基于EWB的数字电路仿真和设计.docx
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基于EWB的数字电路仿真和设计
基于EWB的数字电路仿真和设计
――编码器和译码器部分
前言
在当今电子设计领域，EWB设计和仿真是一个十分重要的设计环节。
在众多的设计和仿真软件中，EWB以其强大的仿真设计应用功能，在各高校电信类专业电子电路的仿真和设计中得到了较广泛的应用。
EWB及其相关库包的应用对提高学生的仿真设计能力，更新设计理念有较大的好处。
EWB最突出的特点是用户界面友好，各类器件和集成芯片丰富，尤其是其直观的虚拟仪表是EWB的一大特色。
EWB包含的虚拟仪表有：
示波器，万用表，函数发生器，波特图图示仪，失真度分析仪，频谱分析仪，逻辑分析仪，网络分析仪等。
而通常一个普通实验室是无法完全提供这些设备的。
这些仪器的使用使仿真分析的操作更符合平时实验的习惯。
本次毕业设计主要是应用EWB软件来进行设计和仿真编码器以及译码器的工作原理、基本应用电路等，并硬件实验调试通过，通过仿真和硬件实验进行结果分析对比。
1EWB的简介
EWB是一种电子电路计算机仿真软件，它被称为电子设计工作平台或虚拟电子实验室，英文全称为ElectronicsWorkbench。
EWB是加拿大InteractiveImageTechnologies公司与1988年开发的，自发布以来，已经有35个国家、10种语言的人在使用。
EWB以SPICE3F5为软件核心，增强了其在数字及模拟混合信号方面的仿真功能。
1.1EWB的软件界面简介
1.EWB的主窗口
图1
2．元件库栏
图2
2.信号源库
图3
3.基本器件库
图4
5.二极管库
指示图5
6.仪器库
图6
1.2EWB的基本操作方法
1.ElectronicsWorkbench基本操作方法介绍
其他操作方法相对简单，下面就常用的仪器举例说明：
1）数字多用表
数字多用表的量程可以自动调整。
下图是其图标和面板。
其电压、
图7
电流档的内阻，电阻档的电流和分贝档的标准电压值都可以任意设置。
从打开的面板上选Setting按钮可以设置其参数。
2）示波器
示波器为双踪模拟式，其图标和面板如下图所示。
其中：
Expand----面板扩展按钮； Timebase----时基控制；
Trigger----触发控制；包括：
①Edge----上（下）跳沿触发
②Level----触发电平 ③触发信号选择按钮：
Auto（自动触发按钮）；A、B（A、B通道触发按钮）；Ext（外触发按钮）
X（Y）position----X（Y）轴偏置；
Y/T、B/A、A/B----显示方式选择按钮（幅度/时间、B通道/A通道、A通道/B通道）；
AC、0、DC----Y轴输入方式按钮（AC、0、DC）。
3）信号发生器
信号发生器可以产生正弦、三角波和方波信号，其图标和面板如下图所示。
可调节方波和三角波的占空比。
图8
4）波特图仪
波特图仪类似于实验室的扫频仪，可以用来测量和显示电路的幅度频率特性和相位频率特性。
波特图仪的图标和面板如下图所示。
波特图仪有IN和OUT两对端口，分别接电路的输入端和输出端。
每对端口从左到右分别为+V端和-V端，其中IN端口的+V端和-V端分别接电路输入端的正端和负端，OUT端口的+V端和-V端分别接电路输出端的正端和负端。
此外在使用波特图仪时，必须在电路的输入端接入AC（交流）信号源，但对其信号频率的设定并无特殊要求，频率测量的范围由波特图仪的参数设置决定。
图9
其中：
Magnitude（Phase）----幅频（相频）特性选择按钮；
Vertical（Horizontal）Log/Lin----垂直（水平）坐标类型选择按钮（对数/线性）；
F（I）----坐标终点（起点）。
2编码器和译码器的工作原理
2.1.编码器电路基本原理
编码器的逻辑功能是将输入的每一个信号编成一个对应的二进制代码。
优先编码的特点是允许编码器同时输入两个以上编码信号，但其只对优先级别最高的信号进行编码。
各信号的优先级别在设计编码器时已被确定。
8线-3线优先权编码器74148有8个信号输入端0、1、2、3、4、5、6、7，输入端为低电平表示有编码信号输入，输入端为高电平表示没有编码信号输入。
有三个代码输出端A2、A1、A0，输出三位二进制代码。
编码器还有一个选通输入端E1，只有当其为低电平时，编码器才能正常工作。
两个扩展输出端GS、E0，用与扩展编码功能。
GS为0表示编码器处于工作状态，且至少有一个信号输入，E0为0表示编码器处于工作状态，且没有信号输入。
8线-3线优先编码器74148的逻辑功能。
图10
编码器的芯片和引脚图
表1
编码器的功能表
2.2译码器电路基本原理
1.电路基本原理
译码器的逻辑功能是将输入的二进制代码译成对应输出高、低电平信号。
3线-8线译码器74138除了三个代码输入端和八个信号输出端外，还有三个控制端G1，G2A`，G2B`，只有当G1=1、G2A`=G2B`=0时，译码器才处于工作状态，否则译码器被禁止，所有输出端被封锁为高电平。
数据分配器的逻辑功能是将一路输入数据，根据其不同的地址分配到不同的通道上去。
