[发明专利]一种数字电路自动设计与实验仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数字电路自动设计与实验仿真方法，属于数字电路实验自动设计和仿真的技术领域。

背景技术

通常人们在做数字电路实验时，先分析实验，根据实验要求列出真值表，写出表达式并化成最简逻辑表达式，然后用所选器件或指定器件实现最简逻辑表达式，画出原理图，再按照该原理图在实验箱上完成电路连接，最后验证输入输出关系。如果二者逻辑关系不正确，则检查电路连线与设计好的原理图是否一致，如果不一致则修改设计，如果一致则需要在实验箱的电路上纠错，但是纠错比较复杂：要检查是否有漏线、器件损坏、设计问题等等，实际实验过程中常常无从查起，以致实验无法在规定的时间内完成。鉴于以上问题，如果在实验之前先在计算机上进行自动设计和实验仿真，得出目标电路图，并给定输入进行仿真，验证设计是否正确，若不正确则修改设计，直到正确为止，然后再按照正确的电路图在实验箱上连接电路。这样，就可以快速完成实验，如果再遇到问题，则可以排除设计问题，只需检查连线是否正确、是否有漏线以及所用器件是不是完好。通过这种自动设计与实验仿真方法，不仅便于纠错，还省去了画原理图的麻烦，使数字电路设计实验更简单方便。此类方法是现有数字电路自动设计与实验仿真实验中所亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种数字电路自动设计与实验仿真方法。本发明的目的是为了方便人们进行数字电路设计实验，利用本发明做电路实验时，计算机先根据输入的逻辑表达式自动选择器件并进行人工调整，自动绘制出逻辑电路图，并给出所用器件的输入/输出管脚标注，验证设计正确后，实验人员便可按照仿真图上器件的管脚对应关系在实验箱上将器件连接起来，本发明针对设计新的数字电路进行实验时，实验过程简便快捷，便于研究。

本发明的技术方案如下

发明概述：

一种数字电路自动设计与实验仿真方法，该方法根据数字电路实验的基本步骤，借助计算机自动设计电路图并进行仿真，将电路图和仿真结果显示在屏幕上。在设计过程中计算机根据提供的逻辑表达式自动选择所需器件，并自动绘制逻辑电路图，当给定输入信号后，自动显示每个器件的输出结果和电路最终输出结果。选择器件时也可以根据实际情况直接从器件库中人工选定所需器件。

发明详述：

一种数字电路的自动设计与实验仿真方法，包括步骤如下：

(1)输入逻辑表达式：将实验要求的最简表达式化成能用指定器件实现的逻辑表达式，实验人员将该逻辑表达式输入计算机；所述的逻辑表达式包括与(&)、或(|)、非(！)、异或(^)四个逻辑运算符、括号（（））和字母表示的变量组成；

(2)自动或人工选择器件：预置器件库，所述器件库包括全部数字集成电路元器件；器件与器件功能关系式或状态方程一一对应，所述的功能关系式与状态方程包括逻辑符号、括号和变量，该变量在本发明中称为形式变量；

a.计算机根据输入的逻辑表达式自动从器件库里选择器件:当读取输入的逻辑表达式后，将逻辑表达式与器件的功能关系式或状态方程对比，当二者的对应关系一致时，则选出该器件，否则排除该器件；逻辑表达式中的逻辑符号确定所选器件的类型，对比结果一致时，则将逻辑表达式中的实际变量带入器件功能关系式或状态方程中代替其形式变量，使器件具有实际意义；当一种逻辑功能对应选出了多个器件时，则人工根据实验要求或器件的实际供应情况筛选出最匹配的器件；

b.除了以上a中所述自动选择器件的方式外，人工根据逻辑表达式直接从器件库中选择器件；

根据本发明优选的，所述步骤a中“将逻辑表达式与器件功能关系式或状态方程对比”的方法为：计算机扫描输入的逻辑表达式，找出逻辑运算中优先级最低的逻辑运算符并判断该运算符的个数，根据运算符类型确定所选器件的类型，根据运算符的个数确定所选器件的个数；然后按照上述方法判断并确定剩余运算符中优先级最低的一个，选出实现该运算符功能的器件，以此类推进行器件选择直到选出最后一个器件。

(3)自动绘制逻辑电路图及显示管脚标注：选择好器件后，计算机根据逻辑表达式的逻辑关系自动将所选器件按照逻辑表达式的运算顺序连接起来，自动绘制出逻辑电路图；同时，在逻辑电路图中标出每个器件的输入表达式和输出表达式，若一个器件的输出是另一个器件的输入，则此两个器件使用同一个表达式；