基于Multisim的组合逻辑电路设计与仿真
基于Multisim的组合逻辑电路设计与仿真
基于Multisim的组合逻辑电路设计与仿真作者：丁业兵谭学琴李安庆高振楠来源：《价值工程》2013年第16期摘要：运用组合逻辑电路可以方便的将实际问题转换为逻辑问题并进行数字电路设计，本文论述了以集成与非门74LS00和74LS10、译码器74LS138和数据选择器74LS151为主要芯片设计火灾报警控制信号电路的三种方法，并用Multisim软件进行了仿真。
设计与仿真结果表明，与非门、译码器、数据选择器均可有效实现火灾报警控制电路，并可应用于其它组合逻辑电路的设计，采用计算机仿真软件提高了数字电路设计的效率。
关键词：组合逻辑电路；火灾报警；电路设计；仿真中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）16-0063-020 引言组合逻辑电路的基本构成单元是门电路，与时序逻辑电路不同，组合逻辑电路无记忆功能，输出信号仅取决于当时的输入信号[1]。
组合逻辑电路的设计是根据给定的实际问题，用逻辑函数进行表达，用数字电路来实现逻辑其功能。
常用的中规模组合逻辑电路有编码器、译码器、数据选择器、加法器等。
在设计硬件电路之前，常用一些虚拟软件进行仿真设计，Multisim软件是一款应用较广，功能强大的电子电路设计开发与仿真软件[2-5]。
文中，以集成与非门74LS00、译码器74LS138和数据选择器74LS151为主要元件设计了产生火灾报警控制信号的三种电路，设计平台为基于windows系统的Multisim 12.0软件，并进行了仿真测试。
1 电路设计与仿真组合逻辑电路的设计步骤一般为：①根据设计要求，定义输入、输出的逻辑状态；②填写真值表；③由真值表，写出逻辑函数的最小项表达式并进行化简；④采用相应的元器件进行电路布线。
文中，火灾报警系统的输入为烟感、温感和紫外光感三种火灾探测器，当其中两种或两种以上探测器检测到火灾信号时，则系统发出火灾报警信号。
设烟感信号为A、温感信号为B、紫外光感信号为C，报警信号为Y，当有信号时为1，无信号时为0，列出真值表，如表1所示。
数字电子技术Multisim仿真试验72组合逻辑电路的分析与设计
第7章 数字电子技术Multisim仿真实验
图7-2 与非门逻辑功能验证电路
第7章 数字电子技术Multisim仿真实验 图7-3 或非门逻辑功能验证电路
第7章 数字电子技术Multisim仿真实验
(4) TTL非门逻辑功能验证。实验电路如图7-4所示。打 开仿真开关，切换单刀双掷开关J1，观察探测器的亮灭，验 证集成非门74LS04的逻辑功能。
2．实验原理 编码器的逻辑功能是将输入的每一个信号编成一个对应 的二进制代码。优先编码器的特点是允许编码器同时输入两 个以上编码信号，但只对优先级别最高的信号进行编码。 8线-3线优先编码器74LS148有8个信号输入端，输入端 为低电平时表示请求编码，为高电平时表示没有编码请求； 有3个编码输出端，输出3位二进制代码；编码器还有一个使 能端EI，当其为低电平时，编码器才能正常工作；还有两个 输出端GS和E0，用于扩展编码功能，GS为0表示编码器处 于工作状态，且至少有一个信号请求编码；E0为0表示编码 器处于工作状态，但没有信号请求编码。
第7章 数字电子技术Multisim仿真实验 3．实验电路及步骤 1) 利用逻辑转换仪对给定的逻辑电路进行分析 (1) 按图7-6所示连接电路。
第7章 数字电子技术Multisim仿真实验 图7-6 待分析的组合逻辑电路
第7章 数字电子技术Multisim仿真实验
(2) 双击逻辑转换仪图标，在逻辑转换仪面板上单击按 钮(由逻辑电路转换为真值表)，立刻得到电路的真值表，再 单击按钮(由真值表转换为简化逻辑函数表达式)，在面板的 下面得到简化后的逻辑表达式。分析结果如图7-7所示。
第7章 数字电子技术Multisim仿真实验
