明书95 小结与体会MATLAB 软件功能强大，本设计是运用 MATLAB 来设计 2-4 译码器电路，这只是它的一个简单的应用，MATLAB 还在多方面有应用，如数学和计算算术发展模型；模拟仿真和原型；数据分析，开发和可视化；科学和工程图形；应用发展包括图形用户界面设计等方面。由于时间问题，不能一一举例，只有自己在以后的学习中慢慢学习，自己探索，更好的掌握这款软件。MATLAB 语言是一种简单，高效，功能极强的高级语言，且具有
11、强大的矩阵运算能力和极高的编程效率，这一方面使得 MATLAB 程序可以被高度向量化，另一方面使得程序易读易写。MATLAB 已变得非常普及。通过这几天对 MATLAB 的学习，对其有了一个大致的认识并能简单的应用，解决一些简单的线性代数及电路问题，当然在今后的学习中，还会加强自己对这款软件的学习，应为这款软件应用太广，且自己对语言会，而且有线性代数的基础，个人认为掌握MATLAB 这款软件不是问题。通过对 MATLAB 这款软件在以后的专业课学习中的应用很广泛，掌握好 MATLAB，为以后的专业课学习将有很大的帮助。通过基本设计电路介绍了如何应用 MATLAB 语言编程的方法来对电路进行分析和设计与仿真。该方法不仅可以节约计算时间、方便地调试电路参数,而且还可以非常直观地观察和测量电路中的电压、电流和功率等物理量。结论表明，MATLAB 提供了高效简洁的编程方法, 其强大而简易的绘图功能、矩阵和数组运算能力以及很强的扩充性，能充分满足基本电路分析、计算的需要，从而可以大大地提高计算精度和工作效率，在电路理论学科研究与工程实践中具有很好的应用价值。
