1、MATLAB系統級仿真分析系統級仿真分析電路分析與數字電路應用電路分析與數字電路應用.1MATLABMATLAB系統級仿真分析系統級仿真分析第三次課第三次課 電路分析與數字電路應用電路分析與數字電路應用20132013年春季年春季MATLAB系統級仿真分析系統級仿真分析電路分析與數字電路應用電路分析與數字電路應用.2內容提要內容提要一、電路分析應用一、電路分析應用 1 1、Power System BlocksetPower System Blockset 2 2、應用實例、應用實例二、數字電路應用二、數字電路應用MATLAB系統級仿真分析系統級仿真分析電路分析與數字電路應用電路分析與數字電路

2、應用.3例例1：求圖中結點電壓：求圖中結點電壓V1，V2，V3。模塊庫中沒有直流電流源模塊，可對模塊庫中沒有直流電流源模塊，可對“AC Current Source”模塊進行適當設模塊進行適當設置置模塊庫中沒有單獨的電阻模塊，可對模塊庫中沒有單獨的電阻模塊，可對“Series RLC Branch”模塊進行適當設置模塊進行適當設置Simulink的的“Display”模塊不能直接接模塊不能直接接在被測元件兩端測量電壓，需以在被測元件兩端測量電壓，需以“Voltage Measurement”模塊作為連接模塊作為連接每個模塊都設定了輸入端和輸出端，不每個模塊都設定了輸入端和輸出端，不能更改；如果

3、需要可利用能更改；如果需要可利用“L connector”及及“T connector”模塊增設接線端模塊增設接線端DC電壓源，電壓源，DC電流源，電阻電流源，電阻MATLAB系統級仿真分析系統級仿真分析電路分析與數字電路應用電路分析與數字電路應用.4 模塊庫中沒有直流電流源模塊，可對模塊庫中沒有直流電流源模塊，可對“AC Current Source”模塊進行適當設置：模塊進行適當設置： 說說 明明0cos(2)aAftMATLAB系統級仿真分析系統級仿真分析電路分析與數字電路應用電路分析與數字電路應用.5模塊庫中沒有單獨的電阻、電容、電感模塊，可對模塊庫中沒有單獨的電阻、電容、電感模塊，可

4、對“Series RLC Branch”模塊進行適當設置：模塊進行適當設置：電阻：電阻：R實際值實際值 L0 Cinf電感：電感：R0 L實際值實際值 Cinf電容：電容：R0 L0 C實際值實際值 說說 明明MATLAB系統級仿真分析系統級仿真分析電路分析與數字電路應用電路分析與數字電路應用.6MATLAB系統級仿真分析系統級仿真分析電路分析與數字電路應用電路分析與數字電路應用.7Power System Blockset模塊集模塊集Power System BlocksetPower System Blockset模塊集：一個專用的電路仿真模塊集。模塊集：一個專用的電路仿真模塊集。名稱名稱

5、功能說明功能說明DC Voltage SourceDC Voltage Source直流電壓源直流電壓源AC Voltage SourceAC Voltage Source交流電壓源交流電壓源AC Current SourceAC Current Source交流電流源交流電流源Controlled Current SourceControlled Current Source受控電流源受控電流源Controlled Voltage SourceControlled Voltage Source受控電壓源受控電壓源3-Phase Programmable Voltage 3-Phase Pro

6、grammable Voltage SourceSource可編程三相電壓可編程三相電壓源源3-Phase Source3-Phase Source三相電源三相電源說明：說明：模塊庫中沒有直流電流源模塊，可對模塊庫中沒有直流電流源模塊，可對“AC Current AC Current Source”Source”模塊進行適當設置模塊進行適當設置1. Electrical Sources模塊庫：包含模塊庫：包含7個用于產生電源信號的模塊。個用于產生電源信號的模塊。MATLAB系統級仿真分析系統級仿真分析電路分析與數字電路應用電路分析與數字電路應用.8Power System Blockset模塊

7、集模塊集2. Elements2. Elements模塊庫：包含線性及非線性電路網絡元件模塊，它們分為四模塊庫：包含線性及非線性電路網絡元件模塊，它們分為四類：元件類、導線類、開關電路類和變壓器類，共有類：元件類、導線類、開關電路類和變壓器類，共有2424個模塊，主要為個模塊，主要為電路組成提供各種不同的一般性元件。電路組成提供各種不同的一般性元件。名稱名稱功能說明功能說明Series RLC BranchSeries RLC Branch串聯串聯RLCRLC分支分支Parallel RLC BranchParallel RLC Branch并聯并聯RLCRLC分支分支3-Phase Seri

