基于Multisim的数字抢答器的设计

I摘要计算机仿真技术已成为现代工程设计中一种有效方法,如multisim,pspice,protel等电子仿真软件，进行仿真模拟实验，实验过程非常接近实际操作效果，元器件选择范围广，参数修改方便。本设计基于计算机仿真的思想和方法，虚拟样机调试的概念，针对电子技术实验，采用multisim2001EDA软件仿真各种现实仪器和电气元件；虚拟实验电路，在计算机中仿真实验过程，从而分析设计的性能，验证设计的可行性，缩短设计周期，节约设计成本，提高设计效果。我本次毕业设计的就是应用Multisim仿真软件对设计所作的相关实验进行仿真。此次设计的内容是运用Multism对我做的设计内容就行虚拟仿真。仿真的内容有：实验TTL与非门的测试；实验编码器、译码器及其应用；实验数据选择器及其应用；实验锁存器及其应用；实验555集成定时器及应用；综合设计实验：数字抢答器设计。通过实例说明应用计算机仿真技术进行电子线路课程设计的教学，有助于学生边学边用，从而学以致用，有利于培养学生综合分析能力、开发能力和创新能力。关键词：Multisim2001，数字电子电路系统，仿真设计2目录摘要.....................................................I1绪论......................................................11.1MULTISIM的开发的背景...............................................11.2MULTISIM...........................................................11.3MULTISIM的主要功能及特点...........................................22TTL与非门测试实验..........................................52.1概述..............................................................52.2实验原理及实验电路................................................53编码器.....................................................73.1编码器概述.......................................................73.2编码器分类........................................................74数据选择器.................................................84.1数据选择器的定义及功能............................................85时序逻辑电路...............................................105.1概述.............................................................105.2实验原理及实验电路...............................................106译码器....................................................136.1概述.............................................................136.2实验原理及实验电路...............................................147555定时电路................................错误!未定义书签。7.1概述.............................................................168数字抢答器的设计...........................................198.1抢答器的总体结构.................................................198.2优先判断与编号锁存电路...........................................198.3抢答器的单元电路设计.............................................228.4抢答器设计中的优先编码电路.......................................228.5抢答器设计中的定时电路...........................................2338.6抢答器设计中的报警电路...........................................248.7抢答器中的时序控制电路...........................................258.8七段显示译码器与数码管...........................................26结论........................................................29致谢........................................................29参考文献....................................................30附录........................................................3111绪论1.1Multisim的发展背景：在科学技术日新月异的背景下，随着教育改革的深入，如何实现教育技术现代化、教学手段现代化已经成为我国教育改革所面临的一个重要课题。