第5章 Multisim9在数字电路中的应用 ....................................................................................... 2
5.1数字电路中常用的虚拟仿真仪器 ..................................................................................... 2
5.1.1 Word Generator（字信号发生器） ........................................................................ 2 5.1.2 Logic Analyzer（逻辑分析仪） ............................................................................. 3 5.1.3 Logic Converter（逻辑转换仪）............................................................................ 5 5.2数字逻辑电路的创建 ......................................................................................................... 8 5.3组合逻辑电路的分析和设计 ........................................................................................... 11
5.3.1基本逻辑门电路功能测试 .................................................................................... 11 5.3.2半加器分析 ............................................................................................................ 13 5.3.3译码器及其应用 .................................................................................................... 15 5.3.4竞争与冒险现象 .................................................................................................... 16 5.4时序逻辑电路 .................................................................................................................. 18
5.4.1触发器的功能测试 ................................................................................................ 18 5.4.2计数器的设计与仿真 ............................................................................................ 23 5.4.3移位寄存器及其应用 ............................................................................................ 26 5.4.4 555定时器及其应用 ............................................................................................. 28 5.4.5 A/D转换电路的仿真 ............................................................................................ 30 5.5综合性数字电路仿真 ...................................................................................................... 30
5.5.1数字钟 .................................................................................................................... 30 5.5.2数字式竞赛抢答器 ................................................................................................ 33
第7章基于VHDL语言的数字电路仿真 .................................................................................... 37
7.1 Multisim9的VHDL仿真平台 ........................................................................................ 37 7.1.1项目及项目管理 .......................................................................................................... 37
