Multisim10仿真软件在数字电路教学中的应用

２０１０年第７期郭映：Ｍｕｌｔｉｓｉｍｌ０仿真软件在数字电路教学中的应用

改，能利用模型生成器以及代码模式创建模型；软件同时提供２１种虚拟仪器对电路动作进行测量，除默认仪器外，还允许用户使用ＬａｂＶＩＥＷ设计的仪器仪表，使电路测量更加简单”Ｊ。

（３）仿真和分析功能强大。Ｍｕｌｔｉｓｉｍｌ０提供了１８种仿真分析方法，具有数字、模拟及数彰模拟混合电路的仿真能力，另外还具有射频（ＲＦ）电路仿真、单片机仿真以及ＶＨＤＬ仿真等功能。

该软件是基于Ｗｉｎｄｏｗ操作系统，学生掌握和使用并不困难，另外，在软件上进行教学和练习，没有任何元件和辅料的损耗，仪表也不存在损坏的问题，教学成本大大降低Ｈ－。

２软件在数字电路教学中的应用

数字电路理论教学包括：数字逻辑基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路、半导体存储器和可编程逻辑器件、脉冲信号的产生与整形等知识模块。课程的重点、难点是组合、时序逻辑电路的分析和设计。Ｍｕｌｔｉｓｉｍｌ０为数字电路仿真提供了丰富的元器件模型，如时钟信号、各类门电路、各种集成组合逻辑门、时序逻辑门等，同时提供了种类齐全的虚拟仪器，如字符发生器、逻辑分析仪、逻辑转换仪等。利用Ｍｕｌｔｉｓｉｍ实时进行电路仿真实验，把理论知识和实验结果加以对照、分析，可以提高课堂教学效果。２．１软件在组合逻辑电路中的应用

２．１．１逻辑转换仪

对于具有无存储记忆功能特点的组合逻辑电路而言，根据逻辑命题，列出逻辑真值表，写出逻辑表达式，然后选择所用器件，即可完成组合逻辑电路的设计。但是当输入变量增多时，组合逻辑电路的设计变得繁杂，且容易出错。利用Ｍｕｌｔｉｓｉｍｌ０提供的逻辑转换仪（现实中没有与之对应的仪器），可大大简化和缩短设计过程，提高电路的设计效率”４１。

逻辑转换仪支持８输入变量单输出的组合逻辑电路的分析和设计。利用逻辑转换仪可以实现逻辑电路图到真值表的转换、真值表与逻辑表达式之间的相互转换、真值表到简单表达式的转换、逻辑表达式与逻辑电路的转换、逻辑表达式到与非门逻辑电路的转换。

例如：已知逻辑表达式Ａ’Ｂ＋Ｃ＋Ｃ７Ｄ’＋Ｂ’Ｃ，设计相应逻辑电路。其中Ａ’表示对Ａ的电平逻辑取反，同理，Ｂ’、Ｃ’表示对Ｂ、Ｃ的电平逻辑取反。

设计步骤：在电路图中放置逻辑转换仪；打开逻辑转换仪，在文本框中输入逻辑表达式，如图１所示；

单击塑．！．螋ｌ按钮，可以直接生成逻辑表达式的与非门电路，如图２所示。

图１逻辑转换仪

图２逻辑电路

２．１．２竞争冒险分析

图３竞争冒险测试电路

在逻辑电路设计申，常出现设计原理没有问题，而实际电路中出现逻辑错误的现象，分析原因是设计时没有考虑门电路的延迟时间对电路产生的影响渖Ｊ。由于门与门之间存在传输延时以及信号状态变化速度的不一致，造成信号传输过程中不同点处出现快慢差异，这种快慢时差称为竞争，竞争的结果是

电路的输出可能出错，这种现象称为冒险。竞争——

计算机与现代化２０１０年第７期

冒险产生的尖峰脉冲会使后级电路产生错误动作，破坏原有设计功能，因此，为保证电路工作可靠，有必要在电路设计时进行竞争——冒险检测并予以克服。利用Ｍｕｌｔｉｓｉｍｌ０仿真可以方便快捷地对电路的冒险现象进行检测哆‘１¨。

竞争冒险测试电路如图３所示¨２。，函数Ｆ１＝ＡＣ＋ＢＣ’，当Ａ＝Ｂ＝ｌ（电路中Ａ、Ｂ开关打开）时，逻辑分析输出Ｆｌ恒为ｌ，但示波器中显示负尖峰脉冲，即电路存在竞争冒险．如图４所示。

图４仿真结果

图５波形分析

调整示波器的时间尺度，可以看出竞争冒险的原因是Ｄ端的下降沿先于Ｅ端的上升沿，如图５所示。当增加冗余项ＡＢ，将其修改为Ｆ２＝ＡＣ＋ＢＣ’＋ＡＢ（这里Ｆ１＝Ｆ２）后，在Ａ＝Ｂ＝ｌ时，无论Ｃ如何改变，输出始终保持为１，如图４所示。２．２软件在时序逻辑电路中的应用

在时序逻辑电路中，计数器是典型的电路。由于种类繁多，功能控制端各不相同，学生往往难以理解和掌握。用Ｍｕｌｔｉｓｉｍｌ０进行实时电路仿真，并用虚拟仪器中的逻辑分析仪查看电路时序图，用虚拟数码管显示计数结果，或者通过虚拟指示灯查看计数器的输出状态，可以明显提高教学效果。

例如，用同步四位二进制计数器７４ＬＳｌ６１实现七进制计数，计数范围为５—１１，要求循环计数。根据题目要求，采用置位法进行设计［１３－１４】，计数器预置数为５，二进制数为０１０１，当计数到１１时，计数器从５开始重新计数。

图６仿真电路

图７仿真结果

Multisim10仿真软件在数字电路教学中的应用

作者：郭映， GUO Ying

作者单位：天津理工大学电子信息工程学院,天津,300191

刊名：

计算机与现代化

英文刊名：COMPUTER AND MODERNIZATION

年，卷(期)：2010(7)

被引用次数：7次

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本文链接：https://www.sodocs.net/doc/3415113325.html,/Periodical_jsjyxdh201007043.aspx