Multisim 10 电路仿真技术应用项目六.ppt

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1、电子工业出版社 Multisim 10 电路仿真技术应用 主编 赵永杰 王国玉Multisim 10 电路仿真电路仿真简单数学钟电路仿真简单数学钟电路仿真项目六项目六 简单数学钟电路仿真简单数学钟电路仿真 任务一任务一 触发器电路仿真触发器电路仿真任务二任务二 移位寄存器仿真移位寄存器仿真任务三任务三 计数器电路仿真计数器电路仿真任务四任务四 简单数字钟电路仿真简单数字钟电路仿真知识点一知识点一 子电路和层次化子电路和层次化Multisim 10 电路仿真电路仿真简单数学钟电路仿真简单数学钟电路仿真项目学习目标项目学习目标学学 习习 目目 标标学学习习方式方式学学时时技能技能目目标标 掌握触发

2、器的仿真方法；掌握计数器的仿真方法及应用；简单数字钟的构成和仿真学生上机操作，教师指导、答疑4课时知知识识目目标标 掌握触发器的功能；掌握任意进制计数器的构成方法；了解子电路和层次块的概念；教师讲授2课时Multisim 10 电路仿真电路仿真简单数学钟电路仿真简单数学钟电路仿真触发器有三个基本特性：触发器有三个基本特性：任务一任务一 触发器电路仿真触发器电路仿真 （1）它有两个稳定状态，可分别用来表示二）它有两个稳定状态，可分别用来表示二进制数码进制数码0和和1；（3）当当输输入入信信号号消消失失后后，已已转转换换的的稳稳定定状状态态可以长期保持下来。可以长期保持下来。（2）在在输输入入信信

3、号号作作用用下下，触触发发器器的的两两个个稳稳定定状态可以相互转换；状态可以相互转换；根据电路功能，触发器可分为RS触发器、JK触发器、D触发器、T触发器和T触发器。Multisim 10 电路仿真电路仿真简单数学钟电路仿真简单数学钟电路仿真 RS触发器具有置触发器具有置0、置、置1、和保持的功能。、和保持的功能。RS触发器的特性方程为：触发器的特性方程为：表6-1RS触发器的功能表（1）RS触发器基本特性触发器基本特性1.RS1.RS触发器仿真触发器仿真Multisim 10 电路仿真电路仿真简单数学钟电路仿真简单数学钟电路仿真图6-1 RS触发器的状态转换图图6-2 RS触发器的逻辑符号M

4、ultisim 10 电路仿真电路仿真简单数学钟电路仿真简单数学钟电路仿真（2）RS触发器触发器CC4043介绍介绍 CC4043是由或非是由或非门组门组成的基本成的基本RS触触发发器，内部集成了四个相同模器，内部集成了四个相同模块块，如，如图图6-3所示。所示。CC4043具有三具有三态锁态锁存功能，由公共的三存功能，由公共的三态态控制控制输输入端入端EN控制。当控制。当EN为逻辑为逻辑1或高或高电电平平时时，Q端端输输出内部出内部锁锁存器的状存器的状态态；当；当EN逻辑逻辑0或低或低电电平平时时，Q端呈高阻抗状端呈高阻抗状态态。三。三态态功能使功能使CC4043输输出可以直接出可以直接连连

5、到系到系统总线统总线上。如果在上。如果在一片集成器件中有多个触一片集成器件中有多个触发发器，通常在符号前面（或后面）加上数字，以示不器，通常在符号前面（或后面）加上数字，以示不同触同触发发器的器的输输入、入、输输出信号，如出信号，如S1、R1与与O1同属一个触同属一个触发发器。器。图6-3 CC4043的逻辑符号表6-2 CC4043的功能表Multisim 10 电路仿真电路仿真简单数学钟电路仿真简单数学钟电路仿真（3）RS触发器仿真触发器仿真图6-4 CC4043的实验电路Multisim 10 电路仿真电路仿真简单数学钟电路仿真简单数学钟电路仿真 JK触发器具有置触发器具有置0、置、置1

