Multisim仿真軟件在電子電路設(shè)計中的應(yīng)用

梁麗

摘 要 介紹Multisim仿真軟件的功能及特點，并以數(shù)字搶答器設(shè)計為例，闡述采用Multisim仿真軟件進(jìn)行電子電路設(shè)計的過程。

關(guān)鍵詞 Multisim仿真；電子電路設(shè)計；搶答器

中圖分類號：TP319.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2015）10-0035-03

Abstract Introduces the function and characteristic of Multisim simu-

lation software， and describes the use of Multisim simulation software for electronic circuit design process with a digital responder

design as an example.

Key words Multisim simulation； electronic circuit design； responder

1 前言

隨著電子電路復(fù)雜程度越來越高、更新速度越來越快、設(shè)計規(guī)模越來越大、推向市場時間越來越短，這就迫切需要實現(xiàn)設(shè)計工作的自動化。電子設(shè)計自動化（EDA）技術(shù)的出現(xiàn)，改革了傳統(tǒng)的電子電路設(shè)計方法。

2 Multisim仿真軟件的功能及特點

Multisim是一個原理電路設(shè)計、電路功能測試的虛擬仿真軟件，可實現(xiàn)原理圖捕獲、電路分析、電路仿真、仿真儀器測試等功能；具有如下特點：界面設(shè)計人性化、操作簡潔明了、元件庫規(guī)模龐大、儀器儀表庫種類齊全（包括函數(shù)信號發(fā)生器、示波器、邏輯分析儀等）、分析功能強(qiáng)大（包括直流工作點分析、交流分析、噪聲分析等）。

3 應(yīng)用實例

以數(shù)字搶答器的設(shè)計為例，闡述采用Multisim仿真軟件進(jìn)行電子電路設(shè)計的過程。

設(shè)計任務(wù)和要求 用中、小規(guī)模集成電路設(shè)計一個數(shù)字搶答器，設(shè)計要求：

1）搶答器可同時供8名選手參加比賽，每個選手擁有一個搶答按鍵，分別用按鍵J0～J7表示，按鍵編號和選手編號相同；

2）主持人扳動控制開關(guān)J8，可控制系統(tǒng)的復(fù)位和搶答的開始；

3）搶答器具有第一搶答信息的鑒別、鎖存和顯示功能，搶答開始后，第一搶答者按動搶答按鍵時，該選手的編號立即被鎖存，并顯示在LED數(shù)碼管上，控制電路使揚(yáng)聲器發(fā)出報警聲音，并對輸入電路進(jìn)行封鎖，使其他選手的搶答不起作用；

4）搶答器具有定時搶答功能，主持人通過設(shè)定一次搶答時間，控制比賽的開始和結(jié)束[1]。

電路組成 搶答器由主體電路和擴(kuò)展電路兩部分組成。主體電路由主持人控制開關(guān)、搶答按鍵、控制電路、優(yōu)先編碼器、鎖存器、譯碼器、編號顯示器和報警電路構(gòu)成，完成基本搶答的功能；擴(kuò)展電路由秒脈沖產(chǎn)生電路、定時電路、譯碼器和定時顯示器構(gòu)成，完成定時搶答的功能。

搶答器工作過程：首先，接通搶答器電源，主持人將開關(guān)J8置于復(fù)位位置，禁止搶答器工作，編號顯示器被熄滅，定時顯示器顯示定時時間；然后，主持人將開關(guān)J8置于開始位置，允許搶答器工作，計數(shù)器進(jìn)行減計時；當(dāng)選手在定時時間內(nèi)搶答時，計數(shù)器停止工作，編號顯示器顯示搶答選手的編號，定時顯示器顯示剩余搶答時間，并禁止其他選手隨后的搶答；當(dāng)定時時間到，但無人搶答時，系統(tǒng)報警，并禁止選手超時搶答。

電路設(shè)計及仿真

1）搶答器電路。搶答器電路如圖1所示。優(yōu)先編碼器74LS148能鑒別第一搶答者的按鍵操作，并使其他選手的操作無效；RS鎖存器74LS279能鎖存第一搶答者的編號，并經(jīng)譯碼器74LS48譯碼后顯示在LED數(shù)碼管上。

搶答器電路仿真波形如圖2所示。借助于Multisim仿真軟件中的邏輯分析儀，可對搶答器電路的多路邏輯信號同步進(jìn)行高速采集和時序分析。將邏輯分析儀的輸入端口相應(yīng)地連接到電路的如下測試點上：開關(guān)J8，74LS279的輸出端Q4、Q3、Q2、Q1（EI、BI），按鍵J7、J6、J5、J4、

