數(shù)字電子技術(shù)仿真軟件Multisim電路設(shè)計與仿真應(yīng)用

1、第12章 數(shù)字電子技術(shù)仿真軟件Multisim 2001電路設(shè)計與仿真應(yīng)用12.1 Multisim 2001軟件介紹Multisim 2001是加拿大交互圖像技術(shù)有限公司（IIT公司）推出的最新版本，其前身是EWB5.0（電子工作平臺）。目前我國用戶所使用的Multisim2001以教育版為主。Electronics Workbench公司推出的以Windows為系統(tǒng)平臺的板級仿真工具Multisim，適用于模擬數(shù)字線路板的設(shè)計，該工具在一個程序包中匯總了框圖輸入、Spice仿真、HDL設(shè)計輸入和仿真、可編程邏輯綜合及其他設(shè)計能力。可以協(xié)同仿真Spice、Verilog和VHDL，并能把RF

2、設(shè)計模塊添加到成套工具的一些版本中。整套Multisim工具包括Personal Multisim、Professional Multisim、Multisim Power Professional等。這種仿真實驗是在計算機上虛擬出一個元器件種類齊備、先進的電子工作臺，一方面可以克服實驗室各種條件的限制，另一方面又可以針對不同目的（驗證、測試、設(shè)計、糾錯和創(chuàng)新等）進行訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生分析、應(yīng)用和創(chuàng)新的能力。與傳統(tǒng)的實驗方式相比，采用電子工作臺進行電子線路的分析和設(shè)計，突出了實驗教學(xué)以學(xué)生為中心的開放模式。 12.1.1 Multisim 2001軟件操作界面啟動Multisim 2001軟件后，

3、首先進入用戶界面如圖12-1所示，Multisim 2001的界面基本上模擬了一個電子實驗工作平臺的環(huán)境。下面分別介紹主操作界面各部分的功能及其操作方法。圖12-1 Multisim 2001的基本界面1. 系統(tǒng)工具條圖12-2所示為Multisim 2001的系統(tǒng)工具條，可以看出，其風(fēng)格與Windows軟件是一致的。系統(tǒng)工具條中各個按鈕的名稱及功能如下所示。2.設(shè)計工具條 Multisim 2001的設(shè)計工具條如圖12-3所示，它是Multisim的核心工具。使用它可以進行電路的建立、仿真分析，并最終輸出設(shè)計數(shù)據(jù)等。雖然利用菜單也可以執(zhí)行這些設(shè)計功能，但利用設(shè)計工具條會更加方便快捷。設(shè)計工具

4、條中各個按鈕的名稱及功能如下所示。圖12-2 系統(tǒng)工具條 圖12-3 設(shè)計工具條3.元件工具條Multisim 2001提供了豐富的元器件庫，給電路仿真帶來了極大的方便。使用時單擊元器件工具條的某一個圖標即可打開該元器件庫。圖12-4所示給出了14個元器件庫的按鈕圖標及其含義。通常這個元器件工具條放在窗口的左邊，但也可任意移動這一工具條，將其橫向放置。圖12-4 元件工具條圖12-4所示列出了該軟件提供的兩種符號標準：即 DIN標準和ANSI（美國國家標準組織）標準，其中DIN標準與中國現(xiàn)行電路符號風(fēng)格基本一致，所以本書以DIN標準為主。執(zhí)行菜單命令：Options/Preferences/C

5、omponent Bin打開對話框，即可設(shè)置選擇DIN標準或ANSI標準。兩種標準的常用元件符號對照如表12-1所示。表12-1 常用元件的DIN和ANSI符號對照各類元器件工具的用途如下：（1）信號源庫（Sources）：提供了模擬地、數(shù)字地、直流電壓電流源、交流電壓電流源等29個系列的信號源。不過，這些都是虛擬信號源，可通過設(shè)置對話框?qū)ζ溥M行重新設(shè)置。這些信號源可以滿足電路基礎(chǔ)、模擬電路、數(shù)字電路及通信技術(shù)等課程的實驗仿真需要。（2）基本元件庫（Basic）：提供了電阻、電容、電感、電位器、可變電容、可變電感、開關(guān)、繼電器等共22種常用的電子元件。（3）二極管（Diodes）：提供了普通二

6、極管、虛擬二極管、穩(wěn)壓二極管、發(fā)光二極管、單向可控硅、雙向可控硅、雙向觸發(fā)二極管、整流橋和變?nèi)荻O管等9個二極管系列。（4）晶體管（Transistors）：包括NPN、PNP雙極型三極管（BJT）、結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）、和金屬氧化物絕緣柵型場效應(yīng)管（MOSFET） 等半導(dǎo)體元件。（5）模擬集成電路（Analog ICs）：提供了運算放大器、電流差分運放、比較器、寬帶放大器和特殊功能模塊等5種類型模擬器件。（6）TTL集成電路（TTL）：提供了74和74LS兩個系列的TTL集成電路的仿真庫，包括了大部分74系列型號。（7）CMOS集成電路（CMOS）：將CMOS數(shù)字集成電路分為6大類，實際