6、、保持和翻转的功能。、保持和翻转的功能。JK触发器的特性方程为：触发器的特性方程为：表6-3JK触发器的功能表（1）JK触发器基本特性触发器基本特性 2.JK2.JK触发器仿真触发器仿真Multisim 10 电路仿真电路仿真简单数学钟电路仿真简单数学钟电路仿真图6-5 JK触发器的状态转换图图6-6 JK触发器的逻辑符号Multisim 10 电路仿真电路仿真简单数学钟电路仿真简单数学钟电路仿真（2）集成）集成JK触发器触发器74LS76介绍介绍 74LS76是是TTL双双JK触触发发器，内部集成了两个相同的器，内部集成了两个相同的JK触触发发器，器，带带有有预预置和清零置和清零输输入，下降

7、沿触入，下降沿触发发，74LS76的的逻辑逻辑功能如表功能如表6-4所示。所示。表6-474LS76的功能表Multisim 10 电路仿真电路仿真简单数学钟电路仿真简单数学钟电路仿真（3）JK触发器仿真触发器仿真图6-7 74LS76的实验电路Multisim 10 电路仿真电路仿真简单数学钟电路仿真简单数学钟电路仿真 D触发器具有置触发器具有置0和置和置1的功能。的功能。D触发器的特触发器的特性方程为：性方程为：表6-5D触发器的功能表（1）D触发器基本特性触发器基本特性 3.D3.D触发器仿真触发器仿真Multisim 10 电路仿真电路仿真简单数学钟电路仿真简单数学钟电路仿真图6-8

8、D触发器的状态转换图图6-9 D触发器的逻辑符号Multisim 10 电路仿真电路仿真简单数学钟电路仿真简单数学钟电路仿真（2）集成）集成D触发器触发器74LS74介绍介绍 74LS74是一个上升沿触是一个上升沿触发发的的D触触发发器，每个器件中包含两器，每个器件中包含两个相同的、相互独立的个相同的、相互独立的D触触发发器器电电路模路模块块。带带有有预预置和清零置和清零输输入，入，均均为为低低电电平有效，平有效，74LS74的的逻辑逻辑功能如表功能如表6-6所示。所示。表6-674LS74的功能表Multisim 10 电路仿真电路仿真简单数学钟电路仿真简单数学钟电路仿真（3）D触发器仿真触

9、发器仿真图6-10 D触发器的实验电路图6-11 波形图Multisim 10 电路仿真电路仿真简单数学钟电路仿真简单数学钟电路仿真 寄存器是用来存放数据或信息的电路，它是由具有存储寄存器是用来存放数据或信息的电路，它是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。一个触发器可以存储一位二进功能的触发器组合起来构成的。一个触发器可以存储一位二进制代码，制代码，n个触发器组成的寄存器可以存放个触发器组成的寄存器可以存放n位二进制代码。位二进制代码。任务二任务二 移位寄存器电路仿真移位寄存器电路仿真 1.41.4位双向移位寄存器位双向移位寄存器74LS19474LS194 74LS194是常用的集成移位寄

10、存器，它是一个是常用的集成移位寄存器，它是一个4位双向通用移位寄存位双向通用移位寄存器，由器，由4个个D触发器及它们的输入控制电路组成，可实现二进制信息的存触发器及它们的输入控制电路组成，可实现二进制信息的存储和双向移动，还可用于二进制数据的串、并行转换的二进制数据的传储和双向移动，还可用于二进制数据的串、并行转换的二进制数据的传输。输。74LS194的引脚排列如图的引脚排列如图6-12所示。所示。图6-12 74LS194的引脚图Multisim 10 电路仿真电路仿真简单数学钟电路仿真简单数学钟电路仿真表6-774LS194的功能表Multisim 10 电路仿真电路仿真简单数学钟电路仿真

11、简单数学钟电路仿真图6-13 74LS194功能仿真实验电路（1）74LS194功能仿真分析功能仿真分析 2.74LS1942.74LS194仿真分析仿真分析Multisim 10 电路仿真电路仿真简单数学钟电路仿真简单数学钟电路仿真图6-14 74LS194构成的序列信号发生器（2）74LS194构成序列信号发生器构成序列信号发生器 图6-15 序列信号发生器的输出波形Multisim 10 电路仿真电路仿真简单数学钟电路仿真简单数学钟电路仿真 计数器不仅可以用于对时钟脉冲进行计数，还广泛地用于定时、计数器不仅可以用于对时钟脉冲进行计数，还广泛地用于定时、分频，以及各种复杂的数字系统当中，因

