三態(tài)門邏輯功能的Multisim仿真方案

摘要：介紹了用Multisim仿真軟件分析三態(tài)門工作過程的方法，目的是探索三態(tài)門工作波形的仿真實驗技術，即用Multisim仿真軟件中的字組產(chǎn)生器產(chǎn)生三態(tài)門的控制信號及輸入信號，用Multisim中示波器、邏輯分析儀多蹤同步顯示三態(tài)門的各個輸入信號及輸出信號波形。并介紹了不同工作條件下仿真時Muhisim中字組產(chǎn)生器的設置方法、字組產(chǎn)生器的字組內容如何反映三態(tài)門輸入端的不同輸入情況。結論是可直觀形象地描述三態(tài)門的工作過程。所述方法的創(chuàng)新點是解決了三態(tài)門的工作波形無法用電子實驗儀器進行分析驗證的問題。
關鍵詞：三態(tài)門；Multisim；字組產(chǎn)生器；示波器；邏輯分析儀

    三態(tài)門是具有輸出高電平、輸出低電平和輸出高阻態(tài)等三種輸出狀態(tài)的邏輯門。其中，輸出高電平、輸出低電平狀態(tài)表明三態(tài)門的輸出與輸入之間有邏輯關系；輸出高阻態(tài)表明三態(tài)門的輸出與輸入之間沒有邏輯關系。
    用Multisim仿真軟件進行三態(tài)門工作過程波形仿真分析，以虛擬儀器中的字組產(chǎn)生器做實驗中的信號源產(chǎn)生所需的控制及輸入變量信號，以示波器、邏輯分析儀顯示控制及輸入變量信號、輸出函數(shù)信號波形，可直觀描述三態(tài)門的工作過程，以下分析用Multisim10版本。

1 三態(tài)門邏輯功能的Multisim仿真實驗方法
    1)創(chuàng)建電路確定字組產(chǎn)生器產(chǎn)生三態(tài)門所需的各個工作方式控制及輸入變量、示波器或邏輯分析儀所顯示的控制及輸入變量、輸出函數(shù)，將三態(tài)門的工作方式控制及輸入端接字組產(chǎn)生器，三態(tài)門的工作方式控制及輸入端、輸出端接示波器或邏輯分析儀。
    三態(tài)門從Multisim的TTL數(shù)字IC庫中找出，字組產(chǎn)生器、示波器及邏輯分析儀從虛擬儀器庫中找出。
    2)設置字組產(chǎn)生囂確定反映三態(tài)門不同控制及輸入端輸入情況的字組產(chǎn)生器各個字的內容：在字組產(chǎn)生器中依次輸入各字組數(shù)據(jù)，進行字組信號的設置。
    3)仿真運行分析進行實驗仿真，分析仿真實驗結果。

2 三態(tài)門邏輯功能的Multisim仿真實驗舉例
2．1 用Multisim仿真驗證三態(tài)門的邏輯關系
    以74LS126三態(tài)傳輸門作為仿真實驗器件。其邏輯表達式為
   
    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)仿真實驗電路創(chuàng)建構建仿真實驗電路如圖1所示。

    字組產(chǎn)生器產(chǎn)生三態(tài)門的EN、A信號，四蹤示波器顯示三態(tài)門的EN、A及Y信號波形。
    2)字組產(chǎn)生器輸出字組的設計設計字組產(chǎn)生器輸出信號時，將A輸入信號設計成在EN=0、1期間有變化，以驗證三態(tài)輸出的特點。
輸入波形設計及字組內容如圖2所示。

    在字組產(chǎn)生器的數(shù)據(jù)欄內以16進制(Hex)依次輸入各字組數(shù)據(jù)1、3、1、3、1、0、2、0、2、0、1，并對最后一個字數(shù)據(jù)進行末地址設置(Set Final Position)，完成所有字組信號的設置，如圖3所示。

    3)仿真運行分析四蹤示波器顯示波形如圖4所示。

    圖4中，由上至下依次為工作方式控制量EN、輸入量A，輸出函數(shù)Y的波形。
    由圖4可知，當EN=1時，輸出函數(shù)Y的波形與輸入量A的波形相同，表明Y=A，三態(tài)門處于工作狀態(tài)；當EN=0時，輸出函數(shù)Y的波形即不是高電平也不是低電平，而為高阻態(tài)，三態(tài)門處于禁止狀態(tài)。
    說明，仿真驗證三態(tài)門的三態(tài)輸出邏輯關系，用邏輯分析儀顯示不出高阻輸出狀態(tài)的波形，因此此處用四蹤示波器做顯示儀器。
2．2 三態(tài)門總線分時傳輸?shù)腗ultisim仿真實驗
    1)仿真實驗電路創(chuàng)建 構建仿真實驗電路如圖5所示。

    電路的輸出邏輯表達式為
   
    字組產(chǎn)生器產(chǎn)生三態(tài)門的EN1、EN2、A1、A2信號，邏輯分析儀顯示三態(tài)門的EN1、EN2、A1、A2及Y信號波形。
    2)字組產(chǎn)生器輸出字組的設計 設計字組產(chǎn)生器輸出信號時，將工作方式控制量EN1、EN2設計成分時為1，A1、A2輸入信號設計成變化周期不同，以驗證分時傳輸?shù)墓ぷ鞴こ獭?br />     輸入波形設計及字組內容如圖6所示。

    在字組產(chǎn)生器的數(shù)據(jù)欄內以16進制(Hex)依次輸入各字組數(shù)據(jù)1、5、1、D、9、5、1、D、9、6、2、E、A、6、2、E、A、6、2，并對最后一個字數(shù)據(jù)進行末地址設置(Set Finall Position)，完成所有字組信號的設置。
    3)仿真運行分析邏輯分析儀顯示波形如圖7所示。

    圖7中，“1”為控制量EN1的波形，“2”為控制量EN2的波形，“3”為輸入量A1的波形，“4”為輸入量A2的波形，“5”為輸出函數(shù)Y的波形。
    由圖7可知，EN1=1、EN2=0時，Y輸出函數(shù)的波形和輸入量A1的波形相同，實現(xiàn)對A1傳輸；EN=0、EN2=1時，Y輸出函數(shù)的波形和輸入量A2的波形相同，實現(xiàn)對A2傳輸。

3 結束語
    由于受實驗儀器的限制無法對三態(tài)門工作波形進行硬件實驗驗證，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。所述方法具有實際應用意義。