同步RS觸發(fā)器工作特性的Multisim仿真

李春然， 佟 蕾， 閆 石

（1.渤海大學 數(shù)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(fā)器是存儲一位二進制信息的電路，是數(shù)字系統(tǒng)中時序邏輯電路的基本部件。觸發(fā)器的基本特點是：

1）有0和1兩個穩(wěn)定狀態(tài)，無外部輸入信號作用時能保持某一穩(wěn)態(tài)不變；

2）在適當?shù)妮斎胄盘栕饔孟拢梢灾贸?或1狀態(tài)。

觸發(fā)器的特性用觸發(fā)方式和邏輯功能進行描述，觸發(fā)方式?jīng)Q定狀態(tài)變化特點，即接收輸入信號改變狀態(tài)的方式；邏輯功能決定狀態(tài)變化的方向，即次態(tài)值，用時序圖即波形圖可直觀描述觸發(fā)器的特性。

用Multisim仿真軟件進行觸發(fā)器工作狀態(tài)變化過程波形仿真分析時，用虛擬儀器中的字組產(chǎn)生器做實驗中的信號源產(chǎn)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(fā)器的工作特性，且解決了觸發(fā)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(fā)器為例。

1 同步RS觸發(fā)器的特性

同步RS觸發(fā)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(tài)輸出端。D為設(shè)置初始狀態(tài)的異步置0信號，當D=0時將觸發(fā)器置于0初始狀態(tài)，當D=1時觸發(fā)器由R、S、CP決定狀態(tài)變化情況。

圖1 同步RS觸發(fā)器Fig.1 Synchronous RS flip-flop

同步觸發(fā)器為電平觸發(fā)方式，觸發(fā)器的狀態(tài)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(tài)，在CP的其他期間狀態(tài)不變。

觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)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(tài)轉(zhuǎn)換的時間，輸入信號R、S控制狀態(tài)轉(zhuǎn)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(fā)器中，觸發(fā)器狀態(tài)不變，Qn+1=Qn。

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

輸入R=1、S=1時，觸發(fā)器兩個狀態(tài)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(fā)器的次態(tài)不確定，即Qn+1=×。

反映上述邏輯關(guān)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(fā)器的置0、置1、保持及次態(tài)不定等狀態(tài)變化行為。

表1 RS觸發(fā)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(tài)不確定。

圖2 同步RS觸發(fā)器的置0、置1、保持及次態(tài)不定狀態(tài)時序波形Fig.2 Waves for set，reset and uncertain states of synchronous RS flip-flop

2 同步RS觸發(fā)器的仿真方案設(shè)計

在用Multisim仿真軟件進行同步RS觸發(fā)器工作狀態(tài)的Multisim仿真時，用虛擬儀器中的字組產(chǎn)生器做實驗中的信號源產(chǎn)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(tài)輸出信號Q和，構(gòu)建的仿真實驗電路如圖3所示。

圖3 同步RS觸發(fā)器工作狀態(tài)的Multisim仿真電路Fig.3 Multisin simulation circuit for synchronous RS flip-flop

根據(jù)同步RS觸發(fā)器的觸發(fā)方式、邏輯功能以及圖2所示的時序圖，確定反映觸發(fā)器狀態(tài)變化特點及邏輯功能的字組產(chǎn)生器各個字組的內(nèi)容，在字組產(chǎn)生器的數(shù)據(jù)欄內(nèi)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(shù)據(jù)，并對最后一個字數(shù)據(jù)進行末地址設(shè)置（Set Final Position），完成所有字組信號的設(shè)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(tài)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(qū)中的Scale、X position要設(shè)置一致，顯示一個計數(shù)循環(huán)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(fā)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(tài)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(fā)器的置0、置1、保持及次態(tài)不定等狀態(tài)變化行為，

3 結(jié)束語

用Multisim軟件仿真可直觀描述同步RS觸發(fā)器的置0、置1過程及不確定狀態(tài)的產(chǎn)生過程，所述方法的創(chuàng)新點是解決了觸發(fā)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(fā)方式的時鐘觸發(fā)器工作過程的仿真。該方法具有實際應用意義。

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