三态门逻辑功能的Multisim仿真方案

摘要：介绍了用Multisim仿真软件分析三态门工作过程的方法，目的是探索三态门工作波形的仿真实验技术，即用Multisim仿真软件中的字组产生器产生三态门的控制信号及输入信号，用Multisim中示波器、逻辑分析仪多踪同步显示三态门的各个输入信号及输出信号波形。并介绍了不同工作条件下仿真时Muhisim中字组产生器的设置方法、字组产生器的字组内容如何反映三态门输入端的不同输入情况。结论是可直观形象地描述三态门的工作过程。所述方法的创新点是解决了三态门的工作波形无法用电子实验仪器进行分析验证的问题。
关键词：三态门；Multisim；字组产生器；示波器；逻辑分析仪

    三态门是具有输出高电平、输出低电平和输出高阻态等三种输出状态的逻辑门。其中，输出高电平、输出低电平状态表明三态门的输出与输入之间有逻辑关系；输出高阻态表明三态门的输出与输入之间没有逻辑关系。
    用Multisim仿真软件进行三态门工作过程波形仿真分析，以虚拟仪器中的字组产生器做实验中的信号源产生所需的控制及输入变量信号，以示波器、逻辑分析仪显示控制及输入变量信号、输出函数信号波形，可直观描述三态门的工作过程，以下分析用Multisim10版本。

1 三态门逻辑功能的Multisim仿真实验方法
    1)创建电路确定字组产生器产生三态门所需的各个工作方式控制及输入变量、示波器或逻辑分析仪所显示的控制及输入变量、输出函数，将三态门的工作方式控制及输入端接字组产生器，三态门的工作方式控制及输入端、输出端接示波器或逻辑分析仪。
    三态门从Multisim的TTL数字IC库中找出，字组产生器、示波器及逻辑分析仪从虚拟仪器库中找出。
    2)设置字组产生嚣确定反映三态门不同控制及输入端输入情况的字组产生器各个字的内容：在字组产生器中依次输入各字组数据，进行字组信号的设置。
    3)仿真运行分析进行实验仿真，分析仿真实验结果。

2 三态门逻辑功能的Multisim仿真实验举例
2．1 用Multisim仿真验证三态门的逻辑关系
    以74LS126三态传输门作为仿真实验器件。其逻辑表达式为
   
    其中，EN为三态门的工作方式控制变量，A为三态门的输入变量，Y为三态门的输出函数。
    1)仿真实验电路创建构建仿真实验电路如图1所示。

    字组产生器产生三态门的EN、A信号，四踪示波器显示三态门的EN、A及Y信号波形。
    2)字组产生器输出字组的设计设计字组产生器输出信号时，将A输入信号设计成在EN=0、1期间有变化，以验证三态输出的特点。
输入波形设计及字组内容如图2所示。

    在字组产生器的数据栏内以16进制(Hex)依次输入各字组数据1、3、1、3、1、0、2、0、2、0、1，并对最后一个字数据进行末地址设置(Set Final Position)，完成所有字组信号的设置，如图3所示。

    3)仿真运行分析四踪示波器显示波形如图4所示。

    图4中，由上至下依次为工作方式控制量EN、输入量A，输出函数Y的波形。
    由图4可知，当EN=1时，输出函数Y的波形与输入量A的波形相同，表明Y=A，三态门处于工作状态；当EN=0时，输出函数Y的波形即不是高电平也不是低电平，而为高阻态，三态门处于禁止状态。
    说明，仿真验证三态门的三态输出逻辑关系，用逻辑分析仪显示不出高阻输出状态的波形，因此此处用四踪示波器做显示仪器。
2．2 三态门总线分时传输的Multisim仿真实验
    1)仿真实验电路创建 构建仿真实验电路如图5所示。

    电路的输出逻辑表达式为
   
    字组产生器产生三态门的EN1、EN2、A1、A2信号，逻辑分析仪显示三态门的EN1、EN2、A1、A2及Y信号波形。
    2)字组产生器输出字组的设计 设计字组产生器输出信号时，将工作方式控制量EN1、EN2设计成分时为1，A1、A2输入信号设计成变化周期不同，以验证分时传输的工作工程。
    输入波形设计及字组内容如图6所示。

    在字组产生器的数据栏内以16进制(Hex)依次输入各字组数据1、5、1、D、9、5、1、D、9、6、2、E、A、6、2、E、A、6、2，并对最后一个字数据进行末地址设置(Set Finall Position)，完成所有字组信号的设置。
    3)仿真运行分析逻辑分析仪显示波形如图7所示。

    图7中，“1”为控制量EN1的波形，“2”为控制量EN2的波形，“3”为输入量A1的波形，“4”为输入量A2的波形，“5”为输出函数Y的波形。
    由图7可知，EN1=1、EN2=0时，Y输出函数的波形和输入量A1的波形相同，实现对A1传输；EN=0、EN2=1时，Y输出函数的波形和输入量A2的波形相同，实现对A2传输。

3 结束语
    由于受实验仪器的限制无法对三态门工作波形进行硬件实验验证，主要是，现有的信号发生器不能产生多路同步信号，现有的示波器多为双踪示波器无法同时观测多路波形，用Multisim软件仿真解决了这一问题。所述方法具有实际应用意义。