同步RS觸發(fā)器工作特性的Multisim仿真

李春然， 佟 蕾， 閆 石

（1.渤海大學(xué) 數(shù)理學(xué)院，遼寧 錦州 121000；2.阜新高等專(zhuān)科學(xué)校 工程系，遼寧 阜新 123000）

觸發(fā)器是存儲(chǔ)一位二進(jìn)制信息的電路，是數(shù)字系統(tǒng)中時(shí)序邏輯電路的基本部件。觸發(fā)器的基本特點(diǎn)是：

1）有0和1兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，無(wú)外部輸入信號(hào)作用時(shí)能保持某一穩(wěn)態(tài)不變；

2）在適當(dāng)?shù)妮斎胄盘?hào)作用下，可以置成0或1狀態(tài)。

觸發(fā)器的特性用觸發(fā)方式和邏輯功能進(jìn)行描述，觸發(fā)方式?jīng)Q定狀態(tài)變化特點(diǎn)，即接收輸入信號(hào)改變狀態(tài)的方式；邏輯功能決定狀態(tài)變化的方向，即次態(tài)值，用時(shí)序圖即波形圖可直觀描述觸發(fā)器的特性。

用Multisim仿真軟件進(jìn)行觸發(fā)器工作狀態(tài)變化過(guò)程波形仿真分析時(shí)，用虛擬儀器中的字組產(chǎn)生器做實(shí)驗(yàn)中的信號(hào)源產(chǎn)生所需的各種輸入信號(hào)，用4蹤示波器觀測(cè)輸入、輸出波形，可直觀描述觸發(fā)器的工作特性，且解決了觸發(fā)器工作波形無(wú)法用實(shí)際電子實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行分析驗(yàn)證的問(wèn)題[1]。以下分析用Multisim10版本并以同步RS觸發(fā)器為例。

1 同步RS觸發(fā)器的特性

同步RS觸發(fā)器的電路組成如圖1所示，其中：R為置0輸入端、S為置1輸入端，1輸入有效，CP為時(shí)鐘脈沖輸入端，Q和為狀態(tài)輸出端。D為設(shè)置初始狀態(tài)的異步置0信號(hào)，當(dāng)D=0時(shí)將觸發(fā)器置于0初始狀態(tài)，當(dāng)D=1時(shí)觸發(fā)器由R、S、CP決定狀態(tài)變化情況。

圖1 同步RS觸發(fā)器Fig.1 Synchronous RS flip-flop

同步觸發(fā)器為電平觸發(fā)方式，觸發(fā)器的狀態(tài)變化過(guò)程為[1-2]：在時(shí)鐘CP=1期間接收R、S輸入信號(hào)并改變狀態(tài)，在CP的其他期間狀態(tài)不變。

觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換由時(shí)鐘脈沖信號(hào)CP和輸入信號(hào)R、S控制，時(shí)鐘脈沖信號(hào)CP有效時(shí)控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換的時(shí)間，輸入信號(hào)R、S控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方向。

當(dāng)CP=0時(shí)，輸入控制門(mén)均截止，輸入信號(hào)不能加到觸發(fā)器中，觸發(fā)器狀態(tài)不變，Qn+1=Qn。

當(dāng)CP=1時(shí)，輸入信號(hào)能加到觸發(fā)器中，觸發(fā)器進(jìn)行狀態(tài)改變，CP=1時(shí)的邏輯功能描述如下。

輸入R=1、S=1時(shí)，觸發(fā)器兩個(gè)狀態(tài)輸出端同為1不互反，而當(dāng)輸入信號(hào)同時(shí)消失或CP由1變0時(shí)，觸發(fā)器的次態(tài)不確定，即Qn+1=×。

反映上述邏輯關(guān)系的特性表如表1所示。圖2所示的時(shí)序波形描述了同步RS觸發(fā)器的置0、置1、保持及次態(tài)不定等狀態(tài)變化行為。