3．实验电路及步骤 (1) TTL 2输入与门逻辑功能验证。实验电路如图7-1所 示。打开仿真开关，切换单刀双掷开关J1和J2，观察探测器 的亮灭，验证集成与门74LS08的逻辑功能。探测器亮表示 输出高电平1，灭表示输出低电平0。
Multisim电路仿真教学组合逻辑电路仿真PPT课件
常用组合电路性能测试与仿真分析
依此类推，使ABC三个键按000、001、010…111组 合，运行，观测输出结果，列写测试结果。
输入
输出
A1
B1
CN1
S1
1CN1
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
1
0
1
1
0
0
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
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常用组合电路性能测试与仿真分析
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实验5 组合逻辑电路的综合练习
1、设计一个余3码转换成8421码的电路 要求：能够显示输入代码和输出代码
2、用双四选一数据选择器实现全加器 要求：能够显示输入位和输出为的变化
3、设计一位余8421码的求和电路 要求：能够显示输入代码和输出代码
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实验6 触发器电路仿真分析
1、“一位全加器74LS183”性能测试 输入输出端子不多，采用开关提供输入信号，指示灯观察输出结果
注：D是SOP封装的，N是DIP封装
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常用组合电路性能测试与仿真分析
“一位全加器74LS183”性能测试
A1=B1=CN1=0, S1=0,1CN1=0
A1=1, B1=CN1=0, S1=1,1CN1=0
左侧第1区: Stop: 停止仿真 Reset：复位并清除显示波形 Reverse：改变屏幕背景颜色 左侧第2区: T1、T2：读数指针1和2离开扫描线
数字电子技术仿真软件Multisim电路设计与仿真应用
第12章数字电子技术仿真软件Multisim 2001电路设计与仿真应用12.1 Multisim 2001软件介绍Multisim 2001是加拿大交互图像技术有限公司（IIT公司）推出的最新版本，其前身是EWB5.0（电子工作平台）。
目前我国用户所使用的Multisim2001以教育版为主。
Electronics Workbench 公司推出的以Windows为系统平台的板级仿真工具Multisim，适用于模拟／数字线路板的设计，该工具在一个程序包中汇总了框图输入、Spice仿真、HDL设计输入和仿真、可编程逻辑综合及其他设计能力。
可以协同仿真Spice、Verilog和VHDL，并能把RF设计模块添加到成套工具的一些版本中。
整套Multisim工具包括Personal Multisim、Professional Multisim、Multisim Power Professional等。
这种仿真实验是在计算机上虚拟出一个元器件种类齐备、先进的电子工作台，一方面可以克服实验室各种条件的限制，另一方面又可以针对不同目的（验证、测试、设计、纠错和创新等）进行训练，培养学生分析、应用和创新的能力。
与传统的实验方式相比，采用电子工作台进行电子线路的分析和设计，突出了实验教学以学生为中心的开放模式。
12.1.1 M ultisim 2001软件操作界面启动Multisim 2001软件后，首先进入用户界面如图12-1所示，Multisim 2001的界面基本上模拟了一个电子实验工作平台的环境。
下面分别介绍主操作界面各部分的功能及其操作方法。
图12-1 Multisim 2001的基本界面1. 系统工具条图12-2所示为Multisim 2001的系统工具条，可以看出，其风格与Windows软件是一致的。