7、上是4×××系列和74HC系列，其中4×××系列電源電壓在3V18V之間，而74HC系列在2V6V之間。注意：74HC系列和74系列集成電路，當序號相同時其邏輯功能也相同，但由于電源電壓和對輸入端的處理不同，故盡管功能一樣也不可以直接替換。（8）數(shù)字元件（Digital ICs）：提供了TIL、VHDL、Verilog這 3大類元件。其中TIL為單邏輯單元，一般是僅有一個邏輯單元或一些實際元件沒有的邏輯單元。（9）混合芯片（Mixed Chips）：混合芯片元件是指輸入/輸出中既有數(shù)字信號又有模擬信號的元件。主要包括：ADC/DAC、

8、555定時器、單穩(wěn)態(tài)電路、模擬開關(guān)和鎖相環(huán)。（10）指示元件（Indicators）：包括電壓表頭、電流表頭、電壓控制器、燈泡、七段數(shù)碼管、條式指示器和蜂鳴器等7類元件。（11）雜合元件（Miscellaneous）：雜合器件是一些使用較廣，但又不好分類的元件。主要有：石英晶體、熔斷器、光電耦合器、三端穩(wěn)壓器、電子管、直流馬達等。（12）控制元件（Controls）：包括乘法器、除法器、傳輸函數(shù)模塊、電壓增益器、微分電路、積分器、電壓磁滯模塊等12種功能模塊。（13）射頻元件（RF）：Multisim提供了一些專門用于進行射頻分析的元件模型，主要有：RF電容、 RF電感、 RF三極管、RF 二

9、極管和微帶線等RF元件。（14）機電類元件（Electromechanical）：機電類元件指一些電工類的開關(guān)元件，包括定時開關(guān)、瞬時開關(guān)、聯(lián)動開關(guān)、線性變壓器、線圈及繼電器、敏感開關(guān)、保護器件、輸出器件等8類。4.儀器工具條該工具條含有11種用來對電路狀態(tài)進行測試的虛擬儀器，圖12-5所示給出了這11種儀器的按鈕圖標及其含義。 圖12-5 儀器工具條 圖12-6 仿真開關(guān) 各種虛擬儀器的設(shè)置及使用方法將在后面作以詳細介紹。5.仿真開關(guān)仿真開關(guān)用來控制仿真的進程，共有“啟動/停止”和“暫停/恢復(fù)”兩個按鈕。如圖12-6所示。注意：仿真開關(guān)只有在電路加上信號源和虛擬儀器后以后才可進入運行狀態(tài)。6

10、.使用中的元件清單（In Use List） 使用中的元件清單列出了當前電路所使用的全部元件，用以進行檢查或重復(fù)調(diào)用。7.狀態(tài)欄位于主窗口的最下面，用來顯示有關(guān)當前操作及鼠標所指條目的有關(guān)信息。12.1.2 Multisim 2001的基本使用方法電路主要有元件和導(dǎo)線組成，要創(chuàng)建一個電路，必須掌握元件的操作和導(dǎo)線的連接方法。1.元件的操作（1）元件的選用 選用元件主要由兩種方法：用元件工具條進行選用；使用菜單命令Place Component來選用。一般以第一種方法為主。首先在元件工具條中單擊該元件的圖標，打開該元件庫，然后從元件庫中將其拖曳至電路工作區(qū)。（2）元件的選中 在連接電路時，常常要

11、對元件進行移動、旋轉(zhuǎn)、刪除、設(shè)置參數(shù)等一些必要的操作，這就需要選中該元件。要選中某個元件，只需用鼠標單擊它即可。如果要一次選中多個元件時，須按住鼠標左鍵將這些元件一起框起來，此時，這些元件均處于選中狀態(tài)。在單擊一次鼠標，即可撤銷選中狀態(tài)。（3）元件的移動 要移動一個元件，只需選中拖曳該元件即可。要移動一組元件，先選中這元件，然后用鼠標左鍵拖曳其中任意一個元件，就會一起移動了。 （4）元件的旋轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn) 在電路中，元件有時需要水平放置，有時又需要垂直放置。Multisim提供了水平放置、垂直放置、順時針旋轉(zhuǎn)90°和逆時針旋轉(zhuǎn)90°共4種旋轉(zhuǎn)方式。有兩種操作方法：右鍵單擊需要旋轉(zhuǎn)

12、的元件，就可以彈出快捷菜單，如圖12-7所示。選中要旋轉(zhuǎn)的元件，執(zhí)行Edit菜單下的相應(yīng)命令即可。圖12-7 旋轉(zhuǎn)快捷菜單（5）元件的復(fù)制、刪除 先選中該元件，然后用Edit/Cut（編輯/剪切）、Edit/Copy（編輯/復(fù)制）、Edit/Paste （編輯/粘貼）等菜單命令，即可以實現(xiàn)元件的復(fù)制操作。選中元件，按下<Delete>鍵即可將其刪除。注意：以上命令均可通過右鍵快捷菜單完成，熟悉快捷菜單十分重要。2.元件參數(shù)的調(diào)整（1）虛擬元件的參數(shù)調(diào)整 虛擬元件參數(shù)的修改只要用鼠標雙擊該元件，然后在彈出的對話框中進行修改。（2）真實元件的參數(shù)調(diào)整 真實元件參數(shù)的修改是通過替換（Re