目前，在电工电子技术实验教学方面，国内多数高校仍主要采用实物元器件进行硬件连线测试，大多数采用面包板或者各种现成的实验箱。这种传统的实验方式由于受实验室条件的限制，在给学生开设一些扩展型、设计型以及综合型实验时将会遇到困难，特别是新器件，新设备价格昂贵，一般院校的电子学实验室更是无法承受。随着电子和计算机技术的进步，推动了EDA技术的普及与发展，从而推动了一场新的电子电路设计革命，使得电子工程师大量的设计工作可以通过计算机来完成。传统的电子线路的设计过程要经过设计方案提出、方案验证和修改三个阶段，一般是采用搭接实验电路的方法进行，往往需要经过实验和修改的反复过程，直到设计出正确的电路用EDA工具.Multisim的软件的开发，使得电子工程师可以从概念、方法、协议等开始设计系统，大量工作可以通过计算机来完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出印制板的整个过程在计算机上自动处理完成。随着计算机的发展，Multisim软件经历了长时间的发展已经趋于不断完善，目前Multisim的最新版本是Multisim9。在前几版的发展基础上进行了改善，使Multisim的软件系统功能更加完善和强大。1.2Multisim软件的介绍以及发展过程：Multisim9是一款完整的工具设计系统，提供了一个非常大的元件数据库，并提供原理图输入接口、全部的数模Spice仿真功能、VHDL和VerilogHDL设计接口和仿真功能、FPGA\CPLD综合、RF设计能力和处理功能，还可以从原理图到PCB数据包的无缝隙数据传输。它提供单一易用的图形输入接口可以满足设计者的需求。Multisim9提供全部的先进设计功能，满足从设计参数到产品需求Multisim9是加拿大InteractiveImageTechnologies(IIT)公司于1988年推出了一个专门用于电子线路仿真和设计的EDA工具软件ElectronicsWorkbench(EWB),EWB具有数字、模拟及数字/模拟混合电路的仿真能力，以界面直观操作方便、分析功能强2大、易学易用等突出优点，得到了迅速的推广及使用随着技术的发展，EBW软件也经过了多个版本的衍变。V5以前的版本称为ElectronicsWorkbench，从V6开始改为Multisim。在教育界比较流行的Multisim2001版属于V6版本，目前Multisim的最新版本是V8。Multisim从V5到V6的功能有很大的扩充，特别是增加了VHDL和VerilogHDL模块，使它成为真正的“数模\VHDL\Verilog”的混合电路模拟软件。2001年IIT公司又推出了Multisim的最新版本Multisim2001，直至2003年8月，该公司又对Multisim2001进行了较大的改进，升级为Multisim7，增加了3D元件以及安捷伦的万用表，示波器，函数信号发生器等仿真实物的虚拟仪表，似的虚拟电子工作平台更加接近实际的实验平台。迄今为止，Multisim软件已升级到Multisim9版本，相较之各版本功能更强大。1.3：Multisim的主要功能及特点（1）用户界面直观Multisim9沿袭了EWB界面的特点，提供了一个灵活的、直观的工作界面来创建和定位电路。Multisim9（教育版）考虑到学生的特点，允许教师根据自身需要、课程内容和学生水平设置软件的用户界面，以创建具有个性化的菜单、工具栏和快捷键。还可以使用密码来控制学生所接触的功能、仪器和分析项目。（2）种类繁多的元件和模型Multisim9提供的元件库拥有13000个元件。尽管元件库很大，但由于元件被分为不同的“系列”，所以可以方便地找到所需要的元件。Multisim9元件库含有所有的标准器件及当今最先进的数字集成电路。数据库中的每一个器件都有具体的符号、仿真模型和封装，用于电路图的建立、仿真和印刷电路板的制作。Multisim9还含有大量的交互元件、指示元件、虚拟元件、额定元件和三维立体元件。交互元件可以在仿真过程中改变元器件的参数，避免为改变元器件参数而停止仿真，节省了时间，也使仿真的结果能直观反映元件参数的变化；指示元件可以通过改变外观来表示电平大小，给用户一个实时视觉反馈；虚拟元件的数值可以任意改变，有利于说明某一概念或理论观点；额定元件通过“熔断”来加强用户对所设计的参数超出标准的理解；3D元件的外观与实际元件非常相似，有助于理解电路原理图与实际电路之间的关系。除了Multisim9软件自带的主元件库外，用户还可以建立“公司元件库”，有助于一个团队的使用，简化仿真实验室的练习和工程设计。Multisim9与其他软件相比，能提供更多方法向元件库中添加个人建立的元件模型。3元件放置迅速和连线简捷方便在虚拟电子工作平台上建立电路的仿真，相对比较费时的步骤是放置元件和连线，Multisim9可以使使用者不需要指导就可以轻易地完成元件的放置。元件的连接也非常简单，只需单击源引脚和目的引脚就可以完成元件的连接。当元件移动和旋转时，Multisim9仍可以保持它们的连接。连线可以任意拖动和微调。进行SPICE仿真对电子电路进行SPICE（SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis）仿真可以快速了解电路的功能和性能。Multisim9为模拟、数字以及模拟/数字混合电路提供了快速并且精确的仿真。Multisim9的核心是基于使用带XSPICE扩展的伯克利SPICE的强大的工业标准SPICE引擎来加强数字仿真的。Multisim9的界面对最为陌生的用户来说都是非常直观的。这使用户运用SPICE的功能而不必去担心SPICE复杂的句法。虚拟仪器Multisim9