Multisim在数字逻辑电路中的应用

第8章Multisim在数字逻辑电路中的应用第8章Multisim在数字逻辑电路中的应用8.1数字逻辑电路的创建8.2全加器及其应用8.3译码器及其应用8.4数据选择器及其应用8.5组合逻辑电路的冒险现象8.6触发器8.7同步时序电路分析及设计8.8集成异步计数器及其应用8.9集成同步计数器及其应用8.10移位寄存器及其应用8.11电阻网络DAC设计8.12555定时器及其应用8.13数字电路综合设计——数字钟8.14数字电路综合设计——数字式抢答器8.15数字电路综合设计——数字频率计习题第8章Multisim在数字逻辑电路中的应用8.1数字逻辑电路的创建1．创建数字逻辑电路(1)在元(器)件库中单击TTL，再单击74系列，选中非门7404N芯片，单击OK确认。这时会出现图8-1所示窗口，该窗口表示7404N这个芯片里有六个功能完全相同的非门，可以选用SectionA、B、C、D、E、F六个非门中的任何一个。单击任何一个即可选定一个非门，若不用时单击Cancel。(2)同理，在元(器)件库中单击TTL，再单击74系列，选中或门7432N和与非门7400N芯片。第8章Multisim在数字逻辑电路中的应用(3)在仪器库中单击Logicconverter(逻辑转换仪)，这时会出现一个仪器，拖到指定位置点击即可。(4)输入信号接逻辑转换仪的输入端A，B，C，…，输出信号接逻辑转换仪的输出端(OUT)。连接电路如图8-2所示。第8章Multisim在数字逻辑电路中的应用A:BXLC1U1A123U2A123U2B456&7400N2U3A1U2C910817404N&7400N&7400N≥17432N图8-2数字逻辑电路第8章Multisim在数字逻辑电路中的应用2．用逻辑转换仪得到图8-2所示电路的真值表双击逻辑转换仪，再点击，则电路转换到真值表，得到电路的真值表如图8-3所示。第8章Multisim在数字逻辑电路中的应用图8-3数字逻辑电路的真值表第8章Multisim在数字逻辑电路中的应用3．用逻辑转换仪对图8-2所示电路直接进行逻辑函数的化简以得出最简表达式双击逻辑转换仪，再点击，则真值表转换到最简表达式，得到电路的最简表达式，如图8-4中最下面一行所示。第8章Multisim在数字逻辑电路中的应用图8-4最简表达式第8章Multisim在数字逻辑电路中的应用4．用逻辑转换仪得到用与非门构成的电路双击逻辑转换仪，再点击，则表达式转换到与非门，得到用与非门构成的电路，如图8-5所示。第8章Multisim在数字逻辑电路中的应用&&&&&ABC图8-5用与非门构成的电路第8章Multisim在数字逻辑电路中的应用8.2全加器及其应用例8.1用74HC283D设计一个8421BCD码加法电路，完成两个一位8421BCD码的加法运算。输入、输出均采用8421BCD码表示。第8章Multisim在数字逻辑电路中的应用1)原理两个一位十进制数相加，若考虑低位来的进位，其和应为0～19，8421BCD码加法器的输入、输出都采用8421BCD码表示，其进位规律为逢十进一，而74HC283D是按两个四位二进制数进行运算的，其进位规律为逢十六进一，故二者的进位关系不同，当和数大于9时，8421BCD码应产生进位，而十六进制还不可能产生进位。为此应对结果进行修正，当结果大于9时，需要加6(0110B)修正。故修正电路应含一个判9电路，当结果大于9时对结果加0110，小于等于9时加0000。第8章Multisim在数字逻辑电路中的应用大于9的数是最小项的m10～m15，除了上述情况大于9时外，如相加结果产生了进位位，其结果必定大于9，因此大于9的条件为2SUM4SUM3SUM4SUMC2SUM4SUM3SUM4SUMCF44全加器74HC283D的A4A3A2A1、B4B3B2B1为两个四位二进制数输入端，SUM1、SUM2、SUM3、SUM4为相加的和，C0为低位来的进位，C4为向高位产生的进位。