同步RS觸發器工作特性的Multisim仿真

李春然， 佟 蕾， 閆 石

（1.渤海大學 數理學院，遼寧 錦州 121000；2.阜新高等專科學校 工程系，遼寧 阜新 123000）

觸發器是存儲一位二進制信息的電路，是數字系統中時序邏輯電路的基本部件。觸發器的基本特點是：

1）有0和1兩個穩定狀態，無外部輸入信號作用時能保持某一穩態不變；

2）在適當的輸入信號作用下，可以置成0或1狀態。

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。

用Multisim仿真軟件進行觸發器工作狀態變化過程波形仿真分析時，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，用4蹤示波器觀測輸入、輸出波形，可直觀描述觸發器的工作特性，且解決了觸發器工作波形無法用實際電子實驗儀器進行分析驗證的問題[1]。以下分析用Multisim10版本并以同步RS觸發器為例。

1 同步RS觸發器的特性

同步RS觸發器的電路組成如圖1所示，其中：R為置0輸入端、S為置1輸入端，1輸入有效，CP為時鐘脈沖輸入端，Q和為狀態輸出端。D為設置初始狀態的異步置0信號，當D=0時將觸發器置于0初始狀態，當D=1時觸發器由R、S、CP決定狀態變化情況。

圖1 同步RS觸發器Fig.1 Synchronous RS flip-flop

同步觸發器為電平觸發方式，觸發器的狀態變化過程為[1-2]：在時鐘CP=1期間接收R、S輸入信號并改變狀態，在CP的其他期間狀態不變。

觸發器的狀態轉換由時鐘脈沖信號CP和輸入信號R、S控制，時鐘脈沖信號CP有效時控制狀態轉換的時間，輸入信號R、S控制狀態轉換的方向。

當CP=0時，輸入控制門均截止，輸入信號不能加到觸發器中，觸發器狀態不變，Qn+1=Qn。

當CP=1時，輸入信號能加到觸發器中，觸發器進行狀態改變，CP=1時的邏輯功能描述如下。

輸入R=1、S=1時，觸發器兩個狀態輸出端同為1不互反，而當輸入信號同時消失或CP由1變0時，觸發器的次態不確定，即Qn+1=×。

反映上述邏輯關系的特性表如表1所示。圖2所示的時序波形描述了同步RS觸發器的置0、置1、保持及次態不定等狀態變化行為。

表1 RS觸發器的特性表Tab.1 Truth table of RS flip-flop

輸入信號R、S由同為1變成同為0或時鐘脈沖信號CP回到低電平，狀態不確定。

圖2 同步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 synchronous RS flip-flop

2 同步RS觸發器的仿真方案設計

在用Multisim仿真軟件進行同步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，用四蹤示波器同步顯示時鐘脈沖信號CP、輸入信號RS、異步置零信號、狀態輸出信號Q和，構建的仿真實驗電路如圖3所示。

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

根據同步RS觸發器的觸發方式、邏輯功能以及圖2所示的時序圖，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，在字組產生器的數據欄內以16進制（Hex）依次輸入 2、A、B、9、8、C、D

、9、C、E、F、9、8、E、F、F、E、A、B、B、A、A共22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[3-8]。

圖3中選用Multisim中的2個四蹤示波器同步顯示時鐘脈沖信號CP，輸入信號R、S，異步置零信號，以及狀態輸出信號 Q和， 其中四蹤示波器 XSC1同步顯示 CP、R、S及D信號，四蹤示波器XSC2同步顯示Q和信號，兩個示波器的面板以部分重疊方式顯示，如圖4所示，且兩個面板的Timebase區中的Scale、X position要設置一致，顯示一個計數循環周期的波形。

仿真顯示的時序波形圖如圖4所示。

圖4 同步RS觸發器仿真時序圖波形圖Fig.4 Multisim simulation waves for synchronous RS flip-flop

圖4中，由上至下依次為時鐘脈沖信號CP、置0輸入信號R、置1輸入信號S、異步置零信號、狀態輸出信號 Q和的波形。

從左至右觀察圖4可看出：Multisim仿真波形和圖2所示的理論分析波形是一致的，直觀地描述了同步RS觸發器的置0、置1、保持及次態不定等狀態變化行為，

3 結束語

用Multisim軟件仿真可直觀描述同步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。

所述方法亦可用于其他功能、觸發方式的時鐘觸發器工作過程的仿真。該方法具有實際應用意義。

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