7.1.2 VHDL模块文件的编辑 ........................................................................................ 40 7.1.3 VHDL测试文件的编辑 ........................................................................................ 43 7.1.4 Multisim VHDL仿真 ............................................................................................ 44 7.2 创建VHDL模型的元件 ................................................................... 错误！未定义书签。
第5章 Multisim9在数字电路中的应用
数字电子技术在当今社会中应用极其广泛，数字器件很容易和计算机之间进行数据交换和处理。数字电子技术主要研究数字电路的理论和设计方法及时限等问题。数字电路的主要内容大致可划分为组合逻辑电路、时序逻辑电路、触发器、模/数转换等几个方面。目前EDA技术在数字电路实验和设计中应用非常广泛。本章将Multisim9与数字电路仿真实例相结合，介绍电路的设计的过程和方法，使大家在熟练的使用Multisim9的基础上，快速、灵活地应用Multisim9来分析和设计数字电路。
5.1数字电路中常用的虚拟仿真仪器
数字电路中常用的虚拟仿真仪器有：Word Generator（字信号发生器）、Logic Analyzer（逻辑分析仪）和Logic Converter（逻辑转换仪）。本节将对这三种仪器进行介绍，并以Logic Converter为例进行电路举例。 5.1.1 Word Generator（字信号发生器）
字信号发生器是一个能产生32位同步逻辑信号的仪器，用来对数字逻辑电路进行测试，又称为数字逻辑信号源。图标如图5-1（a）所示，面板如图5-1（b）所示。
（a）
（b）
图5-1 字信号发生器的图标和面板
1．连接
在字信号发生器图标的左边有0~15个端子，右边有16~32个端子，这32个端子是该信号发生器所产生信号的输出端，每一个端子都可接入数字电路的输入端。下面有R和T两个端子：R为数据准备好输出端，T为外触发信号输入端。
2．面板操作
字信号发生器面板共分为七个区，各区的功能如下： （1）Display区：有四个选项，依次表示字信号编辑区的内容输出显示方式。Hex为十六进制显示；Dec为十进制显示；Binary为二进制显示；ASCII为ASCII码的形式。
（2）字信号编辑区：位于面板的最右边，当Display区选中Hex时，32位的字信号以十六进制形式进行编辑和存放，编辑区的地址和范围为0000~03FFH，共计1024条字信号。
（3）Controls（控制）区：选择字信号发生器的输出方式，该区有四个按钮，功能如下：
Cycle（循环）：表示字信号在设置的地址初始值到终值之间周而复始的以设定频率周期性地输出。
Burst（单桢）：表示信号从设置地址初值逐条输出，直到终值时自动停止。 Step（单步）：表示每点击一次鼠标输入一条字符。 Set（设置）：设置模式和显示形式。
（4）Trigger区：选择触发方式。该区有四个按钮，功能如下： Internal：选择内部触发方式。
External：选择外部触发方式，必须接入外部触发脉冲信号，只有外部触发脉冲信号到来时才启动输出。
其余两个分别为：上升沿触发和下降沿触发。
在接入外部触发脉冲信号前，必须设置上升沿触发和下降沿触发，然后点击输出方式按钮。
（5）Frequency区：设置输出的频率。
（6）字信号输出区：最下面一行共有32个圆圈，以二进制码实时显示输出字信号各位状态。
5.1.2 Logic Analyzer（逻辑分析仪）
逻辑分析仪可以同步记录和显示16路逻辑信号，用于对数据逻辑信号进行高速采集和时序分析。其图标如图5-2（a）所示，面板如图5-2（b）所示。
（a）
（ b）
图5-2 逻辑分析仪图标和面板
1．连接
图标的左侧从上至下有16个输入信号端口，使用时连接到电路的测量点。图标下部也有两个端子，C是外时钟输入端，Q是时钟控制输入端，T是触发控制输入端。
2．面板操作
面板最左侧的16个小圆圈代表16个输入端，如果某个连接端接有被测量信号，则该小圆圈内出现一个黑圆点。被采集的16路信号以方波的形式显示在屏幕上。当改变输入信号连接导线的颜色时，显示波形的颜色也同时改变。逻辑分析仪的面板共分5个区，从上到下、从左到右各区功能分别如下：
（1）显示区：可以显示16路输出结果的波形。
（2）显示窗下部左边有三个按钮，Stop停止仿真；Reset 逻辑分析仪复位并清除显示波形；Reverse：改变显示背景的颜色。
（3）显示窗下部左侧第二个区域：移动读数指针上部的三角形可以读取所处位置波形的数据，其中T1和T2分别表示读数指针1和读数指针2离开时间基线零点的时间，T1—T2表示两度数指针之间的时间差。右边小窗口显示度数指针1和读数指针2位置的4位十六进制数码。
（4）CLOCK区：
Clocks/Div：设置显示屏上每个水平刻度显示的时钟脉冲数。
Set：设置时钟脉冲。External是由外部取得时钟脉冲；Qualifier表示时钟限制。
（5）Trigger区：设置触发方式。点击set会出现如图5-3所示的对话框，各项功能如下：
Trigger Clock Edge区：设定触发方式。Positive为上升沿触发，Negative为下降沿触发；Both为上升、下降沿触发。
Trigger Qualifier栏：选择触发限定字。包括0、1及X（任意项）等三个选项。
Trigger Patterns区：设置触发样本。可以在Pattern A、Pattern B及Pattern C栏设定触发样本，也可以在Trigger Combinations栏中选择组合的触发样本。
当所有的选项选定后，点击Accept按钮即可。若想取消，点击Cancel即可。
图5-3 Trigger Setting对话框
5.1.3 Logic Converter（逻辑转换仪）
逻辑转换仪是Multisim9特有的虚拟仪器，实验室并不存在这样的实际仪器，目前在其它电路仿真软件中也没有。逻辑转换仪可以将逻辑电路转换成真值表、将真值表转换为逻辑表达式、将真值表转换为简化的逻辑表达式、将逻辑表达式转化为真值表、将表达式转换为逻辑电路、将逻辑表达式转换为与非门逻辑电路等。其图标如图5-4（a）所示，面板如图5-4（b）所示。
（a）
（b）
图5-4逻辑转换仪的图标和面板