基本RS觸發器工作狀態的Multisim仿真

馬敬敏

（渤海大學 數理學院，遼寧 錦州 121000）

觸發器是具有存儲功能的器件，在數字電子技術中用于構成各種時序邏輯電路。

觸發器的特性用觸發方式和邏輯功能進行描述，觸發方式決定狀態變化特點，即接收輸入信號改變狀態的方式；邏輯功能決定狀態變化的方向，即次態值。用時序圖即波形圖可直觀描述觸發器的特性。

由于受實驗儀器的限制無法對觸發器工作波形進行硬件實驗驗證，主要是，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軟件仿真可解決上述問題，以下分析用Multisim2001版本并以基本RS觸發器為例。

圖1 基本RS觸發器Fig.1 Basic RS flip-flop

根據式（1）、（2），觸發器的狀態輸出與輸入之間的邏輯關系可有如下4種情況：

1 基本RS觸發器的特性

RS觸發器是具有置0、置1功能及不確定輸出狀態的觸發器[1-2]。圖1為與非門構成基本RS觸發器的邏輯圖，其中，為置 0 輸入端、 Sˉ為置 1 輸入端，0 輸入有效，Q 和為狀態輸出端。

基本RS觸發器的邏輯功能分析如下[1]。

由圖1及與非門的邏輯關系有觸發器的狀態輸出邏輯表達式為

表1 與非門構成基本RS觸發器的特性表Tab.1 Truth table of basic RS flip-flop composed by NAND gates

圖2所示的時序波形描述了基本RS觸發器的置0、置1、保持及次態不定等狀態變化行為。

圖2 基本RS觸發器的置0、置1、保持及次態不定狀態時序波形Fig.2 Waves for set，reset and uncertain states of basic RS flip-flop

2 基本RS觸發器工作狀態的Multisim仿真方案設計

由于受實驗儀器的限制無法對觸發器工作波形進行硬件實驗驗證，主要是，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。

Multisim仿真軟件是由加拿大InteractiveImageTechnologies公司開發的一種基于SPICE工業標準的EDA軟件，它就像一個真正的實驗工作臺，將電路原理圖的輸入、虛擬儀器的測試分析和結果的圖形顯示等集成到一個設計窗口[3-4]。

在用Multisim仿真軟件進行基本RS觸發器工作狀態的Multisim仿真時，用虛擬儀器中的字組產生器做實驗中的信號源產生所需的各種輸入信號，根據觸發器的觸發方式、邏輯功能，確定反映觸發器狀態變化特點及邏輯功能的字組產生器各個字組的內容；用四蹤示波器顯示、輸入信號及 Q、狀態輸出信號的波形。可直觀描述基本RS觸發器的工作特性。

不確定狀態的Multisim仿真分析如下。

實驗還表明，仿真驗證基本RS觸發器工作狀態時，用邏輯分析儀顯示不出不確定狀態的波形。

構建的仿真實驗電路如圖3所示，字組產生器輸出使觸發器進行置 0、置 1、保持功能及不確定輸出狀態的、信號，需在字組產生器的數據欄內以16進制（Hex）依次輸入 1、2、3、0、3、1共6個字組數據，并對最后一個字數據進行末地址設置（Set Final Position），完成所有字組信號的設置[3-4]。

圖3 基本RS觸發器工作狀態的Multisim仿真電路Fig.3 Multisim simulation circuit for basic RS flip-flop

仿真顯示的時序波形圖如圖4所示。

圖4 基本RS觸發器仿真時序波形圖Fig.4 Multisim simulation waves for basic RS flip-flop

圖5所示為不確定狀態展開顯示時的時序波形圖，由上至下分別為輸入信號=1、=1、狀態輸出信號 Q 和的波形。

圖5 基本RS觸發器不確定狀態展開顯示時的時序波形圖Fig.5 Expending waves for uncertain states of basic RS flip-flop

3 結束語

用Multisim軟件仿真可直觀描述基本RS觸發器的置0、置1過程及不確定狀態的產生過程，所述方法的創新點是解決了觸發器的工作波形無法用電子實驗儀器進行分析驗證的問題。所述方法亦可用于時鐘RS觸發器進行置0、置1過程及不確定狀態產生過程的仿真。該方法具有實際應用意義。

[1]任駿原，騰香，馬敬敏.數字電子技術實驗[M].沈陽：東北大學出版社，2010.

[2]閻石.數字電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3]任駿原.用Multisim仿真軟件分析觸發器的狀態變化過程[J].實驗科學與技術，2011，9（1）：53-56.

REN Jun-yuan.The state transition analyzing of flip-flop by multisim[J].Experiment Science&Technology，2011，9（1）：53-56.

[4]任駿原.Multisim在觸發器工作波形分析中的應用[J].現代電子技術，2010，33（15）：184-186.

REN Jun-yuan.An application of multisim to the working wave analyzing of flip-flop[J].Modern Electronics Technique，2010，33（15）：184-186.

[5]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.

REN Jun-yuan.The exploring and practice of CAI teaching mode of electronics technology course[J].Journal of Electrical&Electronic Education，2009，31（4）：99-100.

[6]任駿原.基于次態卡諾圖的J、K激勵函數最小化方法及時序邏輯電路自啟動設計 [J].浙江大學學報：理學版，2010，37（4）：425-427.

REN Jun-yuan.Minimization method of J and K excitation function based on next-state karnaugh maps and self-starting design of sequential logic circuits[J].Journal of Zhejiang University：Science Edition， 2010，37（4）：425-427.

[7]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）：l09-152.

ZHANG Jing，LI Xin-guang.Multisim based schematic design and simulation[J].Computer Simulation，2005，22（5）：l09-152.

[8]任駿原.數字電子技術實驗教學模式的改革與實踐[J].渤海大學學報：自然科學版，2010，31（2）：l65-167.

REN Jun-yuan.The reformation and practice of digital electronics practice teachingmode[J].Journal of Bohai University：Natural Science Edition， 2010，31（2）：l65-167.