基于Multisim的血型匹配器的設(shè)計(jì)

【摘要】本文以Multisim為軟件平臺，分別運(yùn)用基本邏輯門電路和中規(guī)模集成電路數(shù)據(jù)選擇器兩種方法設(shè)計(jì)了血型匹配檢測器，并將結(jié)果進(jìn)行相互驗(yàn)證，證明兩種方式均能夠?qū)崿F(xiàn)血型檢測的電路功能，研究表明Multisim可以提高數(shù)字電路的設(shè)計(jì)效率。

【關(guān)鍵詞】Multisim;血型匹配器;數(shù)據(jù)選擇器;門電路

Multisim是由加拿大IIT公司推出的大型設(shè)計(jì)工具軟件。它不僅提供了電路原理圖輸入和硬件描述語言模型輸入的接口和比較全面的仿真分析功能，同時(shí)還提供了一個(gè)龐大的元、器件模型庫和一整套虛擬儀表。與傳統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)相比，利用Multisim設(shè)計(jì)電路可以隨時(shí)調(diào)整元器件參數(shù)以達(dá)到預(yù)期的要求，從而能降低電路設(shè)計(jì)成本，縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)效率。

本文中作者提出用基本邏輯門電路：與非門、或門和數(shù)據(jù)選擇器兩種方法設(shè)計(jì)血型匹配器，并用Multisim10來進(jìn)行設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。

1.血型匹配檢測血型的邏輯描述

本設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)血型匹配檢測器。人的血型有A、B、AB、O四種，輸血時(shí)輸血者的血型與受血者的血型必須符合圖1中用箭頭指示的授受關(guān)系。

圖1 血型匹配關(guān)系

Fig1 Blood matching relations

先用AB代表輸血者的血型（00為A型血、01為B型血、10為AB型血、11為O型血），CD代表受血者的血型（00為A型血、01為B型血、10為AB型血、11為O型血），Y為輸出（0為不匹配、1為匹配），那么可以列出輸血、受血血型是否匹配的真值表，如表2所示：

表1 血型匹配真值表

Tab.1 The Truth Table of blood matching relations

2.運(yùn)用Multisim進(jìn)行組合邏輯電路的設(shè)計(jì)

組合邏輯電路設(shè)計(jì)的一般步驟為：⑴進(jìn)行邏輯抽象：根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定輸入與輸出邏輯變量的物理意義;（2）寫出邏輯真值表，找到輸出與輸入的全部對應(yīng)關(guān)系;（3）寫出邏輯式并化簡;（4）畫出邏輯圖;（5）采用相應(yīng)的邏輯器件進(jìn)行布線。下面用兩種方法進(jìn)行設(shè)計(jì)：

2.1 用基本邏輯門電路實(shí)現(xiàn)

運(yùn)行Multisim，在用戶界面的左側(cè)的虛擬儀表工具欄中找到邏輯轉(zhuǎn)換器，在邏輯轉(zhuǎn)換器上選用A、B、C、D四個(gè)輸入，并在輸出端輸入相對應(yīng)的血型匹配結(jié)果。如圖2所示：

圖2 邏輯函數(shù)

Fig2 Logical Functions

根據(jù)真值表可以寫出邏輯表達(dá)式：

（1）

圖3 邏輯式化簡結(jié)果

Fig3 The Simplification results of the logical functions

利用邏輯轉(zhuǎn)換器操作窗口的化簡按鈕，可在邏輯轉(zhuǎn)換器窗口的最下端得到化簡的結(jié)果：

（2）

同理可以利用邏輯轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)組合邏輯電路圖如圖4所示：

圖4 基于門電路的組合邏輯電路

Fig4 Combination logic circuit based on the gate circuit

2.2 用數(shù)據(jù)選擇器來實(shí)現(xiàn)血型匹配器

數(shù)據(jù)選擇器可以根據(jù)地址輸入端的二進(jìn)制信號，對輸入端信號進(jìn)行選擇。八選一數(shù)據(jù)選擇器74HC151是集成的有三個(gè)地址輸入端A2、A1、A0，八個(gè)數(shù)據(jù)輸入端D0～D7的中規(guī)模組合邏輯電路。74HC151數(shù)據(jù)選擇器的功能可以用邏輯函數(shù)表示為：

（3）

根據(jù)公式（1）將A→A2B→A1C→A0

因此邏輯式可以表示為：

（4）

故：

（5）

這樣只要將數(shù)據(jù)選擇器的輸入端進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)置便可以實(shí)現(xiàn)電路功能。運(yùn)行Multisim，在Multisim的COMS集成電路器件庫中找出74HC151、74HC04、VDD和接地符號，并連接電路如圖5：

圖5 基于數(shù)據(jù)選擇器的組合邏輯電路

Fig5 Combination logic circuit based on the data selector

圖中～G為控制端，低電平有效，將選擇信號A、B、C（即A2、A1、A0）分別接（2）式中的前三個(gè)變量，將表達(dá)式中的第四個(gè)變量接到數(shù)據(jù)選擇器的輸入端，具體如上，這樣在數(shù)據(jù)選擇器的輸出端Y端就可以得到血型匹配的結(jié)果了。用Multisim來驗(yàn)證邏輯功能，經(jīng)過邏輯轉(zhuǎn)換功能，可以得到與圖2一樣的邏輯真值表，可見用數(shù)據(jù)選擇器也能夠?qū)崿F(xiàn)血型匹配器的功能。

3.總結(jié)

如上所述，運(yùn)用Multisim可以很方便地進(jìn)行數(shù)字電路的設(shè)計(jì)，基本邏輯門電路和數(shù)據(jù)選擇器均可以很好地實(shí)現(xiàn)血型匹配器，經(jīng)Multisim中的邏輯轉(zhuǎn)換器驗(yàn)證，兩種方法的最終邏輯功能相同，而用數(shù)據(jù)選擇器能更加簡潔地完成電路功能。通過設(shè)計(jì)實(shí)例可以看出，利用Multisim進(jìn)行數(shù)字電路設(shè)計(jì)可以極大地提高設(shè)計(jì)效率，節(jié)約實(shí)驗(yàn)器材，顯示結(jié)果直觀。Multisim將成為為今后的電子電路設(shè)計(jì)和開發(fā)人員得力助手。

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作者簡介：宋蕾（1976—），女，遼寧鞍山人，講師，現(xiàn)供職于遼寧科技大學(xué)電信學(xué)院電子系。