移位寄存器的Multisim仿真

摘 要:介紹用Multisim仿真軟件分析移位寄存器邏輯功能的方法，驗證了4-D觸發器構成的移位寄存器的邏輯功能。用Multisim仿真軟件中的字組產生器產生的信號作為移位寄存器的時鐘脈沖和輸入數據，字組內容反映移位寄存器的輸入信號和控制信號，用Multisim中的邏輯分析儀多蹤同步顯示各輸入信號、控制信號和輸出信號波形，直觀地描述移位寄存器的工作過程。所述方法創新地解決了移位寄存器工作過程無法用實驗儀器驗證的問題。關鍵詞:移位寄存器; Multisim仿真; 字組產生器; 邏輯分析儀

中圖分類號:TN710-34; TP391.9 文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)22-0128-02

Multisim Simulation of Shift Register

LI Chun-ran1， YANG Ya-juan2

(1.Department of Physics， Bohai University， Jinzhou 121000， China; 2.Northwest Civil Aviation Air Traffic Management Bureau， Xi’an 710082， China)

Abstract: The method of using Multisim simulation software to analyze the working process of the shift register is introduced. The logic function of a shift register composed of 4-D flip-flop is verified. The signal yielded by character set generator in Multisim simulation software is taken as the clock pulse and input data of the shift register. The contect of the character set reflects the input and control signals of the shift register.The logic analyzer in Multisim is employed to synchronously display the waveforms of each input signal， control signal and output signal， and to make the working process of shift register be described visually. The innovation of this method is that the problem that the working waves of shift register can not be analyzed and verified with electronic instruments is solved.Keywords: shift register; Multisim simulation; generator of character set; logic analyzer

0 引 言

寄存器是計算機和其他數字系統中用來儲存代碼或數據的邏輯部件[1-3]，它的主要組成部分是觸發器。有時為了處理數據，需要將寄存器中的各位數據在移位控制信號作用下，依次向高位或低位移動1位，具有移位功能的寄存器稱為移位寄存器[2]。

常規的硬件實驗測試移位寄存器邏輯功能的方法是，將移位寄存器的控制端和數據輸入端分別接邏輯電平開關，改變邏輯電平開關為邏輯1、邏輯0，觀測輸出信號的邏輯狀態。存在的問題是，測得各輸入/輸出信號關系不直觀。

用Multisim仿真軟件[4-10]進行移位寄存器工作過程波形仿真分析，用虛擬儀器中的字組產生器[4-6]做實驗中的信號源，產生所需的各個輸入數據和控制信號，用邏輯分析儀[4-6]顯示輸入數據、控制信號和輸出信號波形，可直觀描述移位寄存器的工作過程及邏輯功能。

1 移位寄存器工作過程Multisim仿真實驗方法

1.1 創建電路

從Multisim的TTL數字IC庫中找出所需觸發器，將這些觸發器串接起來，構成一個移位寄存器。從虛擬儀器庫中找出字組產生器、邏輯分析儀[4-6]。

確定字組產生器產生移位寄存器所需的各個控制信號、輸入數據信號，確定邏輯分析儀所顯示的輸入控制信號、輸入數據信號及輸出函數信號，將第一位觸發器的輸入端和各觸發器的控制端接字組產生器，各個觸發器的輸入端和輸出端接邏輯分析儀。

1.2 設置字組產生器

確定反映移位寄存器控制端、數據輸入端不同輸入情況的字組產生器各個字組的內容及地址;在字組產生器中設置字組始、末地址，依次輸入各字組數據，進行字組信號的設置[4-6]。

1.3 仿真運行分析

進行實驗仿真，分析仿真實驗結果。

2 移位寄存器工作過程Multisim仿真實驗舉例

由4個邊沿D觸發器依次串接可構成1個4位移位寄存器如圖1所示。數據從串行輸入端DI輸入，左邊觸發器的輸出作為右鄰觸發器的數據輸入[1-2]。

設移位寄存器的初始狀態為0000，現將數碼D3D2D1D0(1101)從高位(D3)至低位依次送到Di端，經過第一個時鐘脈沖后，Q0=D3。由于跟隨數碼D3后面的數碼是D2，經過第二個時鐘后，觸發器U1A的狀態移入觸發器U1B，而U1A變為新的狀態，即Q1=D3，Q0=D2。依此類推，可得4位右向移位寄存器的狀態，如表1所示。由表1可知，輸入數碼依次由低位觸發器到高位觸發器做右向移動。經過4個時鐘脈沖后，4個觸發器的輸出狀態Q3Q2Q1Q0與輸入數碼D3D2D1D0相對應。

