基于LabVIEW的數字虛擬芯片構建方法及應用

0 引言
虛擬儀器LabVIEW目前已廣泛應用于測試領域，出發(fā)點和歸宿是“軟件化的真實儀器”。LabVIEW同時又是一個優(yōu)秀的仿真系統(tǒng)，但真正處于仿真目的使用的并不多見，本文提出數字“虛擬芯片”概念，并基于LabVIEW實現仿真運用。
所謂“虛擬芯片”，是在充分利用LabVIEW圖形化語言風格和強大信號處理功能的基礎上，設計具有一定顯示界面的虛擬輸入／輸出端子、能完成相應的數字邏輯運算功能或數字信號處理功能的計算機程序，也就是LabVIEW的VI。應當說這是新時期數字邏輯電路設計、實驗或教學的一種新舉措，基于LabVIEW的數字虛擬芯片和原理圖設計與其他仿真系統(tǒng)相比，不但有自身的特點，也是對虛擬儀器系統(tǒng)LabVIEW應用新領域的拓展和補充。

1 基于LabVIEW實現虛擬數字邏輯電路仿真的可行性及優(yōu)點
由前面板實現數字電路的各種控制和顯示，由程序流程圖實現數字電路的邏輯運算功能，是基于虛擬儀器LabVIEW進行數字邏輯電路仿真設計的基礎。LabVIEW的前面板提供了大量數值、布爾控件。后面板提供了大量的函數模塊，使用這些函數可以很方便地調用或設計出各種門電路、編碼器、譯碼器、運算器、存儲器、觸發(fā)器、定時器、ADC／DAC等數字電路設計中常用的器件模塊。在數字電路中，高電平和低電平2種邏輯狀態(tài)可用前面板中的布爾控件提供；而電路設計中的各種模擬量可以用各種數值型控件及函數信號發(fā)生器產生和提供?；贚abVIEW實現虛擬數字邏輯電路的可行性及優(yōu)點，還表現在以下幾方面：
(1)可充分使用LabVIEW強大的輸入／輸出控件資源
(2)LabVIEW中的圖形化語言風格適合數字電路的邏輯圖構建：
布爾控件圖標與數字邏輯門電路符號相近；圖形化的G語言風格適合邏輯圖的連接。
(3)可開發(fā)通用或專用的數字虛擬芯片庫(模塊庫)
(4)LabVIEW虛擬儀器可實現與外部數據的交換

2 基于LabVIEW的數字虛擬芯片設計方法
下面從一個有異步復位、置位端子的虛擬觸發(fā)器單元設計開始，以LabVIEW中邏輯運算VI作為虛擬“門電路”單元，構建通用數字邏輯芯片、計數器74160虛擬“芯片”，討論并實現該虛擬芯片的仿真應用。
2．1 具備異步復位、置位端的虛擬觸發(fā)器設計
低電平有效的異步置位、復位功能的虛擬JK觸發(fā)器特性方程可表示為：

當滿足約束條件RD+SD=1，即RD、SD不同時為有效電平(邏輯值0)時，這2個端子可作為異步置位端(SD)和異步復位端(RD)，即有：

使用過程中應當注意滿足約束條件(當RD+SD=O時，始終有QN+1=O)。
根據式(1)構建的低電平有效的異步置位、復位功能的JK觸發(fā)器LabVIEW后面板如圖1所示，其異步置位、復位端動作不受同步CP控制，直接實現操作(觸發(fā)器狀態(tài)直接被置位或復位)。為實現CP輸入下降沿有效的動作方式，程序中引入了條件結構控制。當無有效CP邊沿輸入時，輸入觸發(fā)器端子的數據是J=K=“false”，等價于J=K=0，觸發(fā)器處于保持狀態(tài)；只有當有效CP下降沿輸入時，觸發(fā)器才接收輸入控件J，K的數據，實現相應的動作。圖1中左下角部分程序就是實現CP下降沿輸入有效的控制程序部份。

定義圖1中VI的各輸入、輸出端子，編輯好相應的VI圖標，將其保存為一獨立VI文件，最后得到對應的VI圖標及連線如圖2所示。這樣的VI圖標即可看作一個虛擬觸發(fā)器。