系统工具条中各个按钮的名称及功能如下所示。
2.设计工具条Multisim 2001的设计工具条如图12-3所示，它是Multisim的核心工具。
Multisim电路设计与仿真第7章数字电路仿真
217 第7章 Multisim 12在数字电路中的应用和仿真 本章主要介绍Multisim 12中在数字电路中的应用和仿真。
首先进行分立元件特性测试与仿真，然后介绍组合逻辑与时序逻辑电路的分析与仿真，最后介绍555定时器与数/模、模/数转换部分的分析与仿真。
7.1分立元件特性测试与仿真数字电路中逻辑变量有0和1两种取值，对应电子开关的断开和闭合。
构成电子开关的基本元件有二极管、三极管和MOS 管。
理想开关的开关特性有两种：（1）静态特性。
断开时，开关两端的电压不管多大，等效电阻R OFF =∞，电流I OFF = 0；闭合时，不管流过其中的电流多大，等效电阻R ON = 0，电压U AK = 0。
（2）动态特性。
开通时间t on =0，关断时间t off = 0。
客观世界中并没有理想开关。
乒乓开关、继电器、接触器等的静态特性十分接近理想开关，但动态特性很差，无法满足数字电路一秒钟开关几百万次乃至数千万次的需要。
二极管、三极管和MOS 管做为开关使用时，其静态特性不如机械开关，但动态特性很好。
本节主要介绍二极管和三极管的开关特性测试与仿真。
7.1.1二极管开关特性测试与仿真 二极管在正偏导通时的导通压降，硅材料约0.7V ，锗材料约为0.3V ，导通电阻约为几欧姆或几十欧姆，类似关闭合；反向截止时反向饱和电流极小、反向电阻很大（约几百千欧）类似开关断开。
1.使用伏安特性图示仪观察二极管伏安特性曲线图7-1 用伏安特性分析仪观察二极管伏安特性曲线在Multisim 环境下，单击元器件库栏按钮，在弹出的窗口中，“Datebase ”栏选择“Master Datebase”，“Group”栏选择“DIODE”，“Component”栏选择“1N4001”，其它选择默认，把二极管“1N4001”放置在工作区。
再单击仪器仪表库中（IV analyzer，伏安特性分析仪）按钮，放置在工作区。
鼠标左键双击伏安特性分析仪，打开设置窗口，“Component”栏选择“Diode”，可在设置窗口右下角看到二极管符号，即要求外部接线时，左侧端口接“P”区，中间端口接“N”区。
用Multisim 11仿真
数字逻辑电路仿真集成逻辑门电路逻辑功能的测试一、 实验目的1、熟悉Multisim 11软件的基本功能和使用方法。
2、掌握用Multisim 11软件进行与非门、异或门的逻辑功能测试及其测试方法。
二、实验内容1．TTL 集成门电路逻辑功能的测试 1）“与非门”逻辑功能的测试 （1）按表1完成逻辑功能的测试进入Multisim 11软件，从元器件库栏中取出测试电路所需的电路元器件，按图1所示连接电路，电路中三变量分别用三开关表示，分别由键盘按键A 、B 、C 控制，设置方法为：鼠标指向开关元件，双击鼠标进入Switch (开关属性)对话框，在Value 标题栏在Key 项分别直接输入英文字母A 、B 、C （大小写任意）。
连接电路完成，选择File （文件）菜单下Save As(另存为)命令对电路文件进行保存。
电路图如图2所示。
（2）按下“运行”按钮，启动电路进行测试，将测试结果填入下面表1的真值表中。
表1 “与非门”逻辑功能的测试图1 三输入与非门逻辑图图2 三输入与非门逻辑功能测试图2）.测试74LS86（四异或门）逻辑功能 （1）按表2完成逻辑功能的测试进入Multisim 11软件，从元器件库栏中取出测试电路所需的电路元器件，按图3所示连接电路，电路中二变量分别用二开关表示，分别由键盘按键A、B 控制，设置方法为：鼠标指向开关元件，双击鼠标进入Switch (开关属性)对话框，在Value 标题栏在Key 项分别直接输入英文字母A 、B （大小写任意）。
连接电路完成，选择File （文件）菜单下Save As(另存为)命令对电路文件进行保存。
电路图如图4所示。