表1圖1電路狀態表

CPQ0Q1Q2Q3

1D3000

2D2D300

3D1D2D30

4D0D1D2D3

2.1 仿真實驗電路創建

構建仿真實驗電路如圖1所示。

圖1 用邊沿D觸發器構成的4位移位寄存器仿真實驗電路

字組產生器產生第1位觸發器(U1A)的輸入數據和4個觸發器的控制脈沖，邏輯分析儀顯示控制信號，數據輸入信號及Q0～Q3輸出信號的波形。各觸發器的清零端和預置端均接高電平。

2.2 字組產生器輸出字組的設計

字組內容反映移位寄存器不同輸入端的輸入情況，輸入波形設計、字組內容及地址如圖2所示。

圖2 移位寄存器波形設計及字組數據

將各字組數據轉換成相應的10進制代碼，并在字組產生器的在數據區塊以10進制(Dec字段)依次輸入各字組數據2，3，2，3，0，1，2，3，0，1，0，1，0，1，0，1 ，各數據反映輸入Di端輸入數據和時鐘脈沖，將第一個數據“2”和最后一個數據“1”分別設為字組數據的始、末地址，完成所有字組信號的設置。如圖3所示。

圖3 移位寄存器仿真實驗字組設置

2.3 仿真運行分析

邏輯分析儀顯示的波形如圖4所示。

圖4中，“1”為時鐘脈沖的波形，“2”為輸入Di端信號的波形，“3” 為 Q0輸出信號的波形，“4” 為 Q1輸出信號的波形、“5” 為Q2輸出信號的波形、“6” 為 Q3輸出信號即Do的波形。由圖4可知:4個D觸發器依次輸出輸入數據，高位觸發器與低位觸發器的輸出波形只相差一個脈沖周期。

圖4 移位寄存器仿真實驗波形經過4個時鐘脈沖后，4個觸發器儲存了Di端的輸入信號，即串行輸入數據可經4個D觸發器并行輸出。經過8個時鐘脈沖后，輸入信號從Q3端已全部移出寄存器，即存入該寄存器的數據也可以從Do端串行輸出。

3 結 語

由于受實驗儀器的限制無法對移位寄存器工作波形進行硬件實驗驗證，主要問題是，現有的信號發生器不能產生多路同步信號，現有的示波器多為雙蹤示波器無法同時觀測多路波形，用Multisim軟件仿真解決了這一問題。所述方法具有實際應用意義[9-10]。

參考文獻

[1]閻石.數字電子技術基礎[M].北京:高等教育出版社，2006.

[2]康華光，陳大欽.電子技術基礎(數字部分)[M].4版.北京:高等教育出版社，1999.

[3]任駿原，張鳳云.電子線路專題研究[M].成都:西南交通大學出版社，1995.

[4]鄭步生，吳渭.Multisim 2001電路設計及仿真入門與應用[M].北京:電子工業出版社，2002.

[5]朱力恒.電子技術仿真實驗教程[M].北京:電子工業出版社，2003.

[6]尹勇，李林凌.Multisim電路仿真入門與進階[M].北京:科學出版社，2005.

[7]陳先榮.EWB在電子技術實驗中的輔助教學應用[J].實驗技術與管理，2006，23(10):88-90.

[8]張晶，李心廣.基于Multisim的電路設計與仿真[J].計算機仿真，2005，22(5):109，152.

[9]任駿原.電子技術課程CAI教學模式的探索與實踐[J].電氣電子教學學報，2009，31(4):99-100.

[10]習曉遠.仿真技術在實驗教學中的作用和地位[J].實驗室研究與探索，2002，21(4):26-27.