13、place）和編輯模型（Edit Model）來進行的。例如對三極管（BJT-NPN）參數(shù)的修改，如圖12-8所示。在圖12-8種單擊Edit Model按鈕，彈出如圖12-9所示的云間模型修改窗口。當要修改窗口中的參數(shù)時，圖12-9中的Charge Part Model 和Charge All Model按鈕被激活，單擊Charge Part Model按鈕進修改選中元件的參數(shù)，單擊Charge All Model按鈕則修改電路中所有與選中元件型號一致的元件參數(shù)。圖12-9中的BF參數(shù)就是三極管的值,默認值為BF=220。若修改為BF=300，則該三極管的值就變成300。（3）元件故障的設(shè)置

14、 Multisim一般對電路正常工作時的情況進行仿真分析，但有時也需要仿真某些元件損壞后的電路情況，這就需要設(shè)置元件故障的功能。Multisim具有設(shè)置元件開路（Open）、短路（Short）和漏電（Leakage）故障的功能。雙擊需要設(shè)置故障的元件，在彈出的對話框中，進入Fault選項就可以設(shè)置元件的故障。3.元件的連線操作（1）導(dǎo)線的連接 將鼠標指向一個元件的引腳，這時鼠標呈十字形，單擊左鍵，導(dǎo)線隨鼠標移動而移動。當導(dǎo)線需要拐彎時，單擊左鍵，到達另一元件對應(yīng)引腳時再單擊左鍵，即完成了一次導(dǎo)線的連接。此時，系統(tǒng)會自動給繪制的導(dǎo)線標上節(jié)點號。如果對所畫的導(dǎo)線不滿意，可選中該線，按<Del

15、ete>鍵刪除掉。（2）設(shè)置導(dǎo)線的顏色 當復(fù)雜電路導(dǎo)線較多時，可以將不同的導(dǎo)線標上不同的顏色來加以區(qū)分。先選中該導(dǎo)線，單擊右鍵，通過彈出的快捷菜單中的Color選項來設(shè)置顏色。注意：導(dǎo)線的顏色會改變示波器等測試儀器所顯示的波形的顏色。4. 儀器儀表的操作在Multisim 2001的儀器庫中存放有11臺虛擬儀器可供使用，它們是數(shù)字電壓表、函數(shù)信號發(fā)生器、示波器、掃頻儀、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換儀、頻譜儀、功率計、失真度分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀，如圖8.5所示。這些虛擬儀器在電路中以圖標的形式存在，當需要觀察測試數(shù)據(jù)與波形或者重新設(shè)置儀器的參數(shù)指標時，可以通過雙擊打開儀器的面板，就可以

16、看到具體的測試數(shù)據(jù)與波形。（1）數(shù)字萬用表（Multimeter）如圖12-10所示為數(shù)字萬用表的圖標和面板，它可以自動調(diào)整量程，可用來測量交直流電壓、電流，電阻和兩個節(jié)點間的電壓分貝值。按下面板圖中的Set（設(shè)置）按鈕時，會彈出圖12-10右邊所示的一個對話框，可進行萬用表的內(nèi)部參數(shù)設(shè)置。在參數(shù)設(shè)置對話框中，Ammeter resistance（R）：設(shè)置電流擋的內(nèi)阻，其大小影響電流的測量精度；Voltmeter resistance（R）：設(shè)置電壓擋的內(nèi)阻，其大小影響電壓的測量精度；Ohmmeter current（I）：設(shè)置用歐姆擋測量時，流過歐姆表的電流值。連接方法：圖標上的+、兩個端

17、子用來連接所要測試的端點，連接方法同實際的萬用表一樣： 測電壓或電阻時，應(yīng)與所要測試的端點并聯(lián)。 測電流時，應(yīng)串入被測支路中。（2）函數(shù)信號發(fā)生器（Function Generator）如圖12-11所示為函數(shù)信號發(fā)生器的圖標和面板，它主要用來產(chǎn)生正弦波、方波和三角波信號。對于三角波和方波可以設(shè)置其占空比（Duty cycle）的大小，還可以將正弦波、方波和三角波信號疊加到設(shè)置的電壓偏置（Offser）上。連接方法：單極性連接方式，將COM端與電路的地相連，“+”端或“”端與電路的輸入端相連。這種方式一般用于普通電路。雙極性連接方式，將“+”端與電路輸入的“+”端相連，而“”端與電路輸入的“”

18、端相連。這種方式一般用于信號發(fā)生器與差分電路相連，如差動放大器、運算放大器等。（3）示波器（Oscilloscope）示波器是電子測量中使用最為頻繁的重要儀器之一，可用來觀測信號的波形并可測量測量信號的幅度、頻率、周期和相位差等參數(shù)。Multisim 2001提供了數(shù)字式存儲示波器，借助它用戶可以看到通常在實驗室無法看到的瞬間變化的波形，并加以存儲保留。示波器的圖標和面板如圖12-12所示。這是一個雙蹤示波器，由A、B兩個通道，G是接地端，T是外觸發(fā)端。該虛擬示波器與實際的示波器的連接方式稍有不同，如圖12-13所示。方式一：A、B兩個通道分別只需一根線與被測點相連，測量的是該點與“地”之間的

