用Multisim 11仿真

数字逻辑电路仿真

  集成逻辑门电路逻辑功能的测试

一、 实验目的

1、熟悉Multisim 11软件的基本功能和使用方法。

2、掌握用Multisim 11软件进行与非门、异或门的逻辑功能测试及其测试方法。

二、实验内容

1．TTL集成门电路逻辑功能的测试

1）“与非门”逻辑功能的测试 

（1）按表1完成逻辑功能的测试

进入Multisim 11软件，从元器件库栏中取出测试电路所需的电路元器件，按图1所示连接电路，电路中三变量分别用三开关表示，分别由键盘按键A、B、C控制，设置方法为：鼠标指向开关元件，双击鼠标进入Switch (开关属性)对话框，在Value标题栏在Key项分别直接输入英文字母A、B、C（大小写任意）。 

连接电路完成，选择File（文件）菜单下Save As(另存为)命令对电路文件进行保存。电路图如图2所示。

图2     三输入与非门逻辑功能测试图

（2）按下“运行”按钮，启动电路进行测试，将测试结果填入下面表1的真值表中。

表1    “与非门”逻辑功能的测试

输入逻辑状态			输出
A	B	C	电位（V）
			TTL
1	1	1
0	1	1
0	0	1
0	0	0

2）.测试74LS86（四异或门）逻辑功能

（1）按表2完成逻辑功能的测试

进入Multisim 11软件，从元器件库栏中取出测试电路所需的电路元器件，按图3所示连接电路，电路中二变量分别用二开关表示，分别由键盘按键A、B控制，设置方法为：鼠标指向开关元件，双击鼠标进入Switch (开关属性)对话框，在Value标题栏在Key项分别直接输入英文字母A、B（大小写任意）。 

连接电路完成，选择File（文件）菜单下Save As(另存为)命令对电路文件进行保存。电路图如图4所示。

图3     异或门逻辑图

图4     异或门逻辑功能测试图

（2）按下“运行”按钮，启动电路进行测试，将测试结果填入下面的真值表中。得表达式为Y=A⊕B

表2 异或门逻辑功能的测试表

输入逻辑状态		电位（V）
A	B	输出
0	0
0	1
1	0
1	1

2．“门”控制功能的测试

（1）“与非”门控制功能的静态测试 

设A为信号输入端，B为控制端。A端输入单脉冲，B端接逻辑电平“0”或“1”。输出端Z接发光二极管（LED）进行状态显示，或称“0-1”显示，高电平亮。按表3进行测试，总结“封门”、“开门”的规律。

进入Multisim 11软件，从元器件库栏中取出测试电路所需的电路元器件，按图5所示连接电路，连接电路完成，选择File（文件）菜单下Save As(另存为)命令对电路文件进行保存。接线如图6所示。

图6     异或门逻辑图

图5     与非门逻辑图

表3    “与非门”门控功能

A	B	Z1	B	Z2
0	0		1
1	0		1
0	0		1
1	0		1

（2）与非门控制门动态测试  A端输入CP脉冲T=0.2ms，B端输入“1”、“0”信号，观察记录输入输出波形。

进入Multisim 11软件，从元器件库栏中取出测试电路所需的电路元器件，连接电路完成，选择File（文件）菜单下Save As(另存为)命令对电路文件进行保存。接线如图7所示。

