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基础强化训练
学号：
0121011360101
基础强化训练
题目
MATLAB在“JK触发器”中的应用
学院
自动化学院
专业
自动化
班级
自动化1001
姓名
指导教师
李浩
2012
年
7
月
7
日
摘要
MATLAB是一款功能非常强大的数学软件，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，主要包括MATLAB与simulink两大部分。
本文主要介绍MATLAB在数字电子技术方面的应用，采用MATLAB2009a（MATLAB7.8.0）为软件工具，以simulink6.0工具箱为仿真工具，以JK触发器作为主要介绍对象进行数字电路在MATLAB中的仿真运行。
通过此次仿真达到熟练运用MATLAB与simulink处理电子电路方面的问题，学会排查电路故障，强化专业技能。
关键词：
MATLABsimulink仿真JK触发器
JK触发器在MATLAB中的仿真分析
1JK触发器理论分析与归纳总结
1.1JK触发器的逻辑电路简介
JK触发器内部采用与或非电路结构，属于下降沿触发的触发器，可分为边沿JK触发器、边沿型JK触发器与主从JK触发器，它们三者的状态转移真值表、特征方程、状态转移图及激励表与主从JK触发器完全一致。
下面以主从JK触发器为例介绍JK触发器的内部结构与功能。
主从JK触发器是在主从RS触发器的基础上组成的，如图1所示。
图1
在主从RS触发器的R端和S端分别增加一个两输入端的与门G11和G10，将Q端和输入端经与门输出为原S端，输入端称为J端，将Q端与输入端经与门输出为原R端，输入端称为K端。
1.2JK触发器的逻辑功能
由上面的电路可得到S=JQ,R=KQ。
代入主从RS触发器的特征方程得到：
将所有可能情况罗列如下。
J=1K=0时，=1；
J=0K=1时，=0；
J=K=0时，=；
J=K=1时，=；
列写JK触发器的真值表，如表1所示。
表1
J
K
说明
0
0
0
0
输出状态不变
0
0
1
1
0
1
0
0
恒为0
0
1
1
0
1
0
0
1
恒为1
1
0
1
1
1
1
0
1
输出状态与原状态相反
1
1
1
0
1.3JK触发器的功能总结
对JK触发器归纳为以下几点：
JK触发器具有置位、复位、保持（记忆）和计数功能；
JK触发器属于脉冲触发方式，触发翻转只在时钟脉冲的负跳变沿发生；
不存在约束条件，但存在一次变化现象；
产生一次变化的原因是因为在CP=1期间，主触发器一直在接收数据，但主触发器在某些条件下（Q=0，CP=1期间J端出现正跳沿干扰或Q=1，CP=1期间K端出现正跳沿干扰），不能完全随输入信号的变化而发生相应的变化，以至影响从触发器状态与输入信号的不对应。
2电路分析
在如图2所示的电路中，给图中三个JK触发器依次命名F0，F1，F2。
在该数字电路图中，各JK触发器的J，K始终相等。
依JK触发器的逻辑图知，J=K=1时，JK触发器输出=,为一反向器；J=K=0时，=，保持逻辑值。
图2
依该电路图可列出其状态方程。
，，
=+=+
画出该时序电路的状态转换表，如表2所示。
表2
C
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
1
0
1
1
0
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
1
0
1
0
1
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
1
0
1
1
0
1
0
0
0
1
0
0
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
状态转换图如图3所示。
图3
3该电路在MATLAB中的分析
3.1连接电路图
在MATLAB主界面CommendWindow中输入“Simulink”即可启动Simulink仿真工具箱。
在弹出的SimulinkLibraryBrowser窗口中寻找JK触发器（JKFlip-Flop）、逻辑与运算符（LogicalOperator）、信号源（Constant）、时钟信号（Clock）以及示波器（Scope）等子模块。
其中JK触发器在SimulinkExtra工具箱中，逻辑与运算符、信号源、时钟信号及示波器均在Simulink工具箱中。
找到各子模块后，将它们拖动到新建窗口JK中。
按照所给的电路图依次连线。
连接后如图4所示。
图4
3.2设置参数
图4的电路图仅仅只是粗糙的电路图，还需要通过修改各个参数增强其功能。
双击信号源Constent，在弹出的SourceBlockParameters：
Constant窗口中，在main框中输入“1”，在SignalAttributes框中的Outputdatatype中选择“Boolean”，表示选用布尔代数逻辑体系。