如果将3线-8线译码器74138的代码输入作为地址输入，控制端之一作为数据输入端，那么就可以构成一个数据分配器。
在BCD七段显示译码器7447中，D、C、B、A表示输入的BCD代码，OA-OG表示输出的7位二进制代码。
7位二进制代码作为信号，会使七段显示器显示相应的十进制数字。
译码器的芯片引脚
图11
表2
译码器的功能表
3编码器和译码器的EWB仿真实现
3.1编码器的EWB仿真
1）仿真步骤如下
（1）建立8线-3线优先编码器的实验电路，输入信号通过开关接优先编码器输入端，开关由键盘上0-7八个数字键控制。
输出代码由红色逻辑探针监视。
两个扩展输出端GS、E0由绿色逻辑探针监视，如图12所示。
（2）打开仿真开关，通过按数字键，将各输入端依次输入低电平（0），观察输出逻辑探针的变化。
（3）同时输入几个低电平信号，观察各信号优先级别的高低，最终将各信号对应的二进制代码记录下来。
图12
2）仿真结果
图13
3）测试结果及结论
实验结果如表3所示。
可以看出各个引脚对应的编码，并可以看出输入引脚7优先级别最高，输入引脚0优先级别最低。
表3优先编码器74148编码器
输入
输出
01234567
A2A1A0GS
×××××××0
0000
××××××01
0010
×××××011
0100
××××0111
0110
×××01111
1000
××011111
1010
×0111111
1100
01111111
1110
11111111
1111
结论：
与理论对比相符
3.2译码器的EWB操作步骤
1.建立3线-8线译码器74138实验电路。
如图14所示。
调用字符发生器输入三位二进制代码，双击字符发生器，打开字符发生器面板，单击Pattern键，在Pattern对话框中，选择按递增编码Upcounter输出。
用绿色逻辑探针显示输入状态，用红色逻辑探针显示输出状态。
图14
图15
打开仿真开关后，不断单击字符发生器面板上的单步输出Step按钮，观察输出信号与代码的对应关系，并记录下来。
用3线-8线译码器74138构造数据分配器实验电路。
如图15所示。
控制端G2B`作为数据输入端，G2A`接低电平，G1接高电平。
用频率为1Hz的时钟信号源作为数据输入。
用键盘上的A、B、C三个按键分别控制三个开关，提供三位地址输入。
个输入、输出端的状态变化均用逻辑探针观察。
图16
图17
打开仿真开关，用按键依次输入不同的三位地址信号，观察输出信号的变化，并记录结果。
2.建立BCD七段显示译码器7447实验电路。
如图18所示。
调用字符发生器输入四位二进制代码，在字符发生器控制面板中，单击Pattern键，在Pattern对话框中，选择按递增编码Upcounter输出。
BCD七段显示译码器7447输出端七段显示器和逻辑探针用于观察。
图18
2-3
图19
打开仿真器开关后，不断单击字符发生器面板上的单步输出Step按钮，观察七段显示译码器的输出变化，观察七段显示的十进制数字和伪码输入时对应的输出。
记录下输入BCD码对应的七位输出代码。
1．测试结果及结论
（1）3线-8线译码器74138的实验结果如表4所示。
可以看出，三位输入代码共有8种状态组合，对应8个不同的输出信号，输出信号是低电平有效。
表474138的实验结果
输入
输出
CBA
Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7
000
01111111
001
10111111
010
11011111
011
11101111
100
11110111
101
11111011
110
11111101
111
11111110
（2）数据分配器实验电路实验结果如表5所示，对于8种不同的地址输入，输入数据D被分配到不同的输出通道。
表5数据分配器的实验结果
输入
输出
CBA
Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7
000
D1111111
001
1D111111
010
11D11111
011
111D1111
100
1111D111
101
11111D11
110
111111D1
111
1111111D
（3）BCD七段显示译码器7448的实验结果如表6所示。
可以看出七段译码器7448输出是高电平有效，显示器的是与输入BCD码对应的十进制数。
表67448实验电路实验结果
输入
输出
数字
DDDCDBDA
OAOBOCODOEOFOG
0
0000
1111110
1
0001
0110000
2
0010
1101101
3
0011
1111001
4
0100
0110011
5
0101
1011010
6
0110
0011111
7
0111
1110000
8
1000
1111111
9
1001
1110011
结论：
与理论对比相符
四、硬件实验调试
我们根据上面的仿真结果与硬件调试的结果对比，证明结果是相符实验结果和理论的要求。
通过EWB仿真设计和硬件实验对比,我们对集成电路的功能和应用设计有了更深
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