基于Multisim8數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)使用技巧

張學(xué)文，司佑全

(湖北師范學(xué)院 物理與電子科學(xué)學(xué)院，湖北 黃石 435002)

0 前言

Multisim8 是加拿大Interactive Image Technologies 公司繼Multisim2001、Multisim7之后,于2004年推出的Multisim新版本,是該公司電子電路仿真軟件EWB( Electronics Workbench, 虛擬電子工作臺)的升級版。Multisim8軟件功能強(qiáng)大,方便易用,是電子電路分析與設(shè)計(jì)的優(yōu)秀仿真軟件[1]。在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用Multisim8 進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，可以與實(shí)物實(shí)驗(yàn)一樣直接觀察到結(jié)果，而且實(shí)驗(yàn)成本低，實(shí)驗(yàn)速度快，效率高。

在用Multisim8 對數(shù)字電路進(jìn)行仿真時(shí)，在某些情況下會(huì)發(fā)現(xiàn)與實(shí)際實(shí)物實(shí)驗(yàn)有一些不同的地方，針對這一點(diǎn)提出相應(yīng)的處理方法。

1 實(shí)際處理的幾個(gè)問題

1.1 在電路中放置示意性電源

雖然在Multisim8的集成器件模型中，很多常用器件電源已被鎖定，但在具體應(yīng)用中，如果仿真出現(xiàn)問題，仍應(yīng)作相應(yīng)處理。下面就幾個(gè)典型問題進(jìn)行說明。

1)譯碼與顯示電路應(yīng)用

在使用Multisim8進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，利用74LS47驅(qū)動(dòng)共陽七段發(fā)光二級管實(shí)驗(yàn)時(shí)，需放置數(shù)字地符號，即使不連接，也應(yīng)放置在電路中[2]。如果不放置數(shù)字地符號，共陽極七段發(fā)光二極管每一段都不能點(diǎn)亮。圖1所示。在相同的環(huán)境下，使用74LS48共陰極七段發(fā)光二極管時(shí)，如果將陰極直接接地，無數(shù)字顯示。需將陰極串入一個(gè)限流電阻才能正常工作(可以在陰極與接地段之間串入一個(gè)限流電阻，或者在譯碼器74LS48驅(qū)動(dòng)共陰極七段發(fā)光二極管時(shí)的每一段之間串入一個(gè)限流電阻)，如圖2所示。

2)集電極開路門應(yīng)用

TTL OC門作一般應(yīng)用時(shí)，必須在每個(gè)門的輸出端與電源端之間接一個(gè)電阻，之后就與一般的TTL門電路應(yīng)用的功能完全相同了[3]。在使用TTL OC門時(shí)，數(shù)字地電源同樣要示意性地放在電路中，圖3所示。否則無論輸入端電平如何變化，數(shù)字直流電壓表讀數(shù)始終為+5V，邏輯功能不正確。

圖1 共陽極譯碼電路 圖2 共陰極譯碼電路

3)通過對元件性能進(jìn)行編輯應(yīng)用

圖3 集電極開路門邏輯功能測試電路

在Multisim8軟件中，門電路都無電源引腳，并不是說沒有電源可工作，實(shí)際上對于TTL門電路，正極默認(rèn)其接到了VCC上，負(fù)極默認(rèn)接GND.在對2764EPROM進(jìn)行功能驗(yàn)證時(shí)[4]，由于1腳默認(rèn)為空腳，需要通過編輯元件引腳性能(Edit Component properties)，將1腳接VPP才能正常工作。

4)自激振蕩電路應(yīng)用

實(shí)際自激振蕩電路因外部環(huán)境的變化使得電路很容易起振。但在仿真軟件中，要模擬出這個(gè)擾動(dòng)才能讓振蕩器起振[5]。在圖4環(huán)形振蕩器中，人為加入一個(gè)啟動(dòng)開關(guān)，撥動(dòng)開關(guān)，給電路一個(gè)擾動(dòng)信號，此時(shí)可以在示波器上觀察到正常的波形。仿真測得振蕩周期為90ns，等于三個(gè)非門的延時(shí)時(shí)間。每個(gè)門為30 ns，結(jié)果正確。

圖4 環(huán)形振蕩器

1.2 時(shí)序電路中的競爭與冒險(xiǎn)

在利用Multisim8進(jìn)行時(shí)序電路仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，有與實(shí)際電路表現(xiàn)不一致之處，存在仿真速度過慢的現(xiàn)象，可以人為提高時(shí)鐘頻率，在以下實(shí)例中即如此。

