Multisim仿真软件在电子电路设计中的问题和方法:电子电路设计仿真软件

Multisim仿真软件在电子电路设计中的问题和方法

2 Multisim仿真软件的功能及特点 Multisim是一个原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿 真软件，可实现原理图捕获、电路分析、电路仿真、仿真仪 器测试等功能；
具有如下特点：界面设计人性化、操作简洁 明了、元件库规模庞大、仪器仪表库种类齐全（包括函数信 号发生器、示波器、逻辑分析仪等）、分析功能强大（包括 直流工作点分析、交流分析、噪声分析等）。

3 应用实例 以数字抢答器的设计为例，阐述采用Multisim仿真软件 进行电子电路设计的过程。

设计任务和要求 用中、小规模集成电路设计一个数字 抢答器，设计要求：
1）抢答器可同时供8名选手参加比赛，每个选手拥有一 个抢答按键，分别用按键J0～J7表示，按键编号和选手编号 相同；

2）主持人扳动控制开关J8，可控制系统的复位和抢答 的开始；
3）抢答器具有第一抢答信息的鉴别、锁存和显示功能， 抢答开始后，第一抢答者按动抢答按键时，该选手的编号立 即被锁存，并显示在LED数码管上，控制电路使扬声器发出 报警声音，并对输入电路进行封锁，使其他选手的抢答不起 作用；

4）抢答器具有定时抢答功能，主持人通过设定一次抢 答时间，控制比赛的开始和结束[1]。

电路组成 抢答器由主体电路和扩展电路两部分组成。

主体电路由主持人控制开关、抢答按键、控制电路、优先编 码器、锁存器、译码器、编号显示器和报警电路构成，完成 基本抢答的功能；
扩展电路由秒脉冲产生电路、定时电路、 译码器和定时显示器构成，完成定时抢答的功能。

抢答器工作过程：首先，接通抢答器电源，主持人将开 关J8置于复位位置，禁止抢答器工作，编号显示器被熄灭， 定时显示器显示定时时间；
然后，主持人将开关J8置于开始 位置，允许抢答器工作，计数器进行减计时；
当选手在定时 时间内抢答时，计数器停止工作，编号显示器显示抢答选手 的编号，定时显示器显示剩余抢答时间，并禁止其他选手随 后的抢答；
当定时时间到，但无人抢答时，系统报警，并禁 止选手超时抢答。

电路设计及仿真 1）抢答器电路。抢答器电路如图1所示。优先编码器 74LS148能鉴别第一抢答者的按键操作，并使其他选手的操作无效；
RS锁存器74LS279能锁存第一抢答者的编号，并经 译码器74LS48译码后显示在LED数码管上。

抢答器电路仿真波形如图2所示。借助于Multisim仿真 软件中的逻辑分析仪，可对抢答器电路的多路逻辑信号同步 进行高速采集和时序分析。将逻辑分析仪的输入端口相应地 连接到电路的如下测试点上：开关J8，74LS279的输出端Q4、 Q3、Q2、Q1（EI、BI），按键J7、J6、J5、J4、 J3、J2、J1、J0。被采集的输入信号将显示在屏幕上。

由图2可知，在第一个Clock脉冲的上升沿，主持人将开 关J8置于复位位置时，74LS279被复位，禁止锁存器工作， 其输出Q4Q3Q2Q1=0000。于是，74LSl48的选通输入端EI=0， 允许优先编码器工作；
74LS48的消隐输入端BI=0，编号显示 器被熄灭。在第一个Clock脉冲的下降沿，当主持人将开关 J8置于开始位置时，允许优先编码器和锁存器工作。在第二 个Clock脉冲的下降沿，将J6按键按下时，74LSl48的输出 A2A1A0=001，GS=0，经RS锁存后，Q4Q3Q2Q1=1101。于是， Q1=1，使BI=1，允许74LS48工作；
Q4Q3Q2=110，经译码显示 为“6”。此外，Q1=1，使EI=1，禁止74LSl48工作，封锁了 其他按键的输入（即在第三个Clock脉冲的上升沿J3按键的 输入）。在第四个Clock脉冲的上升沿，当按下的J6键松开 后，GS=1，此时由于仍为Q1=1，使EI=1，所以仍禁止74LSl48 工作，封锁了其他按键的输入（即第五个Clock脉冲的下降 沿J0按键的输入），从而实现了抢答的优先性，保证了电路的准确性。在第六个Clock脉冲的下降沿，主持人将开关J8 重新置于复位位置，以便进行下一轮的抢答。

2）定时电路。将两片同步十进制可逆计数器74LSl92级 联，以串行进位方式构成百进制计数器；
计数器的计数脉冲 由555定时器构成的秒脉冲电路提供；
通过预置时间电路， 主持人对计数器进行一次抢答时间的预置；
74LS48译码器和 定时显示器构成译码显示电路。当主持人将开关J8置于复位 位置时，计数器预置定时时间，并显示在定时显示器上。当 主持人将开关J8置于开始位置时，74LS279的输出Q1=0，经 非门反相后，使555定时器的时钟输出端CP与74LSl92的时钟 输入端CPD相连，计数器进行减计时；
在定时时间未到时， 74LS192的借位输出端BO2=1，使74LSl48的EI=0，允许 74LSl48工作。当选手在定时时间内抢答时，Q1=1，经非门 反相后，封锁CP信号，计数器停止工作，定时显示器上显示 剩余抢答时间，并保持到主持人将系统复位为止；
同时，EI=1， 禁止74LSl48工作。当定时时间到无人抢答时，BO2=0，EI=1， 禁止74LSl48工作，禁止选手超时抢答；
同时，BO2=0，封锁 CP信号，计数器停止工作，定时显示器上显示00[2]。

3）报警电路。报警电路由555定时器、三极管推动级和 扬声器构成。由若干电阻、电容和555定时器接成多谐振荡 器，将时序电路控制信号PR接至555定时器的清零端，以控 制多谐振荡器振荡的起停，多谐振荡器输出信号控制三极管 的导通、截止，从而推动扬声器发出报警声音。4 结语 Multisim是电子电路计算机仿真设计与分析的基础，在 电子电路设计中应用Multisim仿真软件，把虚拟仿真和硬件 实现相结合，可以节约设计成本、缩短开发周期和提高设计 效率，有利于培养学生工程实践、综合分析和开发创新能力， 提高学生运用现代化设计工具的能力。

参考文献 [1]赵淑范，王宪伟.电子技术实验与课程设计[M].北 京：清华大学出版社，2006. [2]段新文，李银轮.电子技术基础实验[M].北京：科学 出版社，2010.