8、es RLC Branch3-Phase Series RLC Branch三相串聯三相串聯RLCRLC分支分支3-Phase Parallel RLC Branch3-Phase Parallel RLC Branch三相并聯三相并聯RLCRLC分支分支BreakerBreaker一般電路開關一般電路開關Series RLC LoadSeries RLC Load串聯串聯RLCRLC負載負載Parallel RLC LoadParallel RLC Load并聯并聯RLCRLC負載負載說明：說明：模塊庫中沒有單獨的電阻、電容、電感模塊，可對模塊庫中沒有單獨的電阻、電容、電感模塊，可對“Ser

9、ies RLC Branch”Series RLC Branch”模塊進行適當設置模塊進行適當設置MATLAB系統級仿真分析系統級仿真分析電路分析與數字電路應用電路分析與數字電路應用.9Power System Blockset模塊集模塊集3. Power Electronics3. Power Electronics模塊庫：包含功率電子器件模塊，共有模塊庫：包含功率電子器件模塊，共有9 9個模塊。個模塊。名稱名稱功能說明功能說明DiodeDiode二級管二級管Detailed Detailed ThyristorThyristor詳盡型半導體閘流管詳盡型半導體閘流管IGBTIGBT絕緣柵二極

10、管絕緣柵二極管Ideal SwitchIdeal Switch理想開關理想開關Three-Level Three-Level BridgeBridge三相箝位能量轉換器三相箝位能量轉換器ThyristorThyristor半導體閘流管半導體閘流管GtoGto可關斷可控硅可關斷可控硅MosfetMosfet場效應管場效應管Universal BridgeUniversal Bridge通用三相電橋通用三相電橋MATLAB系統級仿真分析系統級仿真分析電路分析與數字電路應用電路分析與數字電路應用.10MosfetMATLAB系統級仿真分析系統級仿真分析電路分析與數字電路應用電路分析與數字電路應用.1

11、1Power System Blockset模塊集模塊集4. Connectors4. Connectors模塊庫：包含各種連接模塊，共模塊庫：包含各種連接模塊，共1010個模塊，用于不同情個模塊，用于不同情況下元器件的連接。況下元器件的連接。名稱名稱功能說明功能說明Bus BarBus Bar（horizehorize）水平連接線水平連接線Bus BarBus Bar（vertvert）垂直連接線垂直連接線Bus BarBus Bar（thin horizthin horiz）細水平連接線細水平連接線Bus BarBus Bar（thin vertthin vert）細垂直連接線細垂直連接線

12、GroundGround（inputinput）接地端（輸入型）接地端（輸入型）GroundGround（outputoutput）接地端（輸出型）接地端（輸出型）NeutralNeutral（inputinput）共享節點（輸入型）共享節點（輸入型）NeutralNeutral（outputoutput）共享節點（輸出型）共享節點（輸出型）L ConnectorL ConnectorL L型導線連接器型導線連接器T ConnectorT ConnectorT T型導線連接器型導線連接器MATLAB系統級仿真分析系統級仿真分析電路分析與數字電路應用電路分析與數字電路應用.12模塊間的連接模塊間

13、的連接每個模塊都設定了輸入端和輸出端，不能更改；每個模塊都設定了輸入端和輸出端，不能更改；如果需要可利用如果需要可利用“L connector”及及“T connector”模塊增設接線端模塊增設接線端 說說 明明MATLAB系統級仿真分析系統級仿真分析電路分析與數字電路應用電路分析與數字電路應用.13Power System Blockset模塊集模塊集5. Measurements5. Measurements模塊庫：包含模塊庫：包含5 5種測量模塊。種測量模塊。名稱名稱功能說明功能說明Voltage MeasurementVoltage Measurement測量電壓值測量電壓值Curr