第8章Multisim在数字逻辑电路中的应用2)创建电路用字信号发生器产生8421BCD码，并用显示器件显示8421BCD码。(1)在元(器)件库中单击CMOS，再单击74HC系列，选中74HC283D,单击OK确认。这时会出现一个器件，拖到指定位置点击即可。(2)在器件库中单击TTL，再单击74系列，选中二输入与非门7400N和三输入与非门7410N芯片。第8章Multisim在数字逻辑电路中的应用(3)在右侧仪器库中单击WordGenvertor(字信号发生器)，这时会出现一个仪器，拖到指定位置点击即可。(4)在器件库中单击显示器件，选中数码管,单击OK确认。这时会出现一个器件，拖到指定位置点击即可。为了便于观察，可将输入、输出信号均接入数码管。由此得到具有修正电路的8421BCD码加法电路，如图8-6所示。第8章Multisim在数字逻辑电路中的应用3)观测输出双击WordGenvertor(字信号发生器)图标，对面板上的各个选项和参数进行适当设置：在Address(地址)区，起始地址(Initial栏)为0000，终止地址(Final栏)为0009。在Controls(控制)区，点击Cycle按钮，选择循环输出方式。点击Pattern按钮，在弹出对话框中选择UpCounter选项，按逐个加1递增的方式进行编码。在Trigger区，点击按钮Internal，选择内部触发方式。第8章Multisim在数字逻辑电路中的应用A4A3A2A1B4B3B2B1C0SUM4SUM3SUM2SUM1C1&1214351115267941131043219107400N&7400N&7400N12121311U3DU8C345&7410N12143511162676U7SUM4SUM3SUM2SUM1A4A3A2A1B4B3B2B1C0C410131144321U9U1432174HC283D974HC283D4321U5U2DCD_HEXU6XWG1XWG28U8A3U8BDCD_HEXDCD_HEXDCD_HEX图8-6一位8421BCD码加法电路第8章Multisim在数字逻辑电路中的应用8.3译码器及其应用常见的MSI(中规模集成电路)译码器有二进制译码器(如2-4、3-8、4-16译码器等)和二-十进制译码器(也称作4-10译码器)等。MSI译码器74LS138是3-8译码器，其逻辑符号如图8-7中器件U4所示。U4中A、B、C是地址输入端，G1、G2A、G2B是使能端，Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7是输出端，且输出低电平有效。输入变量的每一种取值组合只能使某一个输出有效。第8章Multisim在数字逻辑电路中的应用例8.2用集成3-8译码器74LS138D组成一位全加器完成两个一位二进制数的加法运算。1)原理两个一位二进制数的加法运算的真值表如表8-1所示。第8章Multisim在数字逻辑电路中的应用表8-1全加器的真值表CBAFiCi+10000010100111001011101110010100110010111第8章Multisim在数字逻辑电路中的应用由全加器的真值表显然有：765376531i74217421iYYYYmmmm)7,6,5,3(m)C,B,A(CYYYYmmmm)7,4,2,1(m)C,B,A(F其中，A、B分别为加数和被加数；C为低位向本位产生的进位；Fi为相加的和；Ci+1为本位向高位产生的进位。第8章Multisim在数字逻辑电路中的应用2)创建电路(1)在元(器)件库中单击TTL，再单击74LS系列，选中74LS138D，单击OK确认。这时会出现一个器件，拖到指定位置点击即可。(2)在元(器)件库中单击MISC，再单击门电路，选中四输入与非门NAND4,单击OK确认，用两个与非门实现逻辑函数。(3)在元(器)件库中单击显示器件，选小灯泡来显示数据。为了便于观察，可将输入、输出信号均接入小灯泡。