12、此，计数器是应用最广的一分频，以及各种复杂的数字系统当中，因此，计数器是应用最广的一种典型的时序电路。种典型的时序电路。任务三任务三 计数器电路仿真计数器电路仿真 1.1.集成计数器介绍集成计数器介绍 74LS161是是4位同步二进制加法计数器，它的引脚图如图位同步二进制加法计数器，它的引脚图如图6-16所示，所示，其中其中RD是清零端，是清零端，LD是置数控制端，是置数控制端，D、C、B、A是预置数据输入端，是预置数据输入端，EP和和ET是计数使能控制端是计数使能控制端RCO是进位输出端。是进位输出端。74LS161的功能表如表的功能表如表6-8所示，由表可知，它具有所示，由表可知，它具有4

13、种工作方式。种工作方式。表6-874LS161的功能表Multisim 10 电路仿真电路仿真简单数学钟电路仿真简单数学钟电路仿真（1）异步清零）异步清零（3）计数）计数（2）同步并行置数）同步并行置数（4）保持）保持当RD=0时，计数器处于异步清零工作方式，这时，不管其它输入端的状态如何，计数器输出将被直接清零。由于清零不受时钟信号控制，所以称为异步清零。在RD=1，LD=0时，计数器处于计数工作方式，这时，在时钟脉冲CP上升沿作用下，D、C、B、A输入端的数据将分别被QD、QC、QB、QA所接收。由于置数操作要与CP上升沿同步，且AD的数据同时置入计数器，所以称为同步并行置数。当RD=LD

14、=ET=EP=1时，计数器处于计数工作方式，在时钟脉冲CP上升沿作用下，实现4位二进制加法计数器的计数功能，计数过程共有16个状态，计数器的模为16，当计数器状态为QDQCQBQA=1111时，进位输出ROC=1。当RD=LD=1，ETEP=0时，计数器处于保持工作方式，即不管有无CP脉冲信号，计数器都将保持原有状态不变。此时，如果EP=0，ET=1，进位输出RCO也保持不变；如果ET=0，不管EP状态如何，进位输出RCO=0。Multisim 10 电路仿真电路仿真简单数学钟电路仿真简单数学钟电路仿真图6-17 采用反馈清零法构成的六进制计数器（1）反馈清零法）反馈清零法 2.74LS161

15、2.74LS161仿真分析仿真分析用反馈清零法构成任意进制计数器，就是将计数器的输出状态反馈到计数器的清零端，使计数器由此状态返回到0再重新开始计数，从而实现N进制计数。清零信号的选择与芯片的清零方式有关。若芯片为异步清零方式，可使芯片瞬间清零，其有效循环状态数与反馈状态相等；若芯片为同步清零方式，芯片需要在CP到来时清零，其有效循环状态数与反馈状态加1相等。Multisim 10 电路仿真电路仿真简单数学钟电路仿真简单数学钟电路仿真图6-18 采用反馈置数法构成的六进制计数器（2）反馈置数法）反馈置数法 用反馈置数法构成任意进制计数器，就是将计数器的输出状态反馈到计数器的置数端，使计数器由预

16、置数开始重新计数，从而实现N进制计数。置数信号的选择与芯片的置数方式有关。若芯片为异步置数方式，可使芯片瞬间置数；若芯片为同步置数方式，芯片需要在CP到来时置数。Multisim 10 电路仿真电路仿真简单数学钟电路仿真简单数学钟电路仿真图6-19 采用级联法构成的六十进制计数器（3）级联法）级联法 当计数值超过计数器计数范围后，需要用两片以上集成计数器连接完成任意进制计数器，这时要采用级联法。74LS161的最大计数模值为16，要构成六十进制计数器需要两片74LS161。由于74LS161同时具有异步清零和同步置数功能，所以可采用整体清零或整体置数的方式构成六十进制计数器。Multisim