按下“运行”按钮，启动电路进行测试，双击示波器得如图8所示电路仿真图。

图8     与非门逻辑仿真图

图7     与非门逻辑测试图

三、练习与思考

1、通过Multisim 11软件，自已用“与非门”组成下列电路，并测试它们功能。

（1）“或”门  

（2）“与”门  

（3）“或非”门  

（4）“异或”门  

2、TTL与非门输入端悬空为什么可以当作输入为“1”？思考CMOS与非门多余输入端可以悬空吗？

3、讨论TTL或非门闲置输入端的处置方法。

  半加器 全加器的分析与设计

一、实验目的：

1.通过Multisim 11软件进行半加器电路的设计，进一步熟悉软件的使用方法，特别是仿真方法；

2.认识、熟悉半加器、全加器的功能和特点，逻辑转换仪的使用方法，掌握逻辑电路的逻辑测试电路、逻辑转换仪等多种测试方法。

二、实验内容：

分别用逻辑测试电路和逻辑转换仪测试半加器、全加器的逻辑功能。

半加器

半加器的逻辑图如图9所示，它由一个异或门和一个与门构成。A、B是输入端，SO是和输出端，CO是向高位的进位输出端，在电路工作区构成电路，设计逻辑测试电路进行逻辑功能测试，验证半加器的逻辑特点。逻辑功能测试即通过实验写出其真值表如表4所示。输入变量A、B共有四种状态组合—逻辑变量分别有高、低电平两种状态，我们通过在输入端加+5V直流电压源和接地信号用于表示高低电平，用单刀双掷开关进行选择；在输出端接彩色指示灯，通过灯泡的亮和灭表示输出高低电平。

1.在电路工作区连接半加器测试电路。

进入Multisim 11软件，从元器件库栏中取出测试电路所需的电路元器件，按图5-11所示连接电路，电路中两开关分别由键盘按键A、B控制，设置方法为：鼠标指向开关元件，双击鼠标进入Switch (开关属性)对话框，在Value标题栏在Key项分别直接输入英文字母A、B（大小写任意）；两彩色指示灯的标识分别设置为SO、CO。如图10所示

连接电路完成，选择File（文件）菜单下Save As(另存为)命令对电路文件进行保存。

A	B	SO	CO
0	0
0	1
1	0
1	1

图10半加器逻辑功能测试电路

表4半加器逻辑真值表

2．按下“运行”按钮，启动电路进行测试，将测试结果填入表4所示的真值表中。

3.根据上面的真值表写出SO和CO的逻辑函数表达式和最简与或式。

S0=                      （最简式）；

CO=                      （最简式）。

4．2．2．2全加器

1.在电路工作区连接全加器测试电路。

进入Multisim 11软件，从元器件库栏中取出测试电路所需的电路元器件，按图11中所示连接电路，电路中两开关分别由键盘按键A、B、C控制，设置方法为：鼠标指向开关元件，双击鼠标进入Switch (开关属性)对话框，在Value标题栏在Key项分别直接输入英文字母A、B、C（大小写任意）；两彩色指示灯的标识分别设置为SO、CO,设置方法请参见前一部分元件的操作。

连接电路完成，选择File（文件）菜单下Save As(另存为)命令对电路文件进行保存如图12所示电路。

图11全加器逻辑图

图12全加器逻辑功能测试电路

2．按下“启动/停止“按钮，启动电路进行测试，将测试结果填入5所示的真值表中。

表5全加器的真值表

A	B	C	SO	CO
0	0	0
0	0	1
0	1	0
0	1	1
1	0	0
1	0	1
1	1	0
1	1	1

3.根据上面的真值表写出SO和CO的逻辑函数表达式和最简与或式。

S0=                         （最简式）；

CO=                         （最简式）。

4.逻辑转换仪的使用

从仪器库栏中取出逻辑转换仪连接电路如图13（a）、(b)所示，使用逻辑转换仪测试电路的逻辑功能，并与上面的结果进行比较。逻辑转换仪的功能如图14所示。

写出两种测试方法的联系和区别：

注：逻辑转换仪的基本功能使用方法

在图14所示逻辑转换仪的面板中，通过单击转换方式选择按钮的八个按钮就可以完成图中所示的八种转换方式。电路指电路工作区中的逻辑电路，输入变量按从高到低连接在转换仪从左到右的输入端，输出变量每次只能测试一个（如图13所示）；最简式指最简与或式；与非电路指由纯与非门构成的逻辑电路。