19、波形；方式二：接地端G一般要接地，但當電路中已有接地符號，也可不接。另外與實際示波器不同的是，它通過數(shù)值框口而不是旋鈕調(diào)節(jié)參數(shù)，用戶可以通過輸入數(shù)字或鼠標來進行調(diào)節(jié)。圖12-12中示波器的波形顯示窗口有兩個游標，通過鼠標可以左右移動游標。在顯示窗口下面有3個數(shù)值顯示窗口，分別顯示游標與波形與被測波形交點的時間刻度及幅度的大小，以及兩個交叉點的時間間隔及幅度差值。（4）掃頻儀（Bode Plotter）掃頻儀用來測量電路的幅頻特性和相頻特性，也叫波特圖儀。掃頻儀的圖標和面板如圖12-14所示。掃頻儀有IN和OUT兩對接線端口，其中IN端口的“+”端接電路輸入的正端，IN端口的“”端接電路輸入的負

20、端；OUT端口的“+”端和“”端分別接電路輸出的正端和負端。使用時，必須在電路的輸入端接入AC（交流）信號源但對其頻率的設(shè)定并無特殊的要求。通過對掃頻儀面板中的Horizontal（水平坐標）頻率設(shè)置區(qū)域來設(shè)置頻率的初始值I（Initial）下拉框和最終值F(Final)下拉框中的數(shù)值。如果修改了掃頻儀的參數(shù)設(shè)置（如坐標范圍）及其在電路中的測試點，為了確保測試曲線的完整與準確，建議修改后重新啟動仿真開關(guān)。（5）字信號發(fā)生器（Word Generator）字信號發(fā)生器是一種向數(shù)字電路或系統(tǒng)發(fā)送數(shù)字信號的虛擬多路邏輯信號源，其圖標及面板圖如圖12-15所示。由圖標可見其左邊及右邊各有16個接線柱，

21、表示最多可以輸出32路數(shù)字信號。（6)邏輯分析儀（Logic Analyzer）邏輯分析儀是數(shù)據(jù)域測量的重要儀器，它最多可以同步記錄和觀察16路邏輯信號波形，主要用于對數(shù)字信號的高速采集和時序分析，是示波器無法替代的專用邏輯功能測試儀器，也是分析和調(diào)試數(shù)字系統(tǒng)不可多得的重要工具。圖12-16所示為邏輯分析儀的圖標和面板圖。圖標左側(cè)16個端口是邏輯分析儀的輸入信號端口，從上至下依次為最低位至最高位。圖標下部還有3個端子，C是外時鐘輸入端，Q是時鐘控制輸入端，T是觸發(fā)控制輸入端。雙擊圖標可以打開邏輯分析儀的面板，其操作如下：被采集的多路信號以方波形式顯示在顯示區(qū)屏幕上，通過設(shè)置輸入導(dǎo)線的顏色可以修

22、改相應(yīng)波形的顏色，這樣可用顏色區(qū)分不同的多路信號。Stop是停止仿真按鈕，單擊它可以顯示當前的波形；Reset是復(fù)位并清除顯示波形按鈕。Clock區(qū)：包括Clock/Div欄Set按鈕。Clock/Div：設(shè)置在顯示屏上單位水平刻度顯示的時鐘脈沖數(shù)。Set按鈕：設(shè)置時鐘脈沖，單擊該按鈕后出現(xiàn)如圖12-17所示的對話框。 其中，Clock Source區(qū)是時鐘脈沖來源，如果選取External則設(shè)置成由外部取得時鐘脈沖；如果選取Internal則設(shè)置成由內(nèi)部取得時鐘脈沖。Clock Rata區(qū)的功能是選取時鐘脈沖的頻率。Sampling Setting 區(qū)的功能是設(shè)置取樣方式。Trigger區(qū)：

23、設(shè)置觸發(fā)方式，點擊Set按鈕，出現(xiàn)如圖12-18所示的對話框。其中，Trigger Clock Edge 區(qū)的功能是設(shè)定觸發(fā)方式，包括Positive（上升沿觸發(fā)）、 Negative（下降沿觸發(fā)）、Both（升、降沿觸發(fā)均可）等3個選項。Trigger Patterns區(qū)的功能是設(shè)置觸發(fā)樣本，可以在PatternA、 PatternB及PatternC欄中設(shè)定觸發(fā)樣本，也可以在TriggerCombinations欄中選擇組合的觸發(fā)樣本。當所有項目選定后，點擊Accept按鈕即可確定。（7）邏輯轉(zhuǎn)換儀（Logic Converter） 邏輯轉(zhuǎn)換儀是Multisim 2001特有的虛擬儀器設(shè)備

24、，實驗室中并不存在這樣的實際儀器。邏輯轉(zhuǎn)換儀主要功能是很方便地完成真值表、邏輯表達式和邏輯電路三者之間的相互轉(zhuǎn)換。邏輯轉(zhuǎn)換儀的圖標和面板如圖12-19所示，圖12-20所示是轉(zhuǎn)換方式選擇按鈕的含義。圖1219（a）邏輯轉(zhuǎn)換儀圖標由電路轉(zhuǎn)換為真值表的方法：首先畫出邏輯電路圖，將其輸入端接至邏輯轉(zhuǎn)換儀的輸入端，輸出端接至邏輯轉(zhuǎn)換儀的輸出端。然后按下“電路真值表”按鈕，在真值表區(qū)就會出現(xiàn)該電路的真值表。圖12-20 轉(zhuǎn)換方式選擇按鈕由真值表轉(zhuǎn)化為邏輯表達式：首先根據(jù)輸入信號的個數(shù)用鼠標點擊邏輯轉(zhuǎn)換儀頂部代表輸入端的小圓圈（由A至H），選定輸入信號，此時在真值表區(qū)將自動出現(xiàn)輸入變量的所有組合，而右面的