17、10 电路仿真电路仿真简单数学钟电路仿真简单数学钟电路仿真 数字钟是一种采用数字电路技术实现小时、分钟和秒数字显示的计数字钟是一种采用数字电路技术实现小时、分钟和秒数字显示的计时装置，它与传统机械表相比，具有走时准确、显示直观等特点，不仅时装置，它与传统机械表相比，具有走时准确、显示直观等特点，不仅作为家用电子钟为大家所喜爱，而且在许多公共场所也被广泛采用。作为家用电子钟为大家所喜爱，而且在许多公共场所也被广泛采用。任务四任务四 简单数字钟电路仿真简单数字钟电路仿真 1.1.数字钟的构成分析数字钟的构成分析（1）简单数字钟应具有的功能）简单数字钟应具有的功能 小小时时的的计计时时要要求求为为二

18、二十十四四进进制制，分分钟钟和和秒秒的的计时要求为六十进制；计时要求为六十进制；准准确确计计时时，以以数数字字形形式式显显示示小小时时、分分钟钟和和秒秒的时间；的时间；具有手动校时和校分的功能。具有手动校时和校分的功能。Multisim 10 电路仿真电路仿真简单数学钟电路仿真简单数学钟电路仿真（2）数字钟的构成分析）数字钟的构成分析 数字钟的一般由振荡器、分频器、计数器、译码显示和校时电路等数字钟的一般由振荡器、分频器、计数器、译码显示和校时电路等构成。其中振荡器和分频器组成标准秒信号发生器；由不同进制的计数构成。其中振荡器和分频器组成标准秒信号发生器；由不同进制的计数器、译码器和显示器组成

19、计时系统。秒信号送入计数器进行计数，把累器、译码器和显示器组成计时系统。秒信号送入计数器进行计数，把累计的结果以小时、分钟和秒的数字显示出来。小时显示由二十四进制计计的结果以小时、分钟和秒的数字显示出来。小时显示由二十四进制计数器、译码器和显示器构成。分钟和秒显示分别由六十进制计数器、译数器、译码器和显示器构成。分钟和秒显示分别由六十进制计数器、译码器和显示器构成。数字钟原理框图如图码器和显示器构成。数字钟原理框图如图6-20所示。所示。图6-20 数字钟原理框图Multisim 10 电路仿真电路仿真简单数学钟电路仿真简单数学钟电路仿真图6-21 秒计数电路的子电路（1）秒信号电路）秒信号电

20、路 2.2.数字钟电路设计数字钟电路设计秒信号一般振荡器和分频器组成，如果精度要求不高，可以555定时器与RC组成多谐振荡器，振荡的频率为1000Hz，然后通过1000分频，即可得到1称信号。如果精度要求较高，可采用石英晶体振荡器，然后再通过分频器。本例中采用1Hz的信号源作为秒信号。（2）分钟和秒计数电路）分钟和秒计数电路分钟和秒计数电路都是六十进制计数器，分别由两片74LS90D构成。秒的计数时钟为秒信号，计满60秒产生分钟进位信号，分钟计数电路计满60分钟产生小时进位信号。秒计数电路的子电路如图6-21所示，分钟计数电路和秒计数电路相同。Multisim 10 电路仿真电路仿真简单数学钟

21、电路仿真简单数学钟电路仿真图6-22 分钟计数电路的子电路（3）小时计数电路）小时计数电路 小时计数电路的计数信号为分钟的进位信号，它是二十四进制计数器，也由两片小时计数电路的计数信号为分钟的进位信号，它是二十四进制计数器，也由两片74LS90D构成，分钟计数电路的子电路如图构成，分钟计数电路的子电路如图6-22所示。所示。Multisim 10 电路仿真电路仿真简单数学钟电路仿真简单数学钟电路仿真图6-23 校时子电路（4）显示电路）显示电路 本例本例74LS90D输出的是输出的是BCD码，所以采用码，所以采用BCD数码管直接显示计时数值。如果采数码管直接显示计时数值。如果采用用7段数码管显

22、示，则需要采用段数码管显示，则需要采用BCD7段译码器电路进行译码。段译码器电路进行译码。（5）校时电路）校时电路当数字钟接通电源或者计时出现误差时，需要校正时间（或称校时），校时是数当数字钟接通电源或者计时出现误差时，需要校正时间（或称校时），校时是数字钟应该具备的基本功能。在这里只进行分钟和小时的校时，如图字钟应该具备的基本功能。在这里只进行分钟和小时的校时，如图6-23所示。所示。Multisim 10 电路仿真电路仿真简单数学钟电路仿真简单数学钟电路仿真图6-24 数字钟的总体电路3.3.数字钟仿真分析数字钟仿真分析 简单数字钟的总体电路如图简单数字钟的总体电路如图6-24所示。校正时

