Multisim在數(shù)字電路中的應用new

1、電子信息工程學院論文Multisim 在數(shù)字電路中的應用姓 名： 吳旭 學 號： 00812018 指導教師： 武慧娟 完成時間： 2011,10,12 - 22 -目錄緒論- 2 -第一節(jié) 數(shù)字電路系統(tǒng)的基本儀器- 3 -1.1 利用邏輯轉換儀設計全加器：- 3 -1.1.1 D的設計：- 4 -1.1.2 進位S設計- 4 -1.1.3 將S與D電路組合- 5 -1.1.4 利用邏輯轉換儀驗證- 6 -1.2 邏輯分析儀：- 7 -1.3 字信號發(fā)生器：- 10 -1.3.1 編碼器：- 11 -1.3.2 譯碼器：- 12 -第二節(jié) 555定時器- 15 -1.1 由555定時器構成的多

2、諧振蕩器- 16 -2.1.1 重點理論- 16 -2.1.2 仿真過程- 17 -2.2 由555定時器構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器- 19 -2.2.1 重點理論- 19 -2.2.2 仿真過程- 20 -結論- 22 -參考文獻- 23 -內(nèi)容摘要： 數(shù)字電子技術的理論學習過程中存在兩點不足：一是學生是被動接受電路原理和運行結果，不能完全理解電路工作過程，學習積極性沒有完全激發(fā)出來；二是在有限的學時內(nèi)，實驗內(nèi)容只能是有選擇性的，不能夠面面俱到。在Miltisim中提供了3個在數(shù)字電路試驗中重要的儀器：邏輯轉換儀、邏輯分析儀、字信號發(fā)生器，利用它們我們可以實現(xiàn)如全加器、計數(shù)器、編碼器、解碼器等一系列

3、從基本門電路到較為復雜的數(shù)字電路系統(tǒng)的設計、模擬與仿真。555定時器是一種多用途的數(shù)字模擬混合集成電路，它性能優(yōu)良，適用范圍廣，在外部加接少量阻容元件就可以構成多諧振蕩器及單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，廣泛應用于脈沖波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制等方面。Multisim軟件可以方便地建立各種設計電路，不需要昂貴的實驗設備，計算機可以提供安全有效的設計環(huán)境，其電路結構及設計觀念可以很容易地被修改；Multisim軟件具有形象且易于掌握的優(yōu)點，特別適合于高校培養(yǎng)學生的動手能力，而且加強了學生對電子電路的分析、綜合能力，有利于提高學生的創(chuàng)新能力。關鍵字：Multisim 邏輯轉換儀 邏輯分析儀 字信號發(fā)生器 555定

4、時器 緒論 數(shù)字電子技術是電氣、電子信息類專業(yè)本科生在電子技術方面入門的必修基礎課程，該課程既有抽象的理論分析又有較具體的實踐應用，同時也是聯(lián)系模擬電路和各門技術課程的紐帶，在本科教育中起著重要作用。數(shù)字電子技術需要課后通過實驗鞏固所學知識，鍛煉實際操作能力。但是在有限的學時內(nèi)，實驗內(nèi)容只能是有選擇性的，不能夠面面俱到。如果將電子電路計算機仿真和EDA等新技術引入到學習過程中，就可以接受理論知識的同時，通過仿真軟件運行觀察電路的功能和特性，加深對電路的理解，更容易掌握所學的內(nèi)容，從而提高學習的興趣。此外，在掌握基本電路的結構和特點后，還可以嘗試通過仿真軟件對電路進行局部改進或設計簡單電路，提高

5、創(chuàng)新能力。Multisim是一個用于電路設計和仿真的EDA工具軟件，其功能強大，具有形象生動的仿真效果，是電子類專業(yè)學生的主要實驗軟件之一。美國NI公司推出的Multisim最新版本是Multisim 11.0。它具有如下特點：(1)界面友好，操作方便；(2)元器件庫和測試儀器豐富；(3)仿真和分析功能強大。該軟件是基于Window操作系統(tǒng)，學生掌握和使用并不困難，另外，在軟件上進行練習，沒有任何元件和輔料的損耗，儀表也不存在損壞的問題，實驗成本大大降低。第一節(jié) 數(shù)字電路系統(tǒng)的基本儀器1.1 利用邏輯轉換儀設計全加器： （圖1.1 邏輯轉換儀）邏輯轉換儀主要功能有：a. 將邏輯電路轉換成真值表

