基本RS觸發(fā)器工作狀態(tài)的Multisim仿真

馬敬敏

（渤海大學 數(shù)理學院，遼寧 錦州 121000）

觸發(fā)器是具有存儲功能的器件，在數(shù)字電子技術中用于構成各種時序邏輯電路。

觸發(fā)器的特性用觸發(fā)方式和邏輯功能進行描述，觸發(fā)方式?jīng)Q定狀態(tài)變化特點，即接收輸入信號改變狀態(tài)的方式；邏輯功能決定狀態(tài)變化的方向，即次態(tài)值。用時序圖即波形圖可直觀描述觸發(fā)器的特性。

由于受實驗儀器的限制無法對觸發(fā)器工作波形進行硬件實驗驗證，主要是，現(xiàn)有的信號發(fā)生器不能產(chǎn)生多路同步信號，現(xiàn)有的示波器多為雙蹤示波器無法同時觀測多路波形。

用Multisim軟件仿真可解決上述問題，以下分析用Multisim2001版本并以基本RS觸發(fā)器為例。

圖1 基本RS觸發(fā)器Fig.1 Basic RS flip-flop

根據(jù)式（1）、（2），觸發(fā)器的狀態(tài)輸出與輸入之間的邏輯關系可有如下4種情況：

1 基本RS觸發(fā)器的特性

RS觸發(fā)器是具有置0、置1功能及不確定輸出狀態(tài)的觸發(fā)器[1-2]。圖1為與非門構成基本RS觸發(fā)器的邏輯圖，其中，為置 0 輸入端、 Sˉ為置 1 輸入端，0 輸入有效，Q 和為狀態(tài)輸出端。

基本RS觸發(fā)器的邏輯功能分析如下[1]。

由圖1及與非門的邏輯關系有觸發(fā)器的狀態(tài)輸出邏輯表達式為

表1 與非門構成基本RS觸發(fā)器的特性表Tab.1 Truth table of basic RS flip-flop composed by NAND gates

圖2所示的時序波形描述了基本RS觸發(fā)器的置0、置1、保持及次態(tài)不定等狀態(tài)變化行為。

圖2 基本RS觸發(fā)器的置0、置1、保持及次態(tài)不定狀態(tài)時序波形Fig.2 Waves for set，reset and uncertain states of basic RS flip-flop

2 基本RS觸發(fā)器工作狀態(tài)的Multisim仿真方案設計

由于受實驗儀器的限制無法對觸發(fā)器工作波形進行硬件實驗驗證，主要是，現(xiàn)有的信號發(fā)生器不能產(chǎn)生多路同步信號，現(xiàn)有的示波器多為雙蹤示波器無法同時觀測多路波形，用Multisim軟件仿真解決了這一問題。

Multisim仿真軟件是由加拿大InteractiveImageTechnologies公司開發(fā)的一種基于SPICE工業(yè)標準的EDA軟件，它就像一個真正的實驗工作臺，將電路原理圖的輸入、虛擬儀器的測試分析和結果的圖形顯示等集成到一個設計窗口[3-4]。

在用Multisim仿真軟件進行基本RS觸發(fā)器工作狀態(tài)的Multisim仿真時，用虛擬儀器中的字組產(chǎn)生器做實驗中的信號源產(chǎn)生所需的各種輸入信號，根據(jù)觸發(fā)器的觸發(fā)方式、邏輯功能，確定反映觸發(fā)器狀態(tài)變化特點及邏輯功能的字組產(chǎn)生器各個字組的內(nèi)容；用四蹤示波器顯示、輸入信號及 Q、狀態(tài)輸出信號的波形?？芍庇^描述基本RS觸發(fā)器的工作特性。

不確定狀態(tài)的Multisim仿真分析如下。

實驗還表明，仿真驗證基本RS觸發(fā)器工作狀態(tài)時，用邏輯分析儀顯示不出不確定狀態(tài)的波形。

構建的仿真實驗電路如圖3所示，字組產(chǎn)生器輸出使觸發(fā)器進行置 0、置 1、保持功能及不確定輸出狀態(tài)的、信號，需在字組產(chǎn)生器的數(shù)據(jù)欄內(nèi)以16進制（Hex）依次輸入 1、2、3、0、3、1共6個字組數(shù)據(jù)，并對最后一個字數(shù)據(jù)進行末地址設置（Set Final Position），完成所有字組信號的設置[3-4]。

圖3 基本RS觸發(fā)器工作狀態(tài)的Multisim仿真電路Fig.3 Multisim simulation circuit for basic RS flip-flop

仿真顯示的時序波形圖如圖4所示。

圖4 基本RS觸發(fā)器仿真時序波形圖Fig.4 Multisim simulation waves for basic RS flip-flop

圖5所示為不確定狀態(tài)展開顯示時的時序波形圖，由上至下分別為輸入信號=1、=1、狀態(tài)輸出信號 Q 和的波形。

圖5 基本RS觸發(fā)器不確定狀態(tài)展開顯示時的時序波形圖Fig.5 Expending waves for uncertain states of basic RS flip-flop

3 結束語

用Multisim軟件仿真可直觀描述基本RS觸發(fā)器的置0、置1過程及不確定狀態(tài)的產(chǎn)生過程，所述方法的創(chuàng)新點是解決了觸發(fā)器的工作波形無法用電子實驗儀器進行分析驗證的問題。所述方法亦可用于時鐘RS觸發(fā)器進行置0、置1過程及不確定狀態(tài)產(chǎn)生過程的仿真。該方法具有實際應用意義。

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