14、ent MeasurementCurrent Measurement測量電流值測量電流值MultimeterMultimeter測量多個器件、支路的電流電壓值測量多個器件、支路的電流電壓值Impedance MeasurementImpedance Measurement測量電路兩節點間的電阻值測量電路兩節點間的電阻值Three-Phase V-I MeasurementThree-Phase V-I Measurement測量電路中的三相電壓值及電流值測量電路中的三相電壓值及電流值6. Machines模塊庫：包含一些電機模塊，共有模塊庫：包含一些電機模塊，共有16個模塊。個模塊。7. Ex

15、tras模塊庫：包含模塊庫：包含SimPowerSystems模塊庫中模塊庫中各類模塊的擴充模塊。各類模塊的擴充模塊。MATLAB系統級仿真分析系統級仿真分析電路分析與數字電路應用電路分析與數字電路應用.14例例2 測量下圖所示電路的電流測量下圖所示電路的電流I I 電阻、電阻、DC電壓源、電壓源、DC電流源、受控電流源電流源、受控電流源MATLAB系統級仿真分析系統級仿真分析電路分析與數字電路應用電路分析與數字電路應用.15取得控制電流取得控制電流Ix受控電流源受控電流源注意參考方向注意參考方向設置電流增益設置電流增益MATLAB系統級仿真分析系統級仿真分析電路分析與數字電路應用電路分析與數

16、字電路應用.16如圖所示電路中的開關置于如圖所示電路中的開關置于a點已經有相當長一段時間之后，點已經有相當長一段時間之后，突然將開關切換到突然將開關切換到b點，作出相應于時間點，作出相應于時間t的的Vc(t)和和i(t)的波形圖。的波形圖。電阻、電容、電阻、電容、DC電壓源電壓源開關模塊：開關模塊：Elements模塊庫內的模塊庫內的Breaker例例3 3：RCRC電路的響應。電路的響應。MATLAB系統級仿真分析系統級仿真分析電路分析與數字電路應用電路分析與數字電路應用.17 說說 明明開關的仿真模型開關的仿真模型Breaker閉合時電阻值閉合時電阻值Breaker初始狀態：初始狀態：1(

17、close) 2(open)Breaker打開時電阻值打開時電阻值Breaker打開時電容值打開時電容值Breaker狀態轉換時間狀態轉換時間若若Initial state為為1，則第，則第1s時打開，時打開，第第10s時閉合時閉合用于控制開、關均勻間隔時間用于控制開、關均勻間隔時間MATLAB系統級仿真分析系統級仿真分析電路分析與數字電路應用電路分析與數字電路應用.18仿真結果受解算器影響MATLAB系統級仿真分析系統級仿真分析電路分析與數字電路應用電路分析與數字電路應用.19內容提要內容提要一、電路分析應用一、電路分析應用 1 1、Power System BlocksetPower Sy

18、stem Blockset 2 2、應用實例、應用實例二、數字電路應用二、數字電路應用 1 1、組合邏輯電路、組合邏輯電路 2 2、時序邏輯電路、時序邏輯電路MATLAB系統級仿真分析系統級仿真分析電路分析與數字電路應用電路分析與數字電路應用.20例例4 4：搭建：搭建4 4線線1616線譯碼器的仿真模型。線譯碼器的仿真模型。實現方法：利用兩個帶使能端的實現方法：利用兩個帶使能端的38譯碼器構建譯碼器構建416譯碼器。譯碼器。實現步驟實現步驟1：創建：創建38譯碼器譯碼器38譯碼器的真值表如下表所示：譯碼器的真值表如下表所示：X X2 2X X1 1X X0 0Z Z0 0Z Z1 1Z Z2

19、 2Z Z3 3Z Z4 4Z Z5 5Z Z6 6Z Z7 70 00 00 01 10 00 00 00 00 00 00 00 00 01 10 01 10 00 00 00 00 00 00 01 10 00 00 01 10 00 00 00 00 00 01 11 10 00 00 01 10 00 00 00 01 10 00 00 00 00 00 01 10 00 00 01 10 01 10 00 00 00 00 01 10 00 01 11 10 00 00 00 00 00 00 01 10 01 11 11 10 00 00 00 00 00 00 01 1MATL

20、AB系統級仿真分析系統級仿真分析電路分析與數字電路應用電路分析與數字電路應用.21根據真值表可以得出輸出的邏輯表達式：根據真值表可以得出輸出的邏輯表達式：所需模塊：脈沖序列發生器模塊，邏輯操作模塊，示波器模塊所需模塊：脈沖序列發生器模塊，邏輯操作模塊，示波器模塊脈沖序列發生器：脈沖序列發生器：SimulinkSimulink節點下，節點下，SourceSource庫中的庫中的Pulse GeneratorPulse Generator邏輯操作：邏輯操作：SimulinkSimulink節點下，節點下，Math OperationsMath Operations庫中的庫中的Logical Ope