（2）按下“运行”按钮，启动电路进行测试，将测试结果填入下面的真值表中。
得表达式为Y=A⊕B表2 异或门逻辑功能的测试表2．“门”控制功能的测试（1）“与非”门控制功能的静态测试设A 为信号输入端，B 为控制端。
A 端输入单脉冲，B 端接逻辑电平“0”或“1”。
基于MATLAB的数字组合逻辑电路建模与仿真【免费】
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黄石理工学院学报
20输出波形
从 输出 波形 图上 可以 看到 , 输 入 A2 A1 A0 依 次 被 译码 成了 8 种 不同 的 输 出 , 即 Y0 到 Y7 依次 为 低 电平 , 同 时 在 1 4 ~ 15 秒 时, 8 个 输 出 都 变 成 了 高 电平 , 这 反映 了控 制端 的作 用。
MATLAB 是 由 M athW orks 公 司 开 发 的 一 套 高 效率 的 数 值 计 算 和 可 视 化 软 件, 而 其 中 集 成 的 S mi u link 工具 箱可 以 方 便 的 对 动 态 系 统 进 行 建 模 和仿真 。本 文旨 在介 绍使 用 MATLAB 对 数字 组 合 逻辑 电路 ( 以 译码 器为 例 ) 进 行建 模 和 仿真 , 并 对 仿真 结果进 行分 析和 验证 [ 2] 。
0引 言
一个 数 字 系 统 通 常 包 含 有 许 多 数 字 逻 辑 电 路 。根 据逻 辑功 能 的 不 同 特 点, 可 以 把 这 些逻 辑 电 路分 成两 大类 , 一 类叫 组合 逻辑 电路 , 另 一 类叫 做 时序 逻辑 电 路。 所 谓 组 合 逻 辑 电 路, 就 是任 意 时 刻的 输出 稳定 状态 仅仅 取决 于该 时 刻的 输 入信 号 , 而 与输 入信 号作 用前 电路 所处 的状 态无 关 , 从 具 体电 路上 来 看, 组 合 逻 辑 电 路 不 包 含 具 有记 忆 功 能的 触 发 器 , 只 包 含 没 有 记 忆 功 能 的 门 电 路。 常 用的 组合 逻辑 器件 诸如 编码 器、译码 器、数 据选 择 、加 法 器 等 等 。 本 文 主 要 以 其 中 的 译 码 器 为 例 [1] 。
另在 74 LS 1 38 中 有 3 个 附 加 的 控 制 端 S1、S2
数字电路实验报告5. 组合逻辑电路的仿真
组合逻辑电路的仿真1.实验目的➢掌握全加器、译码器、数据选择器电路的特点及设计方法；➢学会应用全加器、译码器及数据选择器设计组合逻辑电路；➢掌握各种组合逻辑电路的仿真。
2.实验器材3.实验内容3.1全加器的EDA仿真a)在Multisim软件中，按照如图1.1所示电路，从TTL库中调74LS00D、74LS86N，从基本库中调VCC、GND、J1、J2、J3，从指示库中调X1、X2等元件，连线构成1位全加器仿真电路，图中J1、J2和J3依次控制两个输入的1位二进制数A、B及低位的二进制数相加向本位的进位C，指示灯X1、X2i分别表示本位输出F和向高位的进位C。
按照功能表分别拨动J1、J2和J3，o即改变输入状态，观察输出的状态变化。
图1.1 一位全加器仿真图b) 按照图1.2及1.3连线进行全加器74LS283及CD4008的功能仿真实验。
图1.2 74LS283功能仿真电路X1X2X3X4X5图1.3 CD4008功能仿真电路c) 利用四位全加器CD4008和四异或门CC4070设计四位无符号数二进制加/减法器，画出仿真图。
解： 分析：二进制加法器可以使用CD4008实现；二进制减法可以转换为补码运算，因为正数补码与原码相同，对负数先求补码，再进行加法运算，最后再对输出求补码，即可得到减法结果。
因为补码=反码+1，反码可以让输入与1异或，+1运算可以通过进位输入端实现。
因此，可以列出真值表如下X1X2X3X4X5上图中，淡黄色为加法运算，橙色为减法运算；绿色为加法结果，其中淡绿色部分与深绿色部分相同；蓝色为加法结果，其中淡蓝色部分与深蓝色部分相同。