25、輸出列的初始值全部為“？”。然后根據(jù)所要求的邏輯關(guān)系確定真值表的輸出值（0、1或X），方法是用鼠標多次點擊真值表輸出列中的輸出值。最后點擊“真值表表達式”按鈕，這時在面板底部邏輯表達式欄會出現(xiàn)相應(yīng)的邏輯表達式。如果要得到簡化的邏輯表達式，點擊“真值表簡化表達式”按鈕即可。注意表達式中用“”表示邏輯變量的“非”運算。此外，還可以直接在邏輯表達式欄中輸入表達式（“與-或”式及“或-與”式均可），然后按下“表達式電路”按鈕可得到相應(yīng)的真值表（注意：如果是邏輯“非”，例如則應(yīng)寫成；則應(yīng)轉(zhuǎn)換為，輸入）；按下“表達式電路” 按鈕可得到相應(yīng)的邏輯電路；按下“表達式與非電路”按鈕可得到由與非門構(gòu)成的電路。 1

26、2.2 Multisim 2001在數(shù)字電子技術(shù)實驗中的應(yīng)用本章應(yīng)用Multisim2001仿真軟件對數(shù)字電路的基本器件和其應(yīng)用電路進行仿真，利用Multisim軟件幾乎可以仿真實驗室內(nèi)所有的電路實驗。但需要注意的是，在Multisim中進行的實驗是虛擬的，一般是在不考慮元件的額定值和極限值等情況下進行的，所以應(yīng)將虛擬仿真與真實情況有機地結(jié)合起來，互相對比，從而最終解決電路的實際問題。12.2.1 集成門電路參數(shù)測試【例12-1】利用Multisim2001軟件仿真常用集成門電路的邏輯功能（1）打開Multisim2001主界面，單擊邏輯門電路庫，從中拖出與非門（74LS00D）、或非門（74

27、LS02D）、非門（74LS04D）、與門（74LS08D）、或門（74LS32D）和異或門（74LS86D）各一個至工作區(qū)；打開元器件庫的信號源庫，從中拖出6個VCC和6個GND至工作區(qū)；打開基本元器件庫，從中拖出11個開關(guān)至工作區(qū)；打開指示器件庫，從中拖出6個邏輯探針至工作區(qū)；最后，進行適當?shù)倪B接和調(diào)整得到如圖12-21所示的6種門電路仿真測試電路。圖12-21 門電路仿真測試電路圖（2）電路連接及元件特性設(shè)置完成以后，打開“啟動/停止”開關(guān)，按順序分別用相應(yīng)的A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K鍵控制6個開關(guān)接通高低電平，觀察邏輯探針是否發(fā)光，發(fā)光表示輸出為高電平，否則表示輸出為低

28、電平。12.2.2 組合邏輯電路的分析與設(shè)計1.組合邏輯電路邏輯功能分析【例12-2】利用Multisim2001軟件仿真圖12-22電路邏輯功能（1）Multisim2001電路窗口中，打開邏輯門電路庫，從中拖出三個非門（74LS04D）、三個與非門（74LS00D）和一個四輸入與非門（74LS00D）至工作區(qū)；打開儀器庫，從中拖出一個邏輯轉(zhuǎn)換儀至工作區(qū)。將所有器件連接成如圖12-22所示的電路。圖12-22 門電路仿真測試電路圖（2）電路連接及元件特性設(shè)置完成以后，雙擊邏輯轉(zhuǎn)換儀出現(xiàn)如圖12-23所示的功能面板，在面板右側(cè)單擊，即出現(xiàn)如圖12-23所示的真值表。圖12-23 門電路仿真測試

29、電路圖在圖12-23中，真值表分為三部分：第1欄為十進制序號；第2欄為四個輸入端的邏輯電平；第3欄為輸出端的邏輯電平。根據(jù)真值表可以得出：當A=B=C時，Y輸出為0，其他輸入狀態(tài)，Y輸出均為1，即該電路是輸入不一致鑒別器。（3）單擊邏輯轉(zhuǎn)換儀面板右側(cè)的將其轉(zhuǎn)換為由與非門構(gòu)成的邏輯電路，見圖12-24所示。（但在操作時要注意避免與原電路重疊） 圖12-24 門電路仿真測試電路圖2.組合邏輯電路功能設(shè)計【例12-3】利用Multisim2001軟件仿真教材例題3-4所示報警控制電路（1）用上述同樣方法建立仿真電路圖如圖12-25所示。圖12-25 教材例題3-4所示報警控制電路（2）按照“組合邏輯