第8章Multisim在数字逻辑电路中的应用(4)在元(器)库中单击WordGenvertor(字信号发生器)，拖到指定位置，用它产生数码。(5)在元(器)件库中单击Sources(信号源)，选中电源VCC和地，双击电源VCC图标，设置电压为5V。使能端G1接电源VCC，G2A、G2B接地。连接电路如图8-7所示。第8章Multisim在数字逻辑电路中的应用TRXXXX00001501631XWG2&&U4ABC123645G1G2BG2A74LS138DY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y715141310971211U6U5NAND4NAND42.5V2.5VX1X2X52.5VVCC5VX41VX31V&图8-774LS138D译码器构成一位全加器第8章Multisim在数字逻辑电路中的应用3)观测输出双击WordGenvertor(字信号发生器)图标，在Address(地址)区，起始地址(Initial栏)设为0000，终止地址(Final栏)设为0007。在Controls(控制)区，点击Cycle按钮，选择循环输出方式。点击Pattern按钮，在弹出的对话框中选择UpCounter选项，按逐个加1递增的方式进行编码。在Trigger区，点击按钮Internal，选择内部触发方式。在Frequency区，设置输出的频率为1kHz。第8章Multisim在数字逻辑电路中的应用运行仿真开关，可以观察运算结果。探测器发光表示数据为“1”，不发光表示数据为“0”。其中，X1、X2表示加数、被加数；X5表示低位向本位产生的进位；X4表示相加的和；X3表示本位向高位产生的进位。第8章Multisim在数字逻辑电路中的应用8.4数据选择器及其应用集成数据选择器(MUX)74LS151D(八选一)、74LS153D(双四选一)是较常用的数据选择器。双四选一数据选择器74LS153D包含了两个四选一MUX，地址输入端A1和A0由两个MUX公用。每个MUX各有四个数据输入端，一个使能端EN和一个输出端Y。74LS153D的逻辑符号如图8-8中器件U3所示。U3中最上边的1端和0端分别对应芯片管腿2和14脚，是地址A1和A0的输入端；EN对应芯片管腿1、15脚，是使能端，且输入低电平有效；0端、1端、2端、3端分别对应芯片管腿6、5、4、3脚，是数据1D0、1D1、1D2、1D3的输入端，芯片管腿10、11、12、13脚是数据2D0、2D1、2D2、2D3的输入端；芯片的7端和9端分别是输出端1Y和2Y。第8章Multisim在数字逻辑电路中的应用单个四选一MUX的输出函数为301201101001DAADAADAADAAY数据选择器用途很多，可以实现组合逻辑函数、多路信号分时传送、并/串转换、产生序列信号等。第8章Multisim在数字逻辑电路中的应用例8.3用74LS153D双四选一数据选择器实现一位全加器。1)原理由于一位全加器有三个输入信号Ai、Bi、Ci，而74LS153D仅有1端、0端(分别对应芯片管脚2、14)两个地址输入端，选Ai(图8-8中X5)、Bi(图8-8中X2)作为地址输入A1和A0(分别对应芯片管脚2、14)。已知全加器的输出函数如下：本位相加的和iiiiiiiiiiiiiCBACBACBACBAF第8章Multisim在数字逻辑电路中的应用本位向高位产生的进位iiiiiiiiiiii1iCBACBACBACBAC考虑到四选一MUX的输出301201101001DAADAADAADAAY则Fi相应的余函数为、、和。即现在A1(2脚)=Ai，A0(14脚)=Bi，若1D0(6脚)=1D3(3脚)=Ci，1D1(5脚)=1D2(4脚)=，则1Y(7脚)=Fi。第8章Multisim在数字逻辑电路中的应用同样，将Ci+1表示为：，若四选一MUX的输入2D0(10脚)=0，2D1(11脚)=2D2(12脚)=Ci，2D3(13脚)=1