J3、J2、J1、J0。被采集的輸入信號將顯示在屏幕上。

由圖2可知，在第一個Clock脈沖的上升沿，主持人將開關(guān)J8置于復(fù)位位置時，74LS279被復(fù)位，禁止鎖存器工作，其輸出Q4Q3Q2Q1=0000。于是，74LSl48的選通輸入端EI=0，允許優(yōu)先編碼器工作；74LS48的消隱輸入端BI=0，編號顯示器被熄滅。在第一個Clock脈沖的下降沿，當(dāng)主持人將開關(guān)J8置于開始位置時，允許優(yōu)先編碼器和鎖存器工作。在第二個Clock脈沖的下降沿，將J6按鍵按下時，74LSl48的輸出A2A1A0=001，GS=0，經(jīng)RS鎖存后，Q4Q3Q2Q1=1101。于是，Q1=1，使BI=1，允許74LS48工作；Q4Q3Q2=110，經(jīng)譯碼顯示為“6”。此外，Q1=1，使EI=1，禁止74LSl48工作，封鎖了其他按鍵的輸入（即在第三個Clock脈沖的上升沿J3按鍵的輸入）。在第四個Clock脈沖的上升沿，當(dāng)按下的J6鍵松開后，GS=1，此時由于仍為Q1=1，使EI=1，所以仍禁止74LSl48工作，封鎖了其他按鍵的輸入（即第五個Clock脈沖的下降沿J0按鍵的輸入），從而實現(xiàn)了搶答的優(yōu)先性，保證了電路的準(zhǔn)確性。在第六個Clock脈沖的下降沿，主持人將開關(guān)J8重新置于復(fù)位位置，以便進(jìn)行下一輪的搶答。

2）定時電路。將兩片同步十進(jìn)制可逆計數(shù)器74LSl92級聯(lián)，以串行進(jìn)位方式構(gòu)成百進(jìn)制計數(shù)器；計數(shù)器的計數(shù)脈沖由555定時器構(gòu)成的秒脈沖電路提供；通過預(yù)置時間電路，主持人對計數(shù)器進(jìn)行一次搶答時間的預(yù)置；74LS48譯碼器和定時顯示器構(gòu)成譯碼顯示電路。當(dāng)主持人將開關(guān)J8置于復(fù)位位置時，計數(shù)器預(yù)置定時時間，并顯示在定時顯示器上。當(dāng)主持人將開關(guān)J8置于開始位置時，74LS279的輸出Q1=0，經(jīng)非門反相后，使555定時器的時鐘輸出端CP與74LSl92的時鐘輸入端CPD相連，計數(shù)器進(jìn)行減計時；在定時時間未到時，74LS192的借位輸出端BO2=1，使74LSl48的EI=0，允許74LSl48工作。當(dāng)選手在定時時間內(nèi)搶答時，Q1=1，經(jīng)非門反相后，封鎖CP信號，計數(shù)器停止工作，定時顯示器上顯示剩余搶答時間，并保持到主持人將系統(tǒng)復(fù)位為止；同時，EI=1，禁止74LSl48工作。當(dāng)定時時間到無人搶答時，BO2=0，EI=1，禁止74LSl48工作，禁止選手超時搶答；同時，BO2=0，封鎖CP信號，計數(shù)器停止工作，定時顯示器上顯示00[2]。

3）報警電路。報警電路由555定時器、三極管推動級和揚(yáng)聲器構(gòu)成。由若干電阻、電容和555定時器接成多諧振蕩器，將時序電路控制信號PR接至555定時器的清零端，以控制多諧振蕩器振蕩的起停，多諧振蕩器輸出信號控制三極管的導(dǎo)通、截止，從而推動揚(yáng)聲器發(fā)出報警聲音。

根據(jù)上述設(shè)計思路，畫出各單元電路的仿真電路圖，先對各單元電路逐個進(jìn)行仿真調(diào)試，再將各單元電路連接起來進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)；通過Multisim仿真，觀察各部分電路之間的時序配合關(guān)系，測量電路各項性能指標(biāo)，調(diào)整部分元器件參數(shù)，檢查電路各部分功能，使其滿足設(shè)計要求；最后進(jìn)行電路焊接與裝配，并對實際電路進(jìn)行測試。

4 結(jié)語

Multisim是電子電路計算機(jī)仿真設(shè)計與分析的基礎(chǔ)，在電子電路設(shè)計中應(yīng)用Multisim仿真軟件，把虛擬仿真和硬件實現(xiàn)相結(jié)合，可以節(jié)約設(shè)計成本、縮短開發(fā)周期和提高設(shè)計效率，有利于培養(yǎng)學(xué)生工程實踐、綜合分析和開發(fā)創(chuàng)新能力，提高學(xué)生運用現(xiàn)代化設(shè)計工具的能力。

參考文獻(xiàn)

[1]趙淑范，王憲偉.電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.

[2]段新文，李銀輪.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗[M].北京：科學(xué)出版社，2010.