30、電路功能分析”的方法，完成對圖12-25的仿真，仿真結(jié)果如圖12-26所示。從而驗證了教材例題3-4所示報警控制電路設(shè)計的正確性。圖12-26 教材例題3-4所示報警控制電路仿真結(jié)果12.2.3 靜態(tài)冒險現(xiàn)象的分析與測試在組合邏輯電路中，輸入信號變化前后，輸出的穩(wěn)態(tài)值是一樣的，但在輸入信號變化時，輸出信號產(chǎn)生了毛刺，這種冒險是靜態(tài)冒險。若輸出的穩(wěn)態(tài)值為0，出現(xiàn)了正的尖脈沖毛刺，稱為靜態(tài)0冒險。若輸出穩(wěn)態(tài)值為1，出現(xiàn)了負的尖脈沖毛刺，則稱為靜態(tài)1冒險。【例12-4】靜態(tài)0冒險電路仿真測試靜態(tài)0冒險的仿真電路如圖12-27所示，（見教材第3章3.4節(jié)）。靜態(tài)0冒險仿真電路的輸入與輸出波形如圖12-

31、28所示。其中A通道是輸入波形，B通道是輸出波形，為了觀察方便將A通道波形向上移動0.2格，B通道向下移動1.2格。由此可見，輸出波形出現(xiàn)毛刺現(xiàn)象，與理論分析一致。 圖12-27 靜態(tài)0冒險仿真電路 圖12-28 靜態(tài)0冒險電路仿真波形【例12-5】靜態(tài)1冒險電路仿真測試靜態(tài)1冒險的仿真電路如圖12-29所示（見教材第3章3.4節(jié)）。靜態(tài)1冒險仿真電路的輸入與輸出波形如圖12-30所示。其中A通道是輸入波形，B通道是輸出波形，為了觀察方便將A通道波形向上移動0.2格，B通道向下移動1.2格。由此可見，輸出波形出現(xiàn)毛刺現(xiàn)象，與理論分析一致。 圖12-29 靜態(tài)1冒險仿真電路 圖12-30 靜態(tài)1

32、冒險電路仿真波形12.2.4 常用組合邏輯器件功能測試及應(yīng)用1.編碼器邏輯功能測試及應(yīng)用【例12-6】集成編碼器74LS148邏輯功能測試74LS148D是8-3線編碼器，其功能測試電路如圖12-31所示。圖12-31 8-3線編碼器74LS148邏輯功能測試圖12-32為字符信號發(fā)生器功能面板，設(shè)置字信號發(fā)生器使其循環(huán)輸出11111110、11111101、11111011.01111111，使得8-3線優(yōu)先編碼器依次選用不同的輸入信號進行編碼。輸出編碼用數(shù)碼管顯示。啟動仿真，可觀察到數(shù)碼管依次循環(huán)顯示7、6、5、4、3、2、1、0、7、6.。圖12-32 8-3線編碼器74LS148邏輯功

33、能測試【例12-7】用兩片8-3線編碼器74LS148擴展為16-4線的優(yōu)先編碼器。用兩片8-3線編碼器74LS148擴展為16-4線的優(yōu)先編碼器原理分析，詳見第4章4.1.4節(jié)。仿真電路如圖12-33所示。 圖12-33 兩片8-3線編碼器74LS148擴展為16-4線的優(yōu)先編碼器用兩片8-3線編碼器74LS148擴展為16-4線的優(yōu)先編碼器的輸出是低電平有效，由開關(guān)J0-J15向編碼器提供輸入信號，編碼器輸出狀態(tài)由探燈X1-X4表示，點擊啟動按鈕，就可以驗證電路設(shè)計的正確性。圖12-33可以看出，J8、J9、J11、J12均同時有效，根據(jù)優(yōu)先編碼器的特點，只能優(yōu)先對級別最高的優(yōu)先完成編碼任

34、務(wù)，故對J12進行編碼，輸出為X1-X4=0011。2.譯碼器邏輯功能測試及應(yīng)用【例12-8】數(shù)碼顯示電路的設(shè)計與仿真。數(shù)碼顯示電路的設(shè)計原理與分析，詳見第4章4.7.1節(jié)。仿真電路如圖12-34所示。圖12-34 數(shù)碼顯示電路的仿真電路10-4線優(yōu)先編碼器74LS147的輸入和輸出均是低電平有效，由開關(guān)J1-J9向編碼器提供輸入信號，編碼器輸出狀態(tài)直接送入非門U3A-U3D，把編碼器輸出二進制反碼還原成原碼送入顯示譯碼器，點擊仿真按鈕，就可以驗證電路設(shè)計的正確性。圖12-34可以看出，J5輸入有效信號，根據(jù)優(yōu)先編碼器的特點，對十進制“5”進行編碼，輸出端DCBA為1010，送入非門轉(zhuǎn)換成原碼

35、0101，通過顯示譯碼器顯示出十進制數(shù)字“5”。對其它輸入信號的顯示，按上述方法測試即可?！纠?2-9】用譯碼器74LS138和與非門實現(xiàn)一位全加器電路。根據(jù)組合邏輯電路設(shè)計的方法，采用譯碼器74LS138和與非門完成一位全加器的設(shè)計，仿真電路如圖12-35所示。具體設(shè)計過程，請讀者自行分析。圖12-35 全加器仿真電路圖12-35中，譯碼器輸入的二進制狀態(tài)組合，是通過字符信號發(fā)生器提供。使字符信號發(fā)生器循環(huán)輸出000-111共8組二進制代碼，（見圖12-36所示）送入74LS138地址輸入端。利用兩個探燈X1和X2分別表示全加器的“本位和”和“向高位的進位”。圖12-36 字符信號發(fā)生器設(shè)置