三、练习与思考

1、如何用半加器和适当的门电路实现全加器的功能。

2、用逻辑分析仪分析和半加器与全加器的功能

  组合逻辑电路设计

一、实验目的

1．掌握常用组合逻辑电路的设计方法  

2．学习设计奇偶校验电路并在Multisim 11软件下进行仿真。

二、实验内容

奇偶校验电路：检验输入为1的奇偶性，即当输入1的数目是奇数时输出为1，输入1的数目为偶数时输出为0。

1．设计两位输入时的电路

根据电路要求，逻辑抽象，得到真值表，见表6。

表6两位输入奇偶校验电路真值表

A	B	Y1	实验测得值Y1
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	0

函数表达式 

进入Multisim 11软件，从元器件库栏中取出测试电路所需的电路元器件，按图15中所示连接电路，电路如图16所示，输入接逻辑电平，输出接彩灯，将测得结果填入表6中。

图16两输入奇偶校验逻辑功能测试电路

   

2．设计三位输入时的电路

根据电路要求，逻辑抽象，得到真值表，见表7。

表7三输入奇偶校验电路真值表

A	B	C	Y2	实验测得值Y2
0	0	0	0
0	0	1	1
0	1	0	1
0	1	1	0
1	0	0	1
1	0	1	0
1	1	0	0
1	1	1	1

函数表达式 

进入Multisim 11软件，从元器件库栏中取出测试电路所需的电路元器件，按图17中所示连接电路，电路如图18所示，输入接逻辑电平，输出接彩灯，将测得结果填入表7中。

图18三输入奇偶校验逻辑功能测试电路

3．设计四位输入时的电路

根据电路要求，逻辑抽象，得到真值表，见表8。

表8四位输入奇偶校验电路真值表

A	B	C	D	Y	实验测得值Y
0	0	0	0	0
0	0	0	1	1
0	0	1	0	1
0	0	1	1	0
0	1	0	0	1
0	1	0	1	0
0	1	1	0	0
0	1	1	1	1
1	0	0	0	1
1	0	0	1	0
1	0	1	0	0
1	0	1	1	1
1	1	0	0	0
1	1	0	1	1
1	1	1	0	1
1	1	1	1	0

函数表达式  

进入Multisim 11软件，从元器件库栏中取出测试电路所需的电路元器件，按图19中所示连接电路，电路如图20所示，输入接逻辑电平，输出接彩灯，将测得结果填入表8中。

图20四输入奇偶校验逻辑功能测试电路

4．使用异或门完成

进入Multisim 11软件，从元器件库栏中取出测试电路所需的电路元器件，按图21中所示连接电路，电路如图22所示，输入接逻辑电平，输出接彩灯，将测得结果与表8比较是否一致。

三、练习与思考

1．总结组合逻辑电路的设计方法

2．学会用各种门设计奇偶校验器并说明奇偶校验器与奇偶发器的区别。

四选一数据选择器功能的测试与应用

一、实验目的：

1.通过实验让读者掌握数据选择器的设计方法和逻辑电路的测试方法，通过电路仿真，进一步了解4选1数据选择器的功能。

2.熟悉集成数据选择器的功能和特点，应用数据选择器设计电路。

3.了解中规模集成八选一数据选择器74LS151的应用。

二、 实验内容：

四选一数据选择器的电路原理图如图23所示。A、B为地址输入端；为使能控制端；D0～D3为数据输入端；Y为数据输出端。设计电路测试数据选择器的逻辑功能。

熟悉选择器芯片的功能和特点，设计数据选择器的应用电路,用逻辑转换仪或示波器测试集成数据选择器电路的逻辑功能，

    

1.通过上图所示数据选择器的原理图，我们可以设计逻辑电路如图24所示，验证4选一选择器的功能。三个开关分别控制地址输入端A、B和使能端，控制键为A、B和G；数据输入端D0～D3接四个时钟频率不同的时钟源，用于区别四个输入变量；输出端接示波器，观察输出信号的频率与四个输入变量哪个相同。将结果填入9表中。

