Multisim在电子电路分析中的应用研究(7)
4. Multisim在数字电路中的应用研究
4.1数字电路的Multisim仿真分析
数字电路包括逻辑门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路，其中组合、时序逻辑电路的设计与分析是数字电路课程中的重点难点。Multisim11为数字电路提供了多种虚拟分析仪器，如字符发生器、逻辑分析仪、逻辑转换仪等，可以方便的编辑输入信号，查看输出时序图，写出电路逻辑表达式等。把理论分析结果与仿真结果加以对照、分析，可以加深理解，提高课堂效率。
在时序逻辑电路中，计数器是比较典型的电路，故以计数器74LS161为例研究Multisim在数字电路分析中的应用。
4.2 计数器74LS161计数功能分析
4.2.1 计数器74LS161计数功能仿真验证
(1)搭建电路。
实验仿真电路如图19：在Multisim环境中调用脉冲电源、数码管、LED发光管等元件和逻辑分析仪，绘制计数器仿真电路。其中在74LS161输出端QDQCQBQA和RCO接LED发光管观察输出高低电平，如果发光管亮则输出为1，灭则输出为0。输入端通过控制开关实现在高低电平间切换。
图19 计数器仿真电路
(2)运行电路实现功能仿真。
电路开始对输入时钟脉冲进行计数，输出端口X4X3X2X1四个LED发光管依次按0000、0001、直至1111递增规律依次点亮，同时数码管依次循环显示0-F代码。整个计数过程LED发光管X５只有当第15个脉冲上升沿到来时(显示F代码)点亮，但仅仅持续一个计数脉冲周期后息灭 。此计数过程可以通过逻辑分析仪观察如图20。从图中可以看出随着每个时钟脉冲触发沿到来QDQCQBQA输出端会从0000对其依次加1计数，第15个脉冲到来时输出1111同时RCO=1，第16个脉冲到来时输出端又回到0000同时RCO=0，整个计数过程一直这样循环下去实现了加法计数功能。
图20 计数器时序图
注：“Clock_int”为时钟脉冲CLK的波形；“2”为异步置零信号 的波形；“3”为置数控制信号 的波形；“10”～“13”为状态输出信号“QD～QA”的波形；“14”为进位信号RCO的波形。
4.2.2 计数器74LS161清零功能和预置数功能仿真验证
将仿真电路图中的 端开关切换至低电平，运行仿真电路可观察输出端立即回0，数码管显示0，清零时由于无需等待时钟脉冲触发沿的到来是异步清零。
将仿真电路图中的 设置高电平同时将 端开关切换至低电平，并在预置数输入端通过切换开关设置一组代码0110，运行仿真电路观察，由图20可知QDQCQBQA=0110，同时数码管显示对应代码6，电路实现预置数功能，在 变为高电平后下一个时钟脉冲的上升沿计数器从6开始计数。该功能由于需要时钟脉冲触发沿触发因此是同步预置数功能。仿真实验结果与理论分析一致。
用Multisim逻辑分析仪观察计数器时序图，可以清楚地看到任意时刻计数器的工作状态，异步清零与同步清零的区别也可以很直观地看出，可以使学生更好地理解计数器的工作原理。
5. 结束语
本文研究了Multisim在电子电路中的应用，选取了相关课程中的几个典型的单元电路包括二阶电路零状态响应、两级电压串联负反馈放大电路、多倍压整流电路、计数器74LS161计数电路；先进行理论推导，然后进行仿真，将理论计算结果与仿真结果比较，发现两者大体一致，仅存在很小的误差，最后就理论计算与仿真的微小误差给出简单的解释。可以得出如下结论：
1、利用Multisim仿真软件对电子电路方面相关课程进行分析和验证，从而改革传统分析设计模式，具有形象直观的特点，可使理论与实验有机结合，实验方式采用多媒体电脑设计，在设计过程中直观形象，轻松便捷。