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1、目 录摘要1Abstract11引言12数字电子技术实验中的设计能力培养13仿真软件Multisim概述23.1 Multisim的使用及优点23.2 Multisim对元器件的管理34实验设计34.1 利用逻辑转换仪设计全加器44.2利用74LS163设计简单二进制计数器84.3设计一个脉冲序列发生器11结论14致谢14参考文献：14虚拟数字电子技术实验设计基于Multisim对数字电子技术实验的仿真设计学生姓名：许文涛 学号：20095042030学 院：物理电子工程学院 专业：电子信息工程指导教师：李长庚 职称：副教授摘要：数字电子技术实验是数字电子技术课程不可缺少的实践环节，通过实验，
2、不仅可以使学生对理论知识加深理解，而且可以提高学生分析解决实际问题的能力，并对所学课程加深兴趣，提高自主学习的积极性。而虚拟实验则有节省耗材，提高资源利用率及工作效率等优点，因此对于虚拟数字电子技术实验的设计是非常重要且有长远意义的。本文主要介绍了如何使用EDA仿真软件Multisim来对数字电子技术实验进行仿真设计。关键词：虚拟数字电子技术；实验设计；仿真；MultisimVirtual digital electronic technology experiment designAbstract: Digital electronic technology experiment is an
3、 indispensable link of practice, the digital electronic technology course through the experiment, the students can not only deepen the understanding of theoretical knowledge, but also can improve the students ability to analyze and solve practical problems, and the curriculum, deepen interest, enhan
4、ce the enthusiasm of learning. Virtual experiment is saving supplies, improve resource utilization and work efficiency, so the design for the virtual experiment of digital electronic technology is very important and long-term significance. This paper mainly introduces how to use the EDA Simulation S
5、oftware Multisim to carry on the simulation design of digital electronic technology experiment.Keywords: Virtual digital electronic technology; experimental design; simulation;Multisim1引言数字电子技术实验是电气、电子、通信、自动化在电子技术方面的技术基础实验课。通过实验要求学生掌握电子技术方面的基本理论、基本技能，培养学生分析解决实际问题的能力。电路仿真软件multisim具有强大的分析仿真功能，使用该软件进行
6、虚拟实验设计，方便、实用、易操作，能够设计出满足不同层次的学生需要的实验，对提高学生的综合分析能力和开发创新能力有重要的作用。2数字电子技术实验中的设计能力培养以往的数字电路实验课大都是验证性的，不能充分发挥学生的想象力和创造力，而采用设计性为主的实验可以激发学生的积极性，使实验由被动变主动。从科学的角度看，验证性实验是检验设计结果的一种手段，而设计性实验则是一项十分重要且艰难的工作，使设计与实验相结合能收到事半功倍的效果，正确而严谨的设计是保证实验顺利完成的前提，要想正确进行数字电子技术设计，必须要有扎实的理论基础1。在设计过程中应该有清晰的思路，和冷静的头脑，对于设计中遇到的问题和错误不能
7、焦躁和气馁，需要静下心来认真分析。如果对于一个连接完成而没有任何反应的电路，可以从以下几个方面来检查：（1）电源是否接通;（2）电路设计是否正确；（3）连线是否正确，有没有虚接和短路的地方；（4）判断集成块是好是坏，是否发热及发热的原因；(5)如果是观察波形，除了检查以上发生的故障以外，还应在连接电路前把输入波形的频率幅值正确调出，并用示波器观察输出波形是否符合要求，然后再连到输入电路上，同时检查信号线的通断2。实验技能的培养一是动手能力的培养，二是动脑能力的培养。动脑能力的培养在实验设计过程中显得尤为重要，随着科学技术的发展，社会需要有创造力的高素质人才，将数字电路设计与虚拟实验相结合，给学
8、生以更多、更实际、更方便的设计和操作，通过此种形式，可以激发学生的创造力和积极性，大幅提高动手动脑能力。3仿真软件Multisim概述3.1 Multisim的使用及优点Multisim是Interactive Image Technologies (Electronics Workbench）公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。其前身为EWB（Electrical Workbench）系列，它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。为适应不同的应用场合，Multisim推出了许多版本，用户可以根据自己的需要