36、點擊仿真按鈕，通過圖12-36可以看出，此時字符信號發(fā)生器輸出二進制代碼為“3”（即011），譯碼器輸入端CBA為011，根據(jù)譯碼器邏輯功能可以得出此時只有Y3輸出為低電平。只有U2B門電路輸出端為高電平，即，全家器本位和為0，向高位的進位端為1，完全符合全加器的邏輯運算。3.數(shù)據(jù)選擇器邏輯功能測試及應(yīng)用【例12-10】用雙4選1數(shù)據(jù)選擇器74LS153擴展為8選1數(shù)據(jù)選擇器。用雙4選1數(shù)據(jù)選擇器74LS153擴展為8選1數(shù)據(jù)選擇器，實現(xiàn)74LS151邏輯功能，詳見教材第4章4.3.2節(jié)。仿真電路如圖12-37所示。圖12-37 雙4選1數(shù)據(jù)選擇器74LS153擴展為8選1數(shù)據(jù)選擇器圖12-3

37、7中，兩組數(shù)據(jù)輸入端1C0、1C1、1C2、1C3、2C0、2C1、2C2、2C3依次代表8選1數(shù)據(jù)選擇的數(shù)據(jù)輸入端C7、C6、C5、C4、C3、C2、C1、C0，假設(shè)8個輸入通道數(shù)據(jù)如圖12-37所示。在邏輯分析儀的顯示下，得到仿真結(jié)果如圖12-38所示。圖12-38 8選1數(shù)據(jù)選擇器仿真結(jié)果通過圖12-38可以看出，在地址控制端ABC控制下，數(shù)據(jù)選擇器輸出端，依次把8個通道的數(shù)據(jù)傳至輸出端?！纠?2-11】用雙4選1數(shù)據(jù)選擇器74LS153和門電路實現(xiàn)三變量判奇電路。根據(jù)組合邏輯電路設(shè)計的方法，采用數(shù)據(jù)選擇器74LS153和非門完成三變量判奇電路的設(shè)計，仿真電路如圖12-39所示。具體設(shè)計

38、過程，請讀者自行分析。得到仿真結(jié)果如圖12-40所示。 圖12-39 例12-11仿真電路圖 圖12-40 例12-11仿真結(jié)果4.全加器功能測試及應(yīng)用【例12-12】由門電路設(shè)計全加器電路的仿真測試。由門電路設(shè)計全加器電路詳見教材第4章4.6.2，其電路測試過程分為本位和和向高位進位兩部分測試。在Mulitisim2001電路窗口中創(chuàng)建全加器電路，如圖12-40所示。按下Space鍵，將J1開關(guān)置于左側(cè)，即可進行對全加器本位和的測試。圖12-40 全加器“本位和”仿真電路圖其邏輯轉(zhuǎn)換儀的仿真結(jié)果如圖12-41所示，由邏輯轉(zhuǎn)換儀轉(zhuǎn)換成與非門構(gòu)成的仿真電路如圖12-42所示。圖12-41 邏輯轉(zhuǎn)

39、換儀的仿真結(jié)果圖12-42 與非門構(gòu)成的仿真電路在圖12-40的基礎(chǔ)上再按下Space鍵，將J1開關(guān)置于右側(cè)，即可進行對全加器進位輸出的測試，如圖12-43所示。圖12-43 全加器“進位”仿真電路圖其邏輯轉(zhuǎn)換儀的仿真結(jié)果如圖12-44所示，由邏輯轉(zhuǎn)換儀轉(zhuǎn)換成與非門構(gòu)成的仿真電路如圖12-45所示。圖12-44 邏輯轉(zhuǎn)換儀的仿真結(jié)果圖12-45 與非門構(gòu)成的仿真電路12.2.5 集成觸發(fā)器功能測試與應(yīng)用1.集成邊沿JK觸發(fā)器【例12-13】集成邊沿觸發(fā)器74LS112邏輯功能測試集成邊沿JK觸發(fā)器74LS112邏輯功能詳見第5章5.4.1節(jié)，其仿真測試電路如圖12-46所示。其中兩個開關(guān)的Ke

40、y值分別設(shè)置為觸發(fā)器的JK控制端，用J、K按鍵分別控制觸發(fā)器JK輸入端邏輯信號。將時鐘脈沖源設(shè)置為1kHz/5V的信號作為CP觸發(fā)信號。圖12-46 74LS112D邏輯功能測試的電路啟動仿真按鈕，分別驗證觸發(fā)器邏輯功能，圖12-46中，JK=11此時觸發(fā)器具有計數(shù)功能。通過圖12-47可以看出，在CP脈沖作用下，輸出Q次態(tài)輸出始終與原態(tài)相反，即實現(xiàn)的是計數(shù)功能。圖12-47 74LS112D仿真結(jié)果2.觸發(fā)器間邏輯功能的轉(zhuǎn)換 【例12-14】JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成D觸發(fā)器仿真測試JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成D觸發(fā)器的過程，詳見第5章5.5.2節(jié)，仿真電路如圖12-48所示。圖12-48 JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成D觸發(fā)