在利用Multisim8構(gòu)成五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器時(shí)，無論采用置數(shù)法還是清零法，計(jì)數(shù)器都應(yīng)該在0～4之間遞增變化。置數(shù)法構(gòu)成的5進(jìn)制計(jì)數(shù)器，電路的輸出狀態(tài)為0101時(shí)給出置數(shù)信號后電路立刻從0開始計(jì)數(shù)(預(yù)置的數(shù)據(jù)為0)，狀態(tài)0101為短暫的過渡狀態(tài)，能夠觀察到的穩(wěn)定循環(huán)狀態(tài)為0000→0001→0010→0011→0100.仿真中用74HC系列集成電路74HC192計(jì)數(shù)跳變正常，而使用其它系列192芯片進(jìn)行仿真時(shí)，計(jì)數(shù)器只能在0～3之間變化，缺少一個(gè)4狀態(tài)，計(jì)數(shù)結(jié)果為0～3[6](實(shí)物實(shí)驗(yàn)中，跳變正常)。74LS192五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器電路如圖5所示，通過查看仿真模型參數(shù)發(fā)現(xiàn)(參數(shù)見表1)，用其它系列192芯片進(jìn)行仿真時(shí)，存在很明顯的競爭冒險(xiǎn)現(xiàn)象，QC、QA波形圖如圖6所示。其改進(jìn)措施是延遲QC的變化，如圖7所示，亦可采用類似的方法。

表1 74HC192與74LS192參數(shù)對照表

圖5 74LS192五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器 圖6 74LS192五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器競爭冒險(xiǎn)波形

圖7 74LS192五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器改進(jìn)電路

1.3 三態(tài)門的仿真應(yīng)用

TTL三態(tài)輸出門是一種特殊的門電路，它與普通的TTL門電路結(jié)構(gòu)不同，它的輸出端除了通常的高電平、低電平兩種狀態(tài)外(這兩種狀態(tài)均為低阻狀態(tài))，還有第三種輸出狀態(tài)——高阻狀態(tài)，處于高阻狀態(tài)時(shí)，電路與負(fù)載之間相當(dāng)于開路。

三態(tài)門邏輯功能測試和實(shí)際實(shí)物實(shí)驗(yàn)一樣，輸入端接邏輯開關(guān)，輸出端接電平指示器或發(fā)光二極管，所測功能即為控制端為低電平時(shí)，輸出與輸入一致，(輸入為高電平時(shí)發(fā)光二極管亮；輸入為低電平時(shí)，發(fā)光二極管不亮)，控制端為高電平時(shí)，輸出端為高阻態(tài)。不論輸入為高電平還是低電平，發(fā)光二極管均不亮[7]。

1)在三態(tài)門輸出端接一個(gè)二輸入的與門之后再接電平指示器就可以得到與實(shí)物實(shí)驗(yàn)相同的結(jié)果，圖8(a)所示。

2)也可以在三態(tài)門輸出端直接接發(fā)光二極管，通過發(fā)光二極管的亮暗變化來得到輸出情況，圖8(b)所示。

(a) 仿真方式1 (b) 仿真方式2圖8 三態(tài)門邏輯功能測試電路

2 結(jié)語

以上通過實(shí)例對Multisim8仿真中出現(xiàn)的一些異常情況，在結(jié)合電路理論的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了分析處理，給出了改進(jìn)方法與思路，這樣既再現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果，同時(shí)也彰顯了理論學(xué)習(xí)的重要性，使理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)互為補(bǔ)充，極大地開發(fā)了邏輯思維能力，對其它相關(guān)學(xué)科的教學(xué)亦有很好的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊 欣．電路設(shè)計(jì)與仿真[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.

[2]路而紅．虛擬電子實(shí)驗(yàn)室——Multisim7&Ultiboard7[M]．北京：人民郵電出版社，2005.

[3]李良榮．現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)——基于Multisim7&Ultiboard 2001[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[4]楊 剛，李 雷．?dāng)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2005.

[5]張學(xué)文，王成艷．對稱式多諧振蕩器仿真研究[J].湖北師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2012，1：10～14.

[6]王連英．基于Multisim10的電子仿真實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)[M]．北京：北京郵電大學(xué)出版社，2009.

[7]祁國權(quán)．三態(tài)門邏輯功能的Multisim仿真方案[J].電子設(shè)計(jì)工程，2011，9:118～120.