23、所示。校正时J3闭合，拨动闭合，拨动J1和和J2分分别校正小时和分钟，不相正时，别校正小时和分钟，不相正时，J3断开，正常计时。启动仿真，观察数字断开，正常计时。启动仿真，观察数字钟的计数和校正情况。钟的计数和校正情况。Multisim 10 电路仿真电路仿真简单数学钟电路仿真简单数学钟电路仿真1.1.建立子电路建立子电路知识点一知识点一 子电路和层次化子电路和层次化(1)执行菜单【放置】【新建子电路】命令后，弹出子电路命名对话框，如图6-25所示，在文本框中输入子电路的名字，如“60C”，单击【确定】按钮 图图6-25 子电路命名对话框子电路命名对话框表6-9新建子电路的步骤Multisim

24、 10 电路仿真电路仿真简单数学钟电路仿真简单数学钟电路仿真(2)在电路窗口中，新建的子电路象元件一样，可以放置在合适位置，现在它没有引脚，如图6-26所示，X1为参考标识。同时，系统创建一个名字为“60C”的电路文件 图图6-26 子电路符号子电路符号(3)在设计工具箱中，单击“60C”文件，在这里放置元件，连接导线，绘制电路，如图6-27所示 图图6-27 秒计数电路秒计数电路Multisim 10 电路仿真电路仿真简单数学钟电路仿真简单数学钟电路仿真(4)执行菜单【放置】【Connectors】【HB/SC连接器】命令后，如图6-28所示，可以电路窗口放置连接器图图6-28 放置连接器菜

25、单放置连接器菜单(5)将连接器和元件引脚相连构成电路图，如图6-29所示。左连接器表示输入引脚，右连接器表示输出引脚图图6-29 添加连接器的计数电路添加连接器的计数电路 Multisim 10 电路仿真电路仿真简单数学钟电路仿真简单数学钟电路仿真(6)切换到主电路图中，原来没有引脚的子电路增加了引脚，如图6-30所示，它可以象元件一样进行操作，显示子电路创建完成，保存主电路，子电路也起被保存图图6-30 增加引脚的子电路符号增加引脚的子电路符号Multisim 10 电路仿真电路仿真简单数学钟电路仿真简单数学钟电路仿真2.2.电路用子电路替换电路用子电路替换 (1)在主电路中按图6-31将6

26、0进制计数器的电路绘制完毕 图图6-31 进制计数器电路进制计数器电路表6-10电路用子电路替换的操作步骤Multisim 10 电路仿真电路仿真简单数学钟电路仿真简单数学钟电路仿真(2)按住鼠标左键拖动出一个长方形，把用来组成子电路的全部元件选中，这里选择U4和U5两个数码管。执行菜单【放置】【以子电路替换】命令后，弹出如图6-32所示的子电路命名对话框，在文本框中输入“显示”单击【确定】按钮 图图6-32 子电路命名对话框子电路命名对话框(3)选中的元件自动被“显示”子电路替换，将显示子电路放置在主电路工作窗口中，60进制计数器电路图被替换成图6-33所示电路 图图6-33 被子电路替换的

27、被子电路替换的60进制计数器进制计数器Multisim 10 电路仿真电路仿真简单数学钟电路仿真简单数学钟电路仿真(4)启动仿真，计数器显示的结果可以切换到子电路“显示”中观察计数的变化情况，如图6-34所示 图图6-34 60进制计数器的显示进制计数器的显示Multisim 10 电路仿真电路仿真简单数学钟电路仿真简单数学钟电路仿真3.层次块层次块图6-35 层次块属性设置对话框执行菜单命令【放置】【New Hierarchical Block】，会弹出层次块属性设置对话框，如图6-35所示，输入层次块要保存的文件名，以及输入、输出引脚的数目，然后单击【确定】按钮，即可创建层次块。层次块的具体形式可以在系统创建的文件中绘制，层次块的符号和使用与子电路相同。具体的电路也可以执行菜单命令【放置】【以层次块替换】，将具体电路替换为层次块。已经创建的层次块可以执行菜单命令【放置】【Hierarchical Block from File】来打开。