21、ratorLogical Operator示波器：示波器：SimulinkSimulink節點下，節點下，SinksSinks庫中的庫中的ScopeScope0120XXXZ0121XXXZ0122XXXZ0123XXXZ0124XXXZ0125XXXZ0126XXXZ0127XXXZ 例例4：搭建：搭建4線線16線譯碼器的仿真模型。線譯碼器的仿真模型。MATLAB系統級仿真分析系統級仿真分析電路分析與數字電路應用電路分析與數字電路應用.22例例4：搭建：搭建4線線16線譯碼器的仿真模型。線譯碼器的仿真模型。MATLAB系統級仿真分析系統級仿真分析電路分析與數字電路應用電路分析與數字電路應用.

22、23實現步驟實現步驟2：創建具有使能端的：創建具有使能端的38譯碼器譯碼器例例4：搭建：搭建4線線16線譯碼器的仿真模型。線譯碼器的仿真模型。MATLAB系統級仿真分析系統級仿真分析電路分析與數字電路應用電路分析與數字電路應用.24實現步驟實現步驟3：具有使能端的：具有使能端的38譯碼器子系統的建立譯碼器子系統的建立用鼠標選定上圖模型中虛線框圈定的范圍用鼠標選定上圖模型中虛線框圈定的范圍在菜單欄中執行在菜單欄中執行Edit/Create Subsystem命令命令將其輸入端口命名為將其輸入端口命名為A0、A1、A2及及S1，S2，S3， 輸出端口命名為輸出端口命名為Q0Q7選中所創建的選中所創

23、建的38譯碼器子系統譯碼器子系統在菜單欄中執行在菜單欄中執行Edit/Mask Subsystem命令命令實現步驟實現步驟4：子系統的封裝：子系統的封裝例例4：搭建：搭建4線線16線譯碼器的仿真模型。線譯碼器的仿真模型。MATLAB系統級仿真分析系統級仿真分析電路分析與數字電路應用電路分析與數字電路應用.25例例4：搭建：搭建4線線16線譯碼器的仿真模型。線譯碼器的仿真模型。MATLAB系統級仿真分析系統級仿真分析電路分析與數字電路應用電路分析與數字電路應用.26實現步驟實現步驟5：416線譯碼器的搭建。線譯碼器的搭建。38譯碼器只有譯碼器只有3個輸入端，欲對個輸入端，欲對4位二進制代碼進行譯

24、碼，可以選擇任意位二進制代碼進行譯碼，可以選擇任意一個使能端作為第一個使能端作為第4個譯碼輸入端。個譯碼輸入端。所需模塊：譯碼器，脈沖發生器，所需模塊：譯碼器，脈沖發生器，ConstantConstant，邏輯操作，示波器，邏輯操作，示波器MATLAB系統級仿真分析系統級仿真分析電路分析與數字電路應用電路分析與數字電路應用.27MATLAB系統級仿真分析系統級仿真分析電路分析與數字電路應用電路分析與數字電路應用.28MATLAB系統級仿真分析系統級仿真分析電路分析與數字電路應用電路分析與數字電路應用.29基本觸發器模塊介紹基本觸發器模塊介紹觸發器模塊：位于觸發器模塊：位于SimulinkSim

25、ulink Extras Extras節點下的節點下的Flip FlopsFlip Flops模塊庫中。模塊庫中。 包括包括RSRS觸發器，觸發器，JKJK觸發器，觸發器，D D觸發器，觸發器，D LatchD Latch觸發器。觸發器。1. S-R Flip-Flop1. S-R Flip-Flop（RSRS觸發器）觸發器）Memory：位于：位于Simulink節點節點下的下的Discrete模塊庫中，它相模塊庫中，它相當于一個狀態存儲器，在某一當于一個狀態存儲器，在某一時刻它將輸入端輸入的狀態存時刻它將輸入端輸入的狀態存儲，再在下一時刻將該狀態從儲，再在下一時刻將該狀態從其輸出端輸出。其

