基于Multisim8数字电路实验的几个使用技巧

张学文，司佑全

(湖北师范学院 物理与电子科学学院，湖北 黄石 435002)

0 前言

Multisim8 是加拿大Interactive Image Technologies 公司继Multisim2001、Multisim7之后,于2004年推出的Multisim新版本,是该公司电子电路仿真软件EWB( Electronics Workbench, 虚拟电子工作台)的升级版。Multisim8软件功能强大,方便易用,是电子电路分析与设计的优秀仿真软件[1]。在数字电路实验中运用Multisim8 进行实时仿真，可以与实物实验一样直接观察到结果，而且实验成本低，实验速度快，效率高。

在用Multisim8 对数字电路进行仿真时，在某些情况下会发现与实际实物实验有一些不同的地方，针对这一点提出相应的处理方法。

1 实际处理的几个问题

1.1 在电路中放置示意性电源

虽然在Multisim8的集成器件模型中，很多常用器件电源已被锁定，但在具体应用中，如果仿真出现问题，仍应作相应处理。下面就几个典型问题进行说明。

1)译码与显示电路应用

在使用Multisim8进行设计过程中，利用74LS47驱动共阳七段发光二级管实验时，需放置数字地符号，即使不连接，也应放置在电路中[2]。如果不放置数字地符号，共阳极七段发光二极管每一段都不能点亮。图1所示。在相同的环境下，使用74LS48共阴极七段发光二极管时，如果将阴极直接接地，无数字显示。需将阴极串入一个限流电阻才能正常工作(可以在阴极与接地段之间串入一个限流电阻，或者在译码器74LS48驱动共阴极七段发光二极管时的每一段之间串入一个限流电阻)，如图2所示。

2)集电极开路门应用

TTL OC门作一般应用时，必须在每个门的输出端与电源端之间接一个电阻，之后就与一般的TTL门电路应用的功能完全相同了[3]。在使用TTL OC门时，数字地电源同样要示意性地放在电路中，图3所示。否则无论输入端电平如何变化，数字直流电压表读数始终为+5V，逻辑功能不正确。

图1 共阳极译码电路 图2 共阴极译码电路

3)通过对元件性能进行编辑应用

图3 集电极开路门逻辑功能测试电路

在Multisim8软件中，门电路都无电源引脚，并不是说没有电源可工作，实际上对于TTL门电路，正极默认其接到了VCC上，负极默认接GND.在对2764EPROM进行功能验证时[4]，由于1脚默认为空脚，需要通过编辑元件引脚性能(Edit Component properties)，将1脚接VPP才能正常工作。

4)自激振荡电路应用

实际自激振荡电路因外部环境的变化使得电路很容易起振。但在仿真软件中，要模拟出这个扰动才能让振荡器起振[5]。在图4环形振荡器中，人为加入一个启动开关，拨动开关，给电路一个扰动信号，此时可以在示波器上观察到正常的波形。仿真测得振荡周期为90ns，等于三个非门的延时时间。每个门为30 ns，结果正确。

图4 环形振荡器

1.2 时序电路中的竞争与冒险

在利用Multisim8进行时序电路仿真实验时，有与实际电路表现不一致之处，存在仿真速度过慢的现象，可以人为提高时钟频率，在以下实例中即如此。

在利用Multisim8构成五进制加法计数器时，无论采用置数法还是清零法，计数器都应该在0～4之间递增变化。置数法构成的5进制计数器，电路的输出状态为0101时给出置数信号后电路立刻从0开始计数(预置的数据为0)，状态0101为短暂的过渡状态，能够观察到的稳定循环状态为0000→0001→0010→0011→0100.仿真中用74HC系列集成电路74HC192计数跳变正常，而使用其它系列192芯片进行仿真时，计数器只能在0～3之间变化，缺少一个4状态，计数结果为0～3[6](实物实验中，跳变正常)。74LS192五进制加法计数器电路如图5所示，通过查看仿真模型参数发现(参数见表1)，用其它系列192芯片进行仿真时，存在很明显的竞争冒险现象，QC、QA波形图如图6所示。其改进措施是延迟QC的变化，如图7所示，亦可采用类似的方法。

表1 74HC192与74LS192参数对照表

图5 74LS192五进制加法计数器 图6 74LS192五进制加法计数器竞争冒险波形

图7 74LS192五进制加法计数器改进电路

1.3 三态门的仿真应用

TTL三态输出门是一种特殊的门电路，它与普通的TTL门电路结构不同，它的输出端除了通常的高电平、低电平两种状态外(这两种状态均为低阻状态)，还有第三种输出状态——高阻状态，处于高阻状态时，电路与负载之间相当于开路。

三态门逻辑功能测试和实际实物实验一样，输入端接逻辑开关，输出端接电平指示器或发光二极管，所测功能即为控制端为低电平时，输出与输入一致，(输入为高电平时发光二极管亮；输入为低电平时，发光二极管不亮)，控制端为高电平时，输出端为高阻态。不论输入为高电平还是低电平，发光二极管均不亮[7]。

1)在三态门输出端接一个二输入的与门之后再接电平指示器就可以得到与实物实验相同的结果，图8(a)所示。

2)也可以在三态门输出端直接接发光二极管，通过发光二极管的亮暗变化来得到输出情况，图8(b)所示。

(a) 仿真方式1 (b) 仿真方式2图8 三态门逻辑功能测试电路

2 结语

以上通过实例对Multisim8仿真中出现的一些异常情况，在结合电路理论的基础上，进行了分析处理，给出了改进方法与思路，这样既再现了实验过程与结果，同时也彰显了理论学习的重要性，使理论教学与实验教学互为补充，极大地开发了逻辑思维能力，对其它相关学科的教学亦有很好的借鉴作用。

参考文献：

[1]杨 欣．电路设计与仿真[M].北京：清华大学出版社，2006.

[2]路而红．虚拟电子实验室——Multisim7&Ultiboard7[M]．北京：人民邮电出版社，2005.

[3]李良荣．现代电子设计技术——基于Multisim7&Ultiboard 2001[M]．北京：机械工业出版社，2005.

[4]杨 刚，李 雷．数字电子技术基础实验[M]．北京：电子工业出版社，2005.

[5]张学文，王成艳．对称式多谐振荡器仿真研究[J].湖北师范学院学报(自然科学版)，2012，1：10～14.

[6]王连英．基于Multisim10的电子仿真实验与设计[M]．北京：北京邮电大学出版社，2009.

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