图24    数据选择器测试电路

表9四选一数据选择器功能真值表

地址输入		数据输入				使能输入	输出
A	B	D0	D1	D2	D3		Y
×	×	×	×	×	×	1
0	0	0	×	×	×	0
0	0	1	×	×	×	0
0	1	×	0	×	×	0
0	1	×	1	×	×	0
1	0	×	×	0	×	0
1	0	×	×	1	×	0
1	1	×	×	×	0	0
1	1	×	×	×	1	0

根据上表所填结果写出该选择器的逻辑函数表达式，               。

2.从数字集成电路库中取出芯片74153。根据其逻辑功能，我们可以看出该芯片由两个四选一数据选择器构成，其中地址输入端A、B共用。构成数据选择器应用电路如图25所示，用逻辑转换仪检测出输出变量Si和Co的逻辑功能真值表填入10表中，写出输出的逻辑函数，说明其逻辑功能。

图25 74153应用电路

10    数据选择器74153应用电路真值表

C	A	B	F
0	0	0
0	0	1
0	1	0
0	1	1
1	0	0
1	0	1
1	1	0
1	1	1

输出变量F=                          

三、练习与思考

1、根据以上实验我们可以看出图25中74153应用电路实现的逻辑功能是什么？

2、用74153设计一个全减器电路，并在Multisim 11软件下仿真。

    触发器功能的测试与应用

一、实验目的：

1.通过实验让读者掌握时序逻辑电路中的基本部件——触发器电路的原理图设计方法和工作原理，进一步了解触发器的功能和特性。

2.通过负边沿JK触发器的逻辑测试，熟悉、掌握集成触发器的特点和测试方法。

3.掌握示波器的使用方法。

二、实验内容：

基本RS触发器的原理图如图26所示，RD是异步置0输入端，SD是异步置1输入端，低电平是有效输入电平；Q是触发器的输出端。通过逻辑测试电路测试触发器的置零、置位和保持等功能。

集成负边沿JK触发器如图27所示，是异步置0输入端，是异步置1输入端，低电平是有

效输入电平；CP是时钟输入端，下降沿有效；Q是触发器的输出端，是反相输出端。通过测试电路观察两输入端JK在时钟脉冲作用下的置数功能。

图27负边沿JK触发器电路结构

图26基本RS触发器电路结构

1. 进入Multisim 11软件，从元器件库栏中取出测试电路所需的电路元器件，按图26中所示连接电路，电路中两开关分别由键盘按键R、S控制，设置方法为：鼠标指向开关元件，双击鼠标进入Switch (开关属性)对话框，在Value标题栏在Key项分别直接输入英文字母R、S（大小写任意）；两彩色指示灯的标识分别设置为Q、NQ.电路如图28， 然后启动电路将RS触发器的特性表填入11表中。

 图28基本RS触发器的测试电路

表11 RS触发器特性表

S	R	Qn	Qn+1

2.根据测试结果，回答问题：

（1）该触发器的特性方程是：                  。

（2）该触发器当S=R=0时，触发器输出状态是什么？

（3）触发器的约束条件是：                     。

3.图29所示是一个负边沿JK触发器的测试电路，在电路工作区连接该电路保存电路；填写特性表，并回答问题。

注：四个开关的控制键分别为：R、S、J、K；彩色指示灯接触发器输出端Q，用于观察输出状态的变化；时钟源接触发器的时钟输入端CP，用示波器观察时钟源的变化，时钟频率设置为1Hz。初始状态开关RS接高电平，JK接低电平。按照以下步骤连接电路观察输出状态，填入13表格中。

图29所示是一个负边沿JK触发器的测试电路

控制触发器的置位端（SD）和复位端（RD）的状态，并将两控制端的功能测试结果填入12表中

表12负边沿JK触发器两控制端的功能测试表

S	R	Q	Qn+1
1	1→0
	0→1
1   0	1
0   1
1	1
0	0

设置SD=RD=1，控制触发器输入端JK的状态，将该器件的逻辑功能测试结果填入13表中

表13负边沿JK触发器逻辑功能测试表

J	K	CP	Qn+1
			Qn=0	Qn=1
0	0	0→1
		1→0
0	1	0→1
		1→0
1	0	0→1
		1→0
1	1	0→1
		1→0

设置J=K=1，RD=SD=1，然后给CP端输入频率f=1kHz，；用示波器检测该触发器的输出Q端的波形，观察输出状态何时被触发翻转。

Q端输出波形的频率f=              

此时该器件有何功能？              

电路结构图如图30所示

  

