基于Multisim的时序逻辑电路设计与仿真

随着计算机技术的发展，电子电路的设计与分析方法发生了重大变革，可以通过计算机辅助分析和仿真技术来完成。EDA技术是在电子CAD技术基础上发展起来的通用软件系统，是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。
    Muhisim是一个专门用于电路设计与仿真的EDA工具软件。Muhisim起源于20世纪80年代加拿大Interactive Image Technologies公司推出的电子仿真软件EWB5．0(Electronics Workbench)。它以界面形象直观、操作方便、分析功能强大、易学易用等突出优点，在20世纪90年代得到迅速推广，受到电子行业技术人员的青睐。跨入21世纪，IIT公司在保留原版本的优点基础上，增加了更多功能和内容，特别是改进了EWB5．O软件虚拟仪器调用有数量限制的缺陷。推出EWB6．0版本，并取名MultiSIM，也就是Multisim2001版本。与其他EDA工具软件相比，Multisim提供了一个更大的元件数据库，可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，对模拟、数字、模拟／数字混合电路进仿真。Multi-sim提炼了SPICE仿真的复杂内容，无需懂得深入的Spice技术就可以很快地进行仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子专业教学。通过Muhisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图的绘制与仿真，再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。

1 时序逻辑电路设计与仿真
    在数字电路中有多种编码，其中格雷码每次状态更新仅有一位代码变化，电路采用格雷码的优点是可以从编码形式上杜绝瞬间状态的模糊现象，从而避免某些逻辑差错。它是比较常用的可靠性编码，主要用于将模拟信号转换成数字信号。
    时序逻辑电路设计是数字电子技术课程中的重要部分，以时序逻辑电路格雷码计数器的设计为例，设计一个有触发器组成的3位格雷码同步加法计数器。
    第一步，根据设计要求编制格雷码计数器的状态转换图，如图1所示。

    采用同步工作方式，只需一个公共CP信号，选择JK触发器，其输入端较多，设计简单灵活。
    第二步，作次态转换表，如表1所示。

    第三步求各触发器的驱动方程。
    列出JK触发器的驱动表如表2所示。

    根据次态转换表和JK触发器的驱动表，得到各触发器的驱动方程
   

    依据以上分析，在Multisim软件中设计完成3位格雷码同步加法计数器，完成的电路如图2所示。利用Muhisim软件的电路仿真功能来验证设计电路的正确性，在仿真中还可以将J0的驱动分别用同或门和异或门加反相器来实现。

    图3所示为计数器仿真输出波形。

    在Multisim软件的虚拟仪器栏中，还有著名厂商电子测量的常用仪器4台。其中，有Agilent33120A型函数发生器，Agilent3441OA型数字万用表、Agilent54622D型数字示波器和泰克TektronixTDS2024型数字示波器。这4台虚拟仪器的面板上各按钮、旋钮和输入、输出端口等与实物面板一样，在计算机上操作这些仪器就像在实验室操作真实仪器一样，并且不用担心损坏。为今后使用真实仪器打好基础，实现了“软件即仪器”。在仿真中调用Agilent521622D型数字示波器，该示波器是具有两个模拟输入通道、16个逻辑输入通道、带宽为100 MHz的高端示波器。将示波器的逻辑输入通道D1、D2、D3分别与图3中的Q0、Q1、Q2连接，D7与CP连接，操作示波器上的旋钮，测量计数器的输出波形。图4所示为示波器测量仿真输出波形。

2 结束语
    在时序逻辑电路设计中应用Multisim软件进行仿真分析，在编辑电路、调整元件参数时十分方便，它可以进行各种电子电路的设计与仿真，并且仿真精度高。给电路设计测试带来方便，使电子线路的设计、性能参数的仿真等繁琐的任务变得轻而易举。