6、；b. 真值表與邏輯表達式（最簡邏輯表達式）的相互轉換；c. 將邏輯表達式轉換成邏輯電路及與非門邏輯電路。邏輯轉換儀的應用舉例全加器電路的設計：輸 入輸 出ABCDS0000000110010100110110010101011100111111 （表1-1 全加器真值表） A被加數(shù) B加數(shù) C低位的進位輸入 D和 S向高位的進位 由于邏輯轉換儀只有一個輸出，所以需要將D與S分別設計：1.1.1 D的設計：由于邏輯轉換器無法將真值表直接生成與非門邏輯電路，所以需要首先點擊轉換成最簡邏輯表達式，再點擊由程序自動設計出D得邏輯電路。(圖1.2 D最簡邏輯表達式轉換結果）(圖1.3 D的邏輯電路）1

7、.1.2 進位S設計 以相同的方式設計S的電路得到如下：(圖1.4 S的最簡邏輯表達式） （圖1.5 S的邏輯電路圖）1.1.3 將S與D電路組合將D電路和S電路分別設計成子電路，組合成一個完整電路:通過“放置（P)”菜單中的“放置子電路”選項分別設計D子電路和S子電路，并且組合：（圖1.6 全加器）1.1.4 利用邏輯轉換儀驗證利用邏輯轉換儀按鈕對該全加器電路邏輯分析：（圖1.7 仿真結果）透過對比圖1.1.8所示結果與圖1.1.2所示真值表，得到如下結論：該全加器完全符合其設計要求的邏輯關系。1.2 邏輯分析儀：（圖1.8 邏輯分析儀）邏輯分析儀的可以同時對16路數(shù)字邏輯信號高速采集和時序

8、分析。邏輯分析儀應用實例同步計數(shù)器：利用同步二進制計數(shù)芯片74LS163設計簡單二進制計數(shù)器，要求計數(shù)范圍511，而且循環(huán)計數(shù)；說 明/CLR/LOADCLKENTENPQDQCQBQARCO1111計數(shù)10DBCA數(shù)據(jù)置入O0000清零011111（表1-2 74LS163N的真值表)由已知得到該邏輯顯示范圍為是，可見當時，重新數(shù)據(jù)置入，可見需要一個與非門控制數(shù)據(jù)的置入，故在設計中加入74LS10N。計數(shù)順序電路狀態(tài)等效十進制10101520110630111741000851001961010107101111(表1-3 電路狀態(tài)轉換表）設計電路圖如下：(圖1.9 設計電路圖）為了使實驗現(xiàn)

9、象更加直觀，則設置函數(shù)發(fā)生器參數(shù)為：幅度為,占空比為，頻率為。并且在儀器界面的時鐘區(qū)選擇設置按鈕在彈出對話框中設置時鐘頻率為：（圖1.10 設置）利用邏輯分析儀分析函數(shù)發(fā)生器輸入的時鐘和輸出結果，并且利用記錄分析儀所得的邏輯關系：（圖1.11 記錄結果） （圖1.12 邏輯分析儀界面顯示）觀察圖1.2.6與圖1.2.7所示結果與圖十2所示邏輯轉換關系，分析后得到：該電路可以實現(xiàn)5到11的計數(shù)功能。1.3 字信號發(fā)生器：字信號發(fā)生器是能夠產(chǎn)生32路（位）同步邏輯信號的多路邏輯信號源，可用于對數(shù)字邏輯電路的測試。字信號發(fā)生器的應用編碼器和譯碼器的邏輯功能的測試： （圖1.13 字信號發(fā)生器）1.3

10、.1 編碼器：輸 入輸 出1111111111111001100101110111000011110010111110100111111011011111111000111111111010111111111110表1-4 74LS147的功能表）為了仿真驗證74LS147N的邏輯功能，構建仿真電路，如圖1.3.4所示，其中數(shù)據(jù)輸入端，用字信號發(fā)生器為其收入數(shù)據(jù)，如圖1.3.3所示；編碼輸出端接4個發(fā)光二極管,顯示其輸出狀態(tài)，當二極管點亮時，表示狀態(tài)“1”，當二級管熄滅時，表示狀態(tài)“0”。（圖1.14 編碼器仿真實驗電路）（圖1.15 字信號發(fā)生器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)）某時刻的仿真結果如圖1.3.3所示

11、，通過在字信號發(fā)生器工作界面設置斷點的的方法，觀察發(fā)現(xiàn)仿真結果完全符合圖1.3.2所示功能邏輯。1.3.2 譯碼器：為了仿真驗證74LS148N的邏輯功能，構建仿真電路，如圖1.3.7所示，其中數(shù)據(jù)輸入端，用字信號發(fā)生器為其收入數(shù)據(jù)，如圖1.3.6所示；編碼輸出端接8個發(fā)光二極管,顯示其輸出狀態(tài)，當二極管點亮時，表示狀態(tài)“1”，當二級管熄滅時，表示狀態(tài)“0”?？?制輸 入輸 出11111111101011111111010000011111110100011011111101001011011111010011111011110101001111011101010111111011010110