表1 RS觸發(fā)器的特性表Tab.1 Truth table of RS flip-flop

輸入信號(hào)R、S由同為1變成同為0或時(shí)鐘脈沖信號(hào)CP回到低電平，狀態(tài)不確定。

圖2 同步RS觸發(fā)器的置0、置1、保持及次態(tài)不定狀態(tài)時(shí)序波形Fig.2 Waves for set，reset and uncertain states of synchronous RS flip-flop

2 同步RS觸發(fā)器的仿真方案設(shè)計(jì)

在用Multisim仿真軟件進(jìn)行同步RS觸發(fā)器工作狀態(tài)的Multisim仿真時(shí)，用虛擬儀器中的字組產(chǎn)生器做實(shí)驗(yàn)中的信號(hào)源產(chǎn)生所需的各種輸入信號(hào)，用四蹤示波器同步顯示時(shí)鐘脈沖信號(hào)CP、輸入信號(hào)RS、異步置零信號(hào)、狀態(tài)輸出信號(hào)Q和，構(gòu)建的仿真實(shí)驗(yàn)電路如圖3所示。

圖3 同步RS觸發(fā)器工作狀態(tài)的Multisim仿真電路Fig.3 Multisin simulation circuit for synchronous RS flip-flop

根據(jù)同步RS觸發(fā)器的觸發(fā)方式、邏輯功能以及圖2所示的時(shí)序圖，確定反映觸發(fā)器狀態(tài)變化特點(diǎn)及邏輯功能的字組產(chǎn)生器各個(gè)字組的內(nèi)容，在字組產(chǎn)生器的數(shù)據(jù)欄內(nèi)以16進(jìn)制（Hex）依次輸入 2、A、B、9、8、C、D

、9、C、E、F、9、8、E、F、F、E、A、B、B、A、A共22個(gè)字組數(shù)據(jù)，并對(duì)最后一個(gè)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行末地址設(shè)置（Set Final Position），完成所有字組信號(hào)的設(shè)置[3-8]。

圖3中選用Multisim中的2個(gè)四蹤示波器同步顯示時(shí)鐘脈沖信號(hào)CP，輸入信號(hào)R、S，異步置零信號(hào)，以及狀態(tài)輸出信號(hào) Q和， 其中四蹤示波器 XSC1同步顯示 CP、R、S及D信號(hào)，四蹤示波器XSC2同步顯示Q和信號(hào)，兩個(gè)示波器的面板以部分重疊方式顯示，如圖4所示，且兩個(gè)面板的Timebase區(qū)中的Scale、X position要設(shè)置一致，顯示一個(gè)計(jì)數(shù)循環(huán)周期的波形。

仿真顯示的時(shí)序波形圖如圖4所示。

圖4 同步RS觸發(fā)器仿真時(shí)序圖波形圖Fig.4 Multisim simulation waves for synchronous RS flip-flop

圖4中，由上至下依次為時(shí)鐘脈沖信號(hào)CP、置0輸入信號(hào)R、置1輸入信號(hào)S、異步置零信號(hào)、狀態(tài)輸出信號(hào) Q和的波形。

從左至右觀察圖4可看出：Multisim仿真波形和圖2所示的理論分析波形是一致的，直觀地描述了同步RS觸發(fā)器的置0、置1、保持及次態(tài)不定等狀態(tài)變化行為，

3 結(jié)束語(yǔ)

用Multisim軟件仿真可直觀描述同步RS觸發(fā)器的置0、置1過(guò)程及不確定狀態(tài)的產(chǎn)生過(guò)程，所述方法的創(chuàng)新點(diǎn)是解決了觸發(fā)器的工作波形無(wú)法用電子實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行分析驗(yàn)證的問(wèn)題。

所述方法亦可用于其他功能、觸發(fā)方式的時(shí)鐘觸發(fā)器工作過(guò)程的仿真。該方法具有實(shí)際應(yīng)用意義。

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