因为输入与高电平异或得到负数的反码，与低电平异或得到正数的反码（与原码相同），因此，可以绘制下图所示电路图实现功能：3.2 译码器的EDA 仿真a) 变量译码器变量译码器（又称二进制译码器），用于表示输入变量的状态，如2-4线、3-8线和4-16线译码器。
学位论文-—基于multisim软件的电路仿真设计
1 绪论由于集成电路制造技术的发展日新月异，电子电路的设计日趋复杂。
为了能在设计电路实现之前，了解环境因素对电路的影响，我们可以利用电脑辅助软件进行电路模拟与分析设计，并进行输入与输出信号响应的验证，可以有效地节省产品开发的时间与成本。
因此，本文利用了multisim软件进行了电路仿真。
1.1 课题背景倒计时系统从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。
目前，倒计时系统的功能越来越强，且有多种专门的大规模集成电路可供选择。
学会制作倒计时系统，可以进一步的了解各种中小规模集成电路的作用并掌握实用方法和各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。
1.2 Multisim软件的应用EDA技术是现代电子工业中不可缺少的一项技术，是电类专业学生就业的基本条件之一。
Multisim软件把实验过程涉及到的电路、仪器以及实验结果等一起展现在使用者面前，在使用过程中就像在实验室中进行，电路参数调整方便，绝不束缚思维想象和电路创新。
Multisim软件可以用于几乎包含电类专业的所有学科的仿真教学，例如：电工基础、电路、低频电路、高频电路、脉冲与数字电路、电视机电路、音响电路、电子测量电路、射频电路、机电电路、模拟电子技术课程设计、数字电路课程设计以及综合课程设计等。
Multisim软件仿真元器件多，大约一万六千多个，其中包含各种信号源库、基本元件库、晶体二极管库、晶体三极管库、运放库、TTL器件库、CMOS器件库、单元逻辑器件库及可编程逻辑器件库、数字模拟混合库、指示元件库、杂散元器件库、数学控制模型库、机电元件库。
仿真仪器仪表使用方便，约束条件少。
在仿真中步骤如下：①根据原理图放置元器件；②连接导线；③单击仿真开关进行仿真；④利用虚拟仪器仪表观察仿真结果[1]。
1.3 倒计时显示系统的应用倒计时显示系统的计时装置广泛用于大型活动场所，成为人们日常生活中不可缺少的显示设备。
其中倒计时数字系统分为两部分，一部分是实现时、分、秒计时的功能的作用，另外一部分是实现日期的倒计，起到倒计时显示功能的作用。
Multisim仿真实验1 组合逻辑门电路测试组合逻辑电路的设计与测试
科技大学城市学院
数字电路与逻辑设计
专业：组员：学号：
实验一组合逻辑电路的设计与测试
一、实验目的
1、掌握组合逻辑电路的设计的设计与测试方法。
2、熟悉Multisim中逻辑转换仪的使用方法。
二、实验内容
设计要求：有A、B、C三台电动机，要求A工作B也必须工作，B工作C 也必须工作，否者就报警。
用组合逻辑电路实现。
三、操作
1、列出真值表，并编写在逻辑转换仪中“真值表”区域内，将其复制到下表中。
(注意标明逻辑状态)
2、写出其逻辑表达式和最简表达式：
3、由最简表达式分别得出用与非门连接的电路，用三个电平开关作为ABC 输入，输出接彩色指示灯，验证电路的逻辑功能。
将连接的电路图复制到下表中。
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基于Multisim的组合逻辑电路设计与仿真
摘要：运用组合逻辑电路可以方便的将实际问题转换为逻辑问题并进行数字电路设计，本文论述了以集成与非门74ls00和
74ls10、译码器74ls138和数据选择器74ls151为主要芯片设计火灾报警控制信号电路的三种方法，并用multisim软件进行了仿真。
设计与仿真结果表明，与非门、译码器、数据选择器均可有效实现火灾报警控制电路，并可应用于其它组合逻辑电路的设计，采用计算机仿真软件提高了数字电路设计的效率。