图30    负边沿JK触发器电路及波形图

三、练习与思考

1、自行设计由基本RS触发器构成防抖动电路，并进行仿真。

2、由RS触发器实现JK触发器、T触发器的功能，并在Multisim 11软件进行仿真，测试其转换后触发器的功能。

    计数器功能的测试与应用

一、实验目的：

1. 熟悉计数器的工作原理，掌握MSI计数器逻辑功能及其应用。

2.通过实验使读者了解Multisim 11软件下时序逻辑电路的设计方法，通过电路仿真，进一步了解计数器的功能和特性。

3.了解、熟悉集成计数器芯片的功能和使用方法，掌握计数器的级联方法，并会用MIS计数器实现任意进制计数。

二、实验内容：

图31所示为T触发器构成的简单计数电路，启动电路测试电路逻辑功能。其中CP为计数时钟输入端，Q4～Q1为计数输出端。

1.从元器件库栏中取出元件，在电路工作区连接图31所示电路。适当选取设计逻辑测试电路，测试该电路的逻辑功能。

图31  T触发器构成的十进制计数器

根据所设计电路的测试结果，填写该电路的逻辑转换真值表如14。

表14电路逻辑转换表

CP↑	Q4n	Q3n	Q2n	Q1n	Q4n+1	Q3n+1	Q2n+1	Q1n+1
0		0	0	0
1
2
3
4
5
6
7
8
9

由以上我们所得到的逻辑转换表可以看出该计数电路的逻辑特点为          。

2.集成计数器芯片74163的电路结构和功能。

从数字集成电路库中取出计数器74163，根据该芯片的逻辑功能和特点。利用反馈清零法和反馈置数法设计电路如图32（a）、（b）所示，在电路工作区设计电路，启动电路，说明此两种计数方法分别得到几进制计数。

（a）  74163反馈置数法电路

图32（b）  74163反馈清零法电路

三、练习与思考

1、(a)图中电路为                进制计数。

(b)图中电路为                进制计数。

通过以上两种电路的仿真和测试，可得到反馈清零法和反馈置数法计数的区别在于：

2、74LS163的置0端为异步还是同步？，置数端为异步还是同步？

3、在Multisim 11软件下，用二片74LS192和一片74LS00组成六十进制计数器，并与CD4511、TS547构成计数、译码、显示电路，参考电路如图33所示，CPU端输入连续脉冲（f=1HZ），观察数码管数字的变化。

   

 

                                                CP     

  4′                                            

                                                                                                           

                                   

图33六十进制计数器显示电路

4、用二进制计数器（74163）、3-8译码器（74138）、555定时器及适当元件。要求按下列步骤进行：

（1）用555定时器和阻容元件构成一个多谐振荡器，要求振荡    频率为1KHZ。用示波器观察VO、VC的波形，并记录结果。

（2）用74163构成6分频电路，要求输入时钟频率为1KHZ（用（1）题的VO作输入时钟），输出信号频率为0.16666KHZ，脉宽与输入时钟相同。用逻辑分析仪观察波形，并记录结果。

（3）利用（1）、（2）题结果，再加8选1数据选择器（74151）构成一个序列信号发生器。要求循环产生011010序列码。用逻辑分析仪观察波形，并记录结果。

4）利用（1）题产生的时钟、再加二进制计数器（74163）、3-8译码器（74138）构成8路脉冲分配器要求 ：

（a）时钟信号加在74138的E1端和，观察~的波形。(b)时钟信号加在74138的E2端，观察~ 的波形。用逻辑分析仪观察波形，并记录结果。