同步RS触发器工作特性的Multisim仿真

李春然， 佟 蕾， 闫 石

（1.渤海大学 数理学院，辽宁 锦州 121000；2.阜新高等专科学校 工程系，辽宁 阜新 123000）

触发器是存储一位二进制信息的电路，是数字系统中时序逻辑电路的基本部件。触发器的基本特点是：

1）有0和1两个稳定状态，无外部输入信号作用时能保持某一稳态不变；

2）在适当的输入信号作用下，可以置成0或1状态。

触发器的特性用触发方式和逻辑功能进行描述，触发方式决定状态变化特点，即接收输入信号改变状态的方式；逻辑功能决定状态变化的方向，即次态值，用时序图即波形图可直观描述触发器的特性。

用Multisim仿真软件进行触发器工作状态变化过程波形仿真分析时，用虚拟仪器中的字组产生器做实验中的信号源产生所需的各种输入信号，用4踪示波器观测输入、输出波形，可直观描述触发器的工作特性，且解决了触发器工作波形无法用实际电子实验仪器进行分析验证的问题[1]。以下分析用Multisim10版本并以同步RS触发器为例。

1 同步RS触发器的特性

同步RS触发器的电路组成如图1所示，其中：R为置0输入端、S为置1输入端，1输入有效，CP为时钟脉冲输入端，Q和为状态输出端。D为设置初始状态的异步置0信号，当D=0时将触发器置于0初始状态，当D=1时触发器由R、S、CP决定状态变化情况。

图1 同步RS触发器Fig.1 Synchronous RS flip-flop

同步触发器为电平触发方式，触发器的状态变化过程为[1-2]：在时钟CP=1期间接收R、S输入信号并改变状态，在CP的其他期间状态不变。

触发器的状态转换由时钟脉冲信号CP和输入信号R、S控制，时钟脉冲信号CP有效时控制状态转换的时间，输入信号R、S控制状态转换的方向。

当CP=0时，输入控制门均截止，输入信号不能加到触发器中，触发器状态不变，Qn+1=Qn。

当CP=1时，输入信号能加到触发器中，触发器进行状态改变，CP=1时的逻辑功能描述如下。

输入R=1、S=1时，触发器两个状态输出端同为1不互反，而当输入信号同时消失或CP由1变0时，触发器的次态不确定，即Qn+1=×。

反映上述逻辑关系的特性表如表1所示。图2所示的时序波形描述了同步RS触发器的置0、置1、保持及次态不定等状态变化行为。

表1 RS触发器的特性表Tab.1 Truth table of RS flip-flop

输入信号R、S由同为1变成同为0或时钟脉冲信号CP回到低电平，状态不确定。

图2 同步RS触发器的置0、置1、保持及次态不定状态时序波形Fig.2 Waves for set，reset and uncertain states of synchronous RS flip-flop

2 同步RS触发器的仿真方案设计

在用Multisim仿真软件进行同步RS触发器工作状态的Multisim仿真时，用虚拟仪器中的字组产生器做实验中的信号源产生所需的各种输入信号，用四踪示波器同步显示时钟脉冲信号CP、输入信号RS、异步置零信号、状态输出信号Q和，构建的仿真实验电路如图3所示。

图3 同步RS触发器工作状态的Multisim仿真电路Fig.3 Multisin simulation circuit for synchronous RS flip-flop

根据同步RS触发器的触发方式、逻辑功能以及图2所示的时序图，确定反映触发器状态变化特点及逻辑功能的字组产生器各个字组的内容，在字组产生器的数据栏内以16进制（Hex）依次输入 2、A、B、9、8、C、D

、9、C、E、F、9、8、E、F、F、E、A、B、B、A、A共22个字组数据，并对最后一个字数据进行末地址设置（Set Final Position），完成所有字组信号的设置[3-8]。

图3中选用Multisim中的2个四踪示波器同步显示时钟脉冲信号CP，输入信号R、S，异步置零信号，以及状态输出信号 Q和， 其中四踪示波器 XSC1同步显示 CP、R、S及D信号，四踪示波器XSC2同步显示Q和信号，两个示波器的面板以部分重叠方式显示，如图4所示，且两个面板的Timebase区中的Scale、X position要设置一致，显示一个计数循环周期的波形。

仿真显示的时序波形图如图4所示。

图4 同步RS触发器仿真时序图波形图Fig.4 Multisim simulation waves for synchronous RS flip-flop

图4中，由上至下依次为时钟脉冲信号CP、置0输入信号R、置1输入信号S、异步置零信号、状态输出信号 Q和的波形。

从左至右观察图4可看出：Multisim仿真波形和图2所示的理论分析波形是一致的，直观地描述了同步RS触发器的置0、置1、保持及次态不定等状态变化行为，

3 结束语

用Multisim软件仿真可直观描述同步RS触发器的置0、置1过程及不确定状态的产生过程，所述方法的创新点是解决了触发器的工作波形无法用电子实验仪器进行分析验证的问题。

所述方法亦可用于其他功能、触发方式的时钟触发器工作过程的仿真。该方法具有实际应用意义。

[1]任骏原，腾香，马敬敏.数字电子技术实验[M].沈阳：东北大学出版社，2010.

[2]阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3]任骏原.用Multisim仿真软件分析触发器的状态变化过程[J].实验科学与技术，2011，9（1）：53-56.

REN Jun-yuan.The state transition analyzing of flip-flop by multisim[J].Experiment Science&Technology，2011，9（1）：53-56.

[4]任骏原.微分型单稳态触发器的Multisim分析[J].电子设计工程，2012，20（8）：15-19.

REN Jun-yuan.Analysis of differential mono stable flip-flop with multisim[J].Electronic Design Engineering，2012，20（8）：15-19.

[5]任骏原.数字电子技术实验教学模式的改革与实践[J].渤海大学学报：自然科学版，2010，31（2）:l65-167.

REN Jun-yuan.The reformation and practice of digital electronics practice teaching mode[J].Journal of Bohai University：Natural Science Edition，2010，31（2）:l65-167.

[6]马敬敏.基本RS触发器工作状态的Multisim仿真 [J].电子设计工程，2011，19（17）:24-26.

MA Jing-min.Multisim simulation of basic RS flip-flop working conditions[J].Electronic Design Engineering， 2011，19（17）:24-26.

[7]祁国权.三态门逻辑功能的Multisim仿真方案[J].电子设计工程，2011，19（9）:118-120.

QI Guo-quan.The study on multisim simulation program of three state gate logic function[J].Electronic Design Engineering，2011，19（9）:118-120.

[8]祁国权.RLC二阶电路暂态过程的Multisim仿真[J].电子设计工程，2011，19（24）:21-23.

QI Guo-quan.The multisim simulation of RLC second order circuit transient state process[J].Electronic Design Engineering，2011，19（24）:21-23.