关键词：组合逻辑电路；火灾报警；电路设计；仿真
中图分类号：tp391 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2013）16-0063-02
0 引言
组合逻辑电路的基本构成单元是门电路，与时序逻辑电路不同，组合逻辑电路无记忆功能，输出信号仅取决于当时的输入信号[1]。
组合逻辑电路的设计是根据给定的实际问题，用逻辑函数进行表达，用数字电路来实现逻辑其功能。
常用的中规模组合逻辑电路有编码器、译码器、数据选择器、加法器等。
在设计硬件电路之前，常用一些虚拟软件进行仿真设计，multisim软件是一款应用较广，功能强大的电子电路设计开发与仿真软件[2-5]。
文中，以集成与非门74ls00、译码器74ls138和数据选择器
74ls151为主要元件设计了产生火灾报警控制信号的三种电路，设
计平台为基于windows系统的multisim 12.0软件，并进行了仿真测试。
1 电路设计与仿真
组合逻辑电路的设计步骤一般为：①根据设计要求，定义输入、输出的逻辑状态；②填写真值表；③由真值表，写出逻辑函数的最小项表达式并进行化简；④采用相应的元器件进行电路布线。
文中，火灾报警系统的输入为烟感、温感和紫外光感三种火灾探测器，当其中两种或两种以上探测器检测到火灾信号时，则系统发出火灾报警信号。
设烟感信号为a、温感信号为b、紫外光感信号为c，报警信号为y，当有信号时为1，无信号时为0，列出真值表，如表1所示。
1.1 基于与非门的电路设计集成与非门74ls00有14个管脚，可以实现4个二端输入与非逻辑功能，74ls10可以实现3个三端输入与非逻辑功能。
由公式（2）可见，此报警控制电路需要4个与非门，即三个二端输入与非门，一个三端输入与非门，电路连接如图1所示，其中三个探测信号输入端接入74ls00的三个二端输入引脚，三个二端与非门的输出接入74ls10的一个三端与非门输入引脚。
图1中的xlc1为逻辑变换器，是一种虚拟仪器，可以接入报警系统的输入与输出端，测试与验证其逻辑功能，从图2可见，该电路真值表及逻辑函数表达式与设计要求一致。
1.2 基于译码器的设计译码是编码的反过程，74ls138译码器是
集成有三个输入端，八个输出端的中规模组合逻辑电路，译码器的各输出端引脚信号对应于输入端二进制信号的组合情况。
依公式（4）可知，只要将译码器对应的四个输出端引脚接入
74ls20芯片中的一个四输入端与非门即可，电路如图4所示。
图中，译码器74ls138的g1、～g2a与～g2b为控制端，当g1接高电平，～g2a与～g2b接低电平时，芯片才能实现译码功能。
系统接入逻辑变换器，对整个电路的功能进行了测试，测试结果与图2所示一致。
1.3 基于数据选择器的设计数据选择器可以根据地址输入端的二进制信号，对输入端信号进行选择。
8选1数据选择器74ls151是集成有三个地址输入端a、b、c，8个数据输入端d0～d7的中规模组合逻辑电路。
74ls151数据选择器的功能用逻辑函数表示为
这样只要将数据选择器的输入端进行适当的置位便可以实现此
报警功能，电路如图4所示。
图中，数据选择器74ls151的～g为控制端，低电平有效，d3、d5、d6、d7接高电平，其余数据数据输入端接低电平，地址输入端a、b、c与数据选择器的输出y端接入逻辑变换器，以验证逻辑电路功能，验证结果与图2所示一致。
2 结论
组合逻辑电路广泛应用于各种数字电路设计中，文中给出了用集成与非门74ls00、74ls10，中规模组合逻辑电路器件74ls138译码器、数据选择器74ls151设计火灾报警控制电路的三种方法，并用最新版本的multisim软件进行了直观的仿真验证。
三种电路设计
中，运用数据选择器最为有效。
multisim软件为组合逻辑电路的设计与仿真提供了强有力的计算机虚拟平台。
参考文献：
[1]王毓银.数字电路逻辑设计[m].北京：高等教育出版社，2002.
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