基于Multisim8數字電路實驗的幾個使用技巧

張學文，司佑全

(湖北師范學院 物理與電子科學學院，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軟件功能強大,方便易用,是電子電路分析與設計的優秀仿真軟件[1]。在數字電路實驗中運用Multisim8 進行實時仿真，可以與實物實驗一樣直接觀察到結果，而且實驗成本低，實驗速度快，效率高。

在用Multisim8 對數字電路進行仿真時，在某些情況下會發現與實際實物實驗有一些不同的地方，針對這一點提出相應的處理方法。

1 實際處理的幾個問題

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，但在具體應用中，如果仿真出現問題，仍應作相應處理。下面就幾個典型問題進行說明。

1)譯碼與顯示電路應用

在使用Multisim8進行設計過程中，利用74LS47驅動共陽七段發光二級管實驗時，需放置數字地符號，即使不連接，也應放置在電路中[2]。如果不放置數字地符號，共陽極七段發光二極管每一段都不能點亮。圖1所示。在相同的環境下，使用74LS48共陰極七段發光二極管時，如果將陰極直接接地，無數字顯示。需將陰極串入一個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限流電阻，或者在譯碼器74LS48驅動共陰極七段發光二極管時的每一段之間串入一個限流電阻)，如圖2所示。

2)集電極開路門應用

TTL OC門作一般應用時，必須在每個門的輸出端與電源端之間接一個電阻，之后就與一般的TTL門電路應用的功能完全相同了[3]。在使用TTL OC門時，數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，數字直流電壓表讀數始終為+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)通過對元件性能進行編輯應用

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，實際上對于TTL門電路，正極默認其接到了VCC上，負極默認接GND.在對2764EPROM進行功能驗證時[4]，由于1腳默認為空腳，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)自激振蕩電路應用

實際自激振蕩電路因外部環境的變化使得電路很容易起振。但在仿真軟件中，要模擬出這個擾動才能讓振蕩器起振[5]。在圖4環形振蕩器中，人為加入一個啟動開關，撥動開關，給電路一個擾動信號，此時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，等于三個非門的延時時間。每個門為30 ns，結果正確。

圖4 環形振蕩器

1.2 時序電路中的競爭與冒險

在利用Multisim8進行時序電路仿真實驗時，有與實際電路表現不一致之處，存在仿真速度過慢的現象，可以人為提高時鐘頻率，在以下實例中即如此。

在利用Multisim8構成五進制加法計數器時，無論采用置數法還是清零法，計數器都應該在0～4之間遞增變化。置數法構成的5進制計數器，電路的輸出狀態為0101時給出置數信號后電路立刻從0開始計數(預置的數據為0)，狀態0101為短暫的過渡狀態，能夠觀察到的穩定循環狀態為0000→0001→0010→0011→0100.仿真中用74HC系列集成電路74HC192計數跳變正常，而使用其它系列192芯片進行仿真時，計數器只能在0～3之間變化，缺少一個4狀態，計數結果為0～3[6](實物實驗中，跳變正常)。74LS192五進制加法計數器電路如圖5所示，通過查看仿真模型參數發現(參數見表1)，用其它系列192芯片進行仿真時，存在很明顯的競爭冒險現象，QC、QA波形圖如圖6所示。其改進措施是延遲QC的變化，如圖7所示，亦可采用類似的方法。

表1 74HC192與74LS192參數對照表

圖5 74LS192五進制加法計數器 圖6 74LS192五進制加法計數器競爭冒險波形

圖7 74LS192五進制加法計數器改進電路

1.3 三態門的仿真應用

TTL三態輸出門是一種特殊的門電路，它與普通的TTL門電路結構不同，它的輸出端除了通常的高電平、低電平兩種狀態外(這兩種狀態均為低阻狀態)，還有第三種輸出狀態——高阻狀態，處于高阻狀態時，電路與負載之間相當于開路。

三態門邏輯功能測試和實際實物實驗一樣，輸入端接邏輯開關，輸出端接電平指示器或發光二極管，所測功能即為控制端為低電平時，輸出與輸入一致，(輸入為高電平時發光二極管亮；輸入為低電平時，發光二極管不亮)，控制端為高電平時，輸出端為高阻態。不論輸入為高電平還是低電平，發光二極管均不亮[7]。

1)在三態門輸出端接一個二輸入的與門之后再接電平指示器就可以得到與實物實驗相同的結果，圖8(a)所示。

2)也可以在三態門輸出端直接接發光二極管，通過發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 三態門邏輯功能測試電路

2 結語

以上通過實例對Multisim8仿真中出現的一些異常情況，在結合電路理論的基礎上，進行了分析處理，給出了改進方法與思路，這樣既再現了實驗過程與結果，同時也彰顯了理論學習的重要性，使理論教學與實驗教學互為補充，極大地開發了邏輯思維能力，對其它相關學科的教學亦有很好的借鑒作用。

參考文獻：

[1]楊 欣．電路設計與仿真[M].北京：清華大學出版社，2006.

[2]路而紅．虛擬電子實驗室——Multisim7&Ultiboard7[M]．北京：人民郵電出版社，2005.

[3]李良榮．現代電子設計技術——基于Multisim7&Ultiboard 2001[M]．北京：機械工業出版社，2005.

[4]楊 剛，李 雷．數字電子技術基礎實驗[M]．北京：電子工業出版社，2005.

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

[6]王連英．基于Multisim10的電子仿真實驗與設計[M]．北京：北京郵電大學出版社，2009.

[7]祁國權．三態門邏輯功能的Multisim仿真方案[J].電子設計工程，2011，9:118～120.