三態(tài)門總線傳輸電路的Multisim仿真方案

摘要：基于探索仿真三態(tài)門總線傳輸電路的目的，采用Multisim10仿真軟件對總線連接的三態(tài)門分時輪流工作時的波形進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)測試，給出了仿真實(shí)驗(yàn)方案，即用Multisim仿真軟件構(gòu)成環(huán)形計數(shù)器產(chǎn)生各個三態(tài)門的控制信號、用脈沖信號源產(chǎn)生各個三態(tài)門不同輸入數(shù)據(jù)信號，用Multisim仿真軟件中的邏輯分析儀多蹤同步顯示各個三態(tài)門的控制信號、數(shù)據(jù)輸入信號及總線輸出信號波形，結(jié)論是仿真實(shí)驗(yàn)可直觀形象地描述三態(tài)門總線傳輸電路的工作特性，所述方法的創(chuàng)新點(diǎn)是解決了三態(tài)門的工作波形無法用電子實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行分析驗(yàn)證的問題。
關(guān)鍵詞：三態(tài)門；總線傳輸；工作波形；環(huán)形計數(shù)器；邏輯分析儀

    三態(tài)電路是一種重要的總線接口電路，由若干個輸出端連接在總線上的三態(tài)輸出門構(gòu)成。
    三態(tài)是指輸出處于工作狀態(tài)的邏輯“0”狀態(tài)輸出、邏輯“1”狀態(tài)輸出及沒有邏輯功能的高阻態(tài)輸出。
    常規(guī)的硬件實(shí)驗(yàn)測試三態(tài)總線電路邏輯功能的方法是，將三態(tài)輸出門的控制端、輸入端分別接邏輯電平開關(guān)，改變邏輯電平開關(guān)為邏輯1、邏輯0觀測輸出函數(shù)的邏輯狀態(tài)。存在的問題是，總線分時傳輸關(guān)系不直觀。用Multisim仿真軟件進(jìn)行三態(tài)總線電路工作過程波形仿真分析，用環(huán)形計數(shù)器做實(shí)驗(yàn)中的信號源產(chǎn)生所需的各個控制信號、用脈沖信號源產(chǎn)生各數(shù)據(jù)輸入信號，用邏輯分析儀多蹤同步顯示各個三態(tài)門的控制信號、數(shù)據(jù)輸入信號及總線輸出信號波形，可直觀形象地描述三態(tài)門總線傳輸電路的工作特性。

1 三態(tài)門總線傳輸電路Multisim仿真實(shí)驗(yàn)方法
    1)創(chuàng)建電路
    確定總線上各個三態(tài)門所需的控制信號、數(shù)據(jù)輸入信號的產(chǎn)生方式：用D觸發(fā)器74LS74構(gòu)成3位環(huán)形計數(shù)器產(chǎn)生各三態(tài)門所需的分時為1的控制信號，從而保證滿足任意時刻僅一個三態(tài)門處于工作狀態(tài)的總線傳輸條件；用脈沖信號源產(chǎn)生不同頻率的各三態(tài)門的數(shù)據(jù)輸入信號，以直觀觀測總線分時傳輸情況。
    確定邏輯分析儀所顯示信號：各三態(tài)門的控制信號、數(shù)據(jù)輸入信號、總線輸出信號。
    三態(tài)門、D觸發(fā)器從Multisim的TTL數(shù)字IC庫中找出，脈沖信號源從Multisim的電源信號源庫中找出、邏輯分析儀從Multisim的虛擬儀器庫中找出。
    2)仿真運(yùn)行分析
    進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真，分析仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2 三態(tài)門總線傳輸電路Multisim仿真實(shí)驗(yàn)舉例
    以74LS126三態(tài)傳輸門做為仿真實(shí)驗(yàn)器件。其邏輯表達(dá)式為
   
    其中，EN為三態(tài)門的工作方式控制變量，A為三態(tài)門的輸入變量，Y為三態(tài)門的輸出函數(shù)。
    1)仿真實(shí)驗(yàn)電路創(chuàng)建
    構(gòu)建仿真實(shí)驗(yàn)電路如圖1所示。

    D觸發(fā)器74LS74構(gòu)成的3位環(huán)形計數(shù)器產(chǎn)生各三態(tài)門的EN1～EN3控制信號、脈沖信號源產(chǎn)生不同頻率的A1～A3數(shù)據(jù)輸入信號，邏輯分析儀XLA1顯示各三態(tài)門的EN1～EN3控制信號、A1～A3數(shù)據(jù)輸入信號及總線輸出信號的波形。
    3位環(huán)形計數(shù)器的有效狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖2所示，Q1、Q2、Q3端依次輪流為1循環(huán)變化，產(chǎn)生各三態(tài)門所需的分時為1的控制信號。

    脈沖信號源V1、V2、V3的信號頻率分別設(shè)置為500 Hz、1 000 Hz、1 500 Hz，以便觀測總線分時傳輸情況。
    2)仿真運(yùn)行分析
    仿真運(yùn)行時，先將開關(guān)置于接地位置，使3位環(huán)形計數(shù)器置于100初始狀態(tài)，然后將開關(guān)置于+5 V電源位置，3位環(huán)形計數(shù)器在時鐘脈沖控制下進(jìn)行計數(shù)。
    邏輯分析儀顯示的波形如圖3所示，其中“1”為EN1控制信號的波形、“2”為EN2控制信號的波形、“3”為EN3控制信號的波形、“4”為A1數(shù)據(jù)輸入信號的波形，“5”為A2數(shù)據(jù)輸入信號的波形、“6”為A3數(shù)據(jù)輸入信號的波形、“7”為總線輸出信號的波形。

    由圖3可知，EN1=1時。總線輸出信號的波形和A1輸入信號的波形相同，實(shí)現(xiàn)經(jīng)總線傳輸A1信號；EN2=1時，總線輸出信號的波形和A2輸入信號的波形相同，實(shí)現(xiàn)經(jīng)總線傳輸A2信號；EN3=1時，總線輸出信號的波形和A3輸入信號的波形相同，實(shí)現(xiàn)經(jīng)總線傳輸A3信號。

3 結(jié)束語
    由于受實(shí)驗(yàn)儀器的限制無法對總線分時傳輸?shù)墓ぷ鞑ㄐ芜M(jìn)行硬件實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，主要是，現(xiàn)有的信號發(fā)生器不能產(chǎn)生多路同步信號，現(xiàn)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(shí)際應(yīng)用意義。