41、器12.2.6 時序邏輯電路功能分析【例12-15】同步時序邏輯電路功能分析圖12-50為同步七進制加法計數(shù)器，由三個JK觸發(fā)器和門電路構(gòu)成，輸出端接到邏輯分析儀通道中，同時接到數(shù)碼管低三位。由脈沖源為低位JK觸發(fā)器提供800Hz/5V的脈沖信號。圖12-50 例12-15仿真電路仿真結(jié)果如圖12-51所示。圖12-51 例12-16仿真結(jié)果【例12-16】異步時序邏輯電路功能分析圖12-52為異步六進制加法計數(shù)器，由三個JK觸發(fā)器構(gòu)成，輸出端接到邏輯分析儀通道中，同時接到數(shù)碼管低三位。由脈沖源為低位JK觸發(fā)器提供800Hz/5V的脈沖信號。圖12-52 例12-16仿真電路仿真結(jié)果如圖12-

42、53所示。圖12-53 例12-16仿真結(jié)果12.2.7 常用時序邏輯器件功能測試及應(yīng)用【例12-17】用同步加法計數(shù)器74LS161采用反饋置數(shù)法設(shè)計6進制計數(shù)顯示器集成計數(shù)器74LS161邏輯功能詳見第7章7.1.1節(jié)。仿真電路如圖12-54所示，創(chuàng)建電路后，對信號源進行適當設(shè)置后，采用反饋置數(shù)法設(shè)計了一個6進制加法計數(shù)器。啟動仿真，通過邏輯分析儀顯示和數(shù)碼管的狀態(tài)可以驗證計數(shù)器的邏輯功能。邏輯分析儀的顯示波形如圖12-55所示。圖12-54 例12-17仿真電路圖12-55 例12-17仿真結(jié)果【例12-18】用74LS90構(gòu)成一位十進制計數(shù)器顯示器功能測試集成計數(shù)器74LS90邏輯功能

43、詳見第7章7.1.2節(jié)。仿真電路如圖12-56所示，創(chuàng)建電路后，對信號源進行適當設(shè)置。啟動仿真，通過邏輯分析儀顯示和數(shù)碼管的狀態(tài)可以驗證計數(shù)器的邏輯功能。邏輯分析儀的顯示波形如圖12-57所示。圖12-56 例12-18仿真電路圖12-57 例12-18仿真結(jié)果【例12-19】移位寄存器邏輯功能測試集成計數(shù)器74LS194邏輯功能詳見第7章7.2.2節(jié)。仿真電路如圖12-58所示，開關(guān)J1-J9可以控制寄存器輸入信號，啟動仿真，通過探燈的明暗情況，可以驗證寄存器的邏輯功能。圖12-58 例12-19仿真電路【例12-20】計數(shù)器型順序脈沖發(fā)生器圖12-59是計數(shù)器型順序脈沖發(fā)生器，由集成計數(shù)器

44、74LS161和譯碼器74LS138構(gòu)成的8輸出順序脈沖發(fā)生器。計數(shù)器型順序脈沖發(fā)生器利用率高，但由于每次CP信號到來時，可能有兩個或兩個以上的觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，產(chǎn)生競爭冒險。利用邏輯分析儀測試電路輸出狀態(tài)，見圖12-59所示。圖12-59 例12-20仿真電路圖12-60 例12-20仿真波形12.2.8 集成555定時器的應(yīng)用【例12-21】用集成555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器的仿真電路如圖12-61所示。其工作原理詳見第8章8.4節(jié)。啟動仿真，通過示波器觀察電路輸入和輸出波形，如圖12-62所示。圖12-61 例12-21仿真電路圖12-62 例12-21仿真波形【例12-22】用

45、集成555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的仿真電路如圖12-63所示。其工作原理詳見第8章8.3節(jié)。啟動仿真，通過示波器觀察電路輸入和輸出波形，如圖12-64所示。圖12-63 例12-22仿真電路圖12-64 例12-22仿真波形【例12-23】用集成555定時器構(gòu)成的頻率和占空比均可調(diào)多諧振蕩器多諧振蕩器的仿真電路如圖12-65所示。其工作原理詳見第8章8.5節(jié)。啟動仿真，通過示波器觀察電路輸入和輸出波形，如圖12-66所示。圖12-65 例12-23仿真電路圖12-66 例12-23仿真波形【例12-24】用集成555定時器構(gòu)成的計時器圖12-67是一個0-9計數(shù)器顯示電路的參考電

46、路圖，由多諧振蕩器、集成計數(shù)器74LS161和數(shù)碼管組成。多諧振蕩器為計數(shù)器提供CP脈沖信號，改變圖中RW1可以改變輸出脈沖頻率，可以改變計數(shù)器工作速度。利用示波器觀察電容C1充放電過程及振蕩器輸出波形，見圖12-68所示，同時使用數(shù)碼管和邏輯分析儀測試電路邏輯功能，見圖12-69所示。圖12-67 例12-24仿真電路圖12-68電容C1和振蕩器輸出波形圖12-69 計時器仿真波形12.2.9模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用【例12-25】模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器仿真電路測試圖12-70為模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器仿真電路。圖12-70 模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器仿真電路創(chuàng)建電路后，對相關(guān)元件的參數(shù)按照圖12-69進行