9、加以选择3。目前各大高校教学中普遍使用Multisim10.0，网上使用最普遍的也是Multisim10.0，本文就是主要以这个版本来进行设计的。NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NI Multisim，您可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。与NI LabEW和SignalExpress软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。 其主要
10、优点如下：通过直观的电路图捕捉环境，轻松设计电路通过交互式SPICE仿真，迅速了解电路行为借助高级电路分析，理解基本设计特征通过一个工具链，无缝地集成电路设计和虚拟测试通过改进、整合设计流程，减少建模错误并缩短上市时间3.2 Multisim对元器件的管理EDA软件所能提供的元器件的多少以及元器件模型的准确性都直接决定了该EDA软件的质量和易用性。Multisim为用户提供了丰富的元器件，并以开放的形式管理元器件，使得用户能够自己添加所需要的元器件。Multisim以库的形式管理元器件，通过菜单Tools/ Database Management打开Database Management（数据
11、库管理）窗口，对元器件库进行管理。在Database Management窗口中的Daltabase列表中有两个数据库：Multisim Master和User。其中Multisim Master库中存放的是软件为用户提供的元器件，User是为用户自建元器件准备的数据库。用户对Multisim Master数据库中的元器件和表示方式没有编辑权。当选中Multisim Master时，窗口中对库的编辑按钮全部失效而变成灰色。但用户可以通过这个对话窗口中的Button in Toolbar显示框，查找库中不同类别器件在工具栏中的表示方法。据此用户可以通过选择User数据库，进而对自建元器件进行编辑
12、管理。在Multisim Master中有实际元器件和虚拟元器件，它们之间根本差别在于：一种是与实际元器件的型号、参数值以及封装都相对应的元器件，在设计中选用此类器件，不仅可以使设计仿真与实际情况有良好的对应性，还可以直接将设计导出到Ultiboard中进行PCB的设计4。另一种器件的参数值是该类器件的典型值，不与实际器件对应，用户可以根据需要改变器件模型的参数值，只能用于仿真，这类器件称为虚拟器件。它们在工具栏和对话窗口中的表示方法也不同。在元器件工具栏中，虽然代表虚拟器件的按钮的图标与该类实际器件的图标形状相同，但虚拟器件的按钮有底色，而实际器件则没有。相同类型的实际元器件和虚拟元器件的按
13、钮并排排列，并非所有的元器件都设有虚拟类的器件。4实验设计在Miltisim中提供了2个在数字电路试验中极为重要的仪器：逻辑转换仪和逻辑分析仪，利用它们我们可以实现如全加器、计数器、序列脉冲发生器等一系列从基本门电路到较为复杂的数字电路系统的设计、模拟与仿真。4.1 利用逻辑转换仪设计全加器在将两个多位二进制数相加时，除了最低位以外，每一位都应该考虑来自低位的进位，即将两个对应位的加数和来自低位的进位3个数相加。这种运算称为全加，而完成这种运算所用的电路称为全加器5。根据二进制加法运算规则可列出1位全加器真值表，如表1所示。表1 全加器真值表输 入输 出ABCISCO0000000110010
14、100110110010101011100111111A：被加数 B：加数 CI：低位的进位输入 S：和 CO：向高位的进位4.1.1逻辑转换仪主要功能a将逻辑电路转换成真值表；b真值表与逻辑表达式（最简逻辑表达式）的相互转换；c将逻辑表达式转换成逻辑电路及与非门逻辑电路6。Multisim中逻辑转换仪及其操作界面如图1所示：图1 逻辑转换仪由于逻辑转换仪只有一个输出，所以需要将输出和值端S与输出进位端CO分别设计。4.1.2 S的设计在逻辑转换器中输入A、B、CI与S的逻辑关系，再生成最简逻辑表达式，如图2 所示，图中A、B、C三列分别代表两个相加的二进制数A、B与来自低位的进位CI的数值，
15、第四列则表示输出和值S。通过逻辑转换按钮得到S的最简表达式显示在此操作界面的最后一行空白处：ABC+ABC+ABC+ABC图2 S最简逻辑表达式此时点击按钮可得到S的与非门逻辑电路图，如图3所示：图3 S的与非门逻辑电路图4.1.3输出进位CO的设计与设计S的方法类似，同样得到A、B、CI与CO的最简逻辑表达式和与非门逻辑电路图，分别如图4和图5所示：图4 CO最简逻辑表达式图5 CO的与非门逻辑电路图4.1.4全加器为了将复杂的电路显示的直观易懂，可将S与CO的逻辑电路分别设置成子电路，再组合成一个完整的全加器电路如图6所示，其中单元X1、X2分别为图3、图4所示的S与CO的与非门逻辑电路图的简化单元电路。图6 全加器完整逻辑图4.1.5虚拟实验验证用逻辑转换仪对设计的全加器进行模拟分析，如图7和图8所示，将A、B、CI分别接至逻辑转换仪的A、B、C端，再将S端或CO端接至逻辑转换仪的输