12、1111110101011111111110010(表1-5 74LS148管腳邏輯功能）（圖1.16 譯碼器仿真電路）（圖1.17 字信號發(fā)生器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)）某時刻的仿真結果如圖1.3.6所示，在字信號發(fā)生器工作界面設置控制方案為步進，觀察一個周期的仿真結果，發(fā)現(xiàn)該電路八個發(fā)光二極管依次點亮，完全符合譯碼器74LS148的邏輯功能。以上為Multisim為用戶提供的三個數(shù)字電路特有的仿真儀器，利用它們，我們可以實現(xiàn)從基本門電路到較為復雜的數(shù)字電路系統(tǒng)的仿真。第二節(jié) 555定時器在數(shù)字電路系統(tǒng)中，555定時器有著非常重要的作用。555定時器是一種多用途的數(shù)字模擬混合集成電路，它性能優(yōu)良，適用范圍

13、廣，在外部加接少量阻容元件就可以構成多諧振蕩器及單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，廣泛應用于脈沖波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制等方面。下面利用Multisim對555定時器的功能仿真驗證：清零端高端觸發(fā)低端觸發(fā)放電管功能00導通直接清零10導通置011截止置11不變保持（表2-1 555定時器功能表）1.1 由555定時器構成的多諧振蕩器 （圖2. 1 多諧振蕩器電路原理圖） 2.1.1 重點理論多諧振蕩器的振蕩周期，其中為電容充電時間，為電容放電時間： 因此，可以通過改變的值，改變矩形波的周期與頻率。矩形波占空比：。對下列555定時器構成的多諧振蕩器進行仿真：（圖2. 2 多諧振蕩器仿真電路）2.1.2 仿真過程

14、 a. 首先根據(jù)上述公式可得到如下數(shù)據(jù)： b. 仿真結果如下：（圖2. 3 仿真結果顯示一）（圖2.4 仿真結果顯示二）觀察仿真結果得到如下數(shù)據(jù)：對比后，得到結論：方波周期基本一致，占空比基本一致，仿真結果與理論值相符。2.2 由555定時器構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（圖2.5 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器原理圖） 2.2.1 重點理論輸出電壓維持高電平的時間取決于的充電時間，當時，電容上充電電壓：.所以輸出電壓的脈沖寬度：。2.2.2 仿真過程（圖2.6 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器仿真電路）a. 首先根據(jù)上述公式可得到如下數(shù)據(jù)：b. 仿真結果如下：（圖2.7 仿真結果）觀察仿真結果得到如下數(shù)據(jù)：對比后，得到結論：脈沖寬度與理論值

15、接近，仿真結果與理論相符。由于555定時器可以簡單快捷的構建單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器等數(shù)字電路系統(tǒng)，使用靈活、功能齊全，因而在定時、檢測、報警、家用電器、電子玩具、波形產(chǎn)生和變換方面得到了廣泛應用。結論數(shù)字電子技術的理論學習過程中存在兩點不足：一是學生是被動接受電路原理和運行結果，不能完全理解電路工作過程，學習積極性沒有完全激發(fā)出來；二是在有限的學時內(nèi)，實驗內(nèi)容只能是有選擇性的，不能夠面面俱到。如果將電子電路計算機仿真和EDA等新技術引入到教學過程中，學生在接受理論知識的同時，通過仿真軟件運行觀察電路的功能和特性，加深對電路的理解，更容易掌握所學的內(nèi)容，從而提高學習的興趣。應用Multisim

16、軟件可以方便地建立各種設計電路，不需要昂貴的實驗設備，計算機可以提供安全有效的設計環(huán)境，其電路結構及設計觀念可以很容易地被修改；設計者除了可以借助屏幕上的編輯器很方便地更換適合電路規(guī)格需要的元件外，還能直接用計算機模擬、分析、驗證，可快速準確地反映出所設計的電路性能。Multisim軟件具有形象且易于掌握的優(yōu)點，特別適合于高校電子信息工程、通信工程、自動化、電氣控制工程類專業(yè)的學生進行綜合性的電路設計和實驗，因為它不但能夠很好地培養(yǎng)學生的動手能力，而且加強了學生對電子電路的分析、綜合能力，有利于提高學生的創(chuàng)新能力。但是它和實際電路還有差距，就是仿真也會出現(xiàn)一些意想不到的問題，只有熟悉它，不斷分析和總結，才能夠應用自如。參考文獻1 張新喜等.Multisim 10 電路仿真及應用.北京：機械工業(yè)出版社.2010,1;2 聶典，丁偉