26、輸出端輸出。Logic：SimulinkMath OperationsCombinatorial Logic，用來實現一個真值表的，用來實現一個真值表的查詢。該查詢。該RS觸發器模塊中，觸發器模塊中，Truth table的數值設置如下的數值設置如下0 1;1 0;0 1;0 1;1 0;1 0;0 0;0 0，在這個序列中，每兩個數值為一組，每組數值之間用；隔開，每組數據的前一數，在這個序列中，每兩個數值為一組，每組數值之間用；隔開，每組數據的前一數值代表值代表Q的值，后一數值代表的值，后一數值代表!Q的值，的值，Mux的的3個輸入端決定對真值表的選擇。個輸入端決定對真值表的選擇。MATLA

27、B系統級仿真分析系統級仿真分析電路分析與數字電路應用電路分析與數字電路應用.302. J-K Flip-Flop2. J-K Flip-Flop（JKJK觸發器）觸發器）JK觸發器模塊的內部電路結構與觸發器模塊的內部電路結構與RS觸發器模塊十分相似，最大的不同是觸發器模塊十分相似，最大的不同是在空白處多添加了一個在空白處多添加了一個Trigger模塊。模塊。Trigger模塊位于模塊位于Simulink節點下的節點下的Ports & Subsystems模塊庫中，用于模塊庫中，用于對所在子系統所含功能的觸發。對所在子系統所含功能的觸發。JK觸發器模塊中觸發器模塊中Trigger的觸發類型為下降

28、的觸發類型為下降沿觸發。沿觸發。Trigger模塊的輸入信號是從模塊的輸入信號是從CLK端輸入的，只有端輸入的，只有CLK在下降沿發在下降沿發生作用時，生作用時，JK模塊才會被激發。模塊才會被激發。Logic的的Truth table的數值設置如下的數值設置如下0 1;0 1;1 0;1 0;1 0;0 1;1 0;0 1基本觸發器模塊介紹基本觸發器模塊介紹MATLAB系統級仿真分析系統級仿真分析電路分析與數字電路應用電路分析與數字電路應用.313. D Flip-Flop3. D Flip-Flop（D D觸發器）觸發器）D觸發器模塊的內部電路結構主要包含一個實現觸發器模塊的內部電路結構主要

29、包含一個實現NOT功能的功能的Logical Operator模塊，一個模塊，一個Trigger模塊，一個被命名為模塊，一個被命名為C的的Enable Port模塊。模塊。Qn+1DD觸發器是觸發器是!CLR端的輸入信號為端的輸入信號為1時，時，CLK的輸入信號在上升沿時發生作用。的輸入信號在上升沿時發生作用。D Latch觸發器與觸發器與D觸發器的不同在于，它的內部少了一個觸發器的不同在于，它的內部少了一個Trigger模塊，模塊，相應輸入端也少了相應輸入端也少了CLK端口。端口。Trigger模塊和模塊和Enable Port模塊位于模塊位于Simulink節點下的節點下的Ports&Su

30、bsystems模塊庫中，用于為子系統添加觸發端和使能端。模塊庫中，用于為子系統添加觸發端和使能端。D觸發器模塊中觸發器模塊中Trigger的觸的觸發類型為上升沿觸發。發類型為上升沿觸發。Enable Port模塊的對應輸入端是模塊的對應輸入端是!CLR端口。端口。基本觸發器模塊介紹基本觸發器模塊介紹MATLAB系統級仿真分析系統級仿真分析電路分析與數字電路應用電路分析與數字電路應用.32雙向移位寄存器雙向移位寄存器例例5：以四位雙向移位寄存器為例，假設左移、右移輸入信號分別為：以四位雙向移位寄存器為例，假設左移、右移輸入信號分別為SL和和SR右移寄存器的激勵函數為右移寄存器的激勵函數為 D0SR，D1Q0，D2Q1，D3Q2左移寄存器的激勵函數為左移寄存器的激勵函數為 D3SL，D2Q3，D1Q2，D0Q1將左、右移四位寄存器結合在一起，加上控制信號將左、右移四位寄存器結合在一起，加上控制信號X，就可組成雙向移位，就可組成雙向移位寄存器，寄存器，X1時左移，時左移，X0時右移，其激勵函數為時右移，其激勵函數為23QXXSDL132QXXQD021QXXQDRSXXQD10MATLAB系統級