双击时钟信号Clock，在弹出的SourceBlockParameters：
Clock窗口中，在Period框中输入“2”，表示以2秒为一个周期。
双击示波器Scope，在弹出的Scope窗口中，点击上排菜单栏的第二个，弹出’Scope’parameters对话框。
在Numberofaxes中输入“5”，表示接收5个信号。
在Timelabels中选择“all”。
修改好后点击“OK”回到Scope窗口。
在窗口中出现的5个坐标图中，右键单击选择Axesproperties…。
在弹出的’Scope’properties：
axis2对话框中，Y-min中输入“-1”，Y-max中输入“1”。
在title中输入“Clock”,点击“OK”即可。
同理修改剩下的4个坐标图，只是在title中分别输入“Q0”、“Q1”、“Q2”、“C”。
这5个坐标图分别观察时钟信号、Q0、Q1、Q2、C的数值。
单击JK窗口上方simulation,选择ConfigurationParameters…。
打开后在所给窗口中的Solveroptions中的solver选项改为Discretenocontinuousstates,表示仿真对象为离散系统。
选择仿真时间为20.0秒，至此参数修改完毕。
此外为了增强电路性能，在三个JK触发器的非门输出端增加了输出端接口。
3.3完善电路
参数修改完毕后并不意味着电路已经全部正确。
此时应返回到工作的JK窗口。
此时示波器显示了5个输入端。
5个输入端按照从上往下的顺序依次连接时钟信号、Q0、Q1、Q2、C。
至此电路才算真正连接完毕。
如图5所示。
图5
4程序运行
在时序电路图中，因JK触发器的记忆功能，需要分析各JK触发器的初态值。
更改方法为依次双击各个触发器，在弹出的对话框中输入“0”或者“1”，表示其初值为逻辑低电平或者逻辑高电平。
输入后单击JK窗口菜单栏中的三角符号，表示运行仿真（Startsimulation），再双击示波器即可查看各处逻辑值。
4.1=0,=0,=0时如图6所示。
图6
4.2=0,=0，=1时如图7所示。
图7
4.3=0，=1，=0时如图8所示。
图8
4.4=0，=1，=1时如图9所示。
图9
4.5=1，=0，=0时如图10所示。
图10
4.6=1，=0，=1时如图11所示。
图11
4.7=1，=1，=0时如图12所示。
图12
4.8=1，=1，=1时如图13所示。
图13
5结果分析
以上各示波器图基本一致，只是触发器的初始值不同而导致波形向左右方向偏移。
通过观察波形图知，所得逻辑值与理论分析完美吻合，实现了数字电子器件JK触发器在MATLAB中的正确仿真，得到正确的结果，简化了手工理论计算的复杂程度，形象地展现了数字电子器件的波形图，巩固了MATLAB知识。
6心得体会
我接触MATLAB的时间比较长了，最开始是在大学里面的计算方法选修课上了解了一些，学了些基础的命令。
后来参加过一次数学建模，又自学了点。
而后由于所学的专业课程较为繁重，加上临近期末需要复习各个学科，也就很少抽出时间去认真研读MATLAB，对于MATLAB也仅仅局限于入门水平。
现在的暑期基础强化训练正好给了我学习MATLAB的好机会。
由于底气不足，所以我没有直接做题，而是在整个暑假都在看MATLAB的书籍，认真阅读各个相应知识点，并努力消化，之后再尝试做题。
在初步连接好电路图后便开始运行仿真，结果出现了很多错误，看书之后才知道自己没有进行参数的设置。
为了学会Simulink仿真工具箱的参数修改，我啃了不下五本书，真正做到了字字斟酌的地步。
最终将问题成功化简。
类似的问题还有很多，都是通过自己努力看书才学会的。
做完所有的工作，回过头来才发现自己长了不少知识。
通过此次基础强化训练，我对MATLAB的操作有了很大的进步，熟悉了各个函数的功能，学会了如何编程解决问题。
特别是在Simulink部分，真正学会了如何运用先进的数学软件处理电子方面的复杂问题，将我从繁杂的手工计算中解脱出来，体会到科技带来的无限魅力。
同时也发现各个教学软件都有相通的部分。
比如大一期间学的计算机程序设计基础的C语言，就和MATLAB的语法基本一致，因为MATLAB的内核就是采用C语言编写的，不过MATLAB的语言要比C语言简单些。
此外MATLAB还有C语言所没有的图形绘画、仿真等功能，真正实现软件一体化。
MATLAB是一款强大的数学软件，对于我所学习的电气工程专业定有非常强大的作用。
今后我要好好在MATLAB上面下功夫，争取做到娴熟运用！
参考文献
1张德丰MATLAB在电子信息工程中的应用北京：
电子工业出版社2009年6月
2苏金明阮沈勇MATLAB实用教程北京：
电子工艺出版社2008年2月
3张亮郭仕剑王宝顺贺兴华等MATLAB7.X系统建模与仿真人民邮电出版社2006年11月
4曹炎MATLABR2006a基础篇化学工业出版社2008年2月
5张志涌精通MATLABR2011a北京航空航天大学出版社2011年11月
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