基本RS触发器工作状态的Multisim仿真

马敬敏

（渤海大学 数理学院，辽宁 锦州 121000）

触发器是具有存储功能的器件，在数字电子技术中用于构成各种时序逻辑电路。

触发器的特性用触发方式和逻辑功能进行描述，触发方式决定状态变化特点，即接收输入信号改变状态的方式；逻辑功能决定状态变化的方向，即次态值。用时序图即波形图可直观描述触发器的特性。

由于受实验仪器的限制无法对触发器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软件仿真可解决上述问题，以下分析用Multisim2001版本并以基本RS触发器为例。

图1 基本RS触发器Fig.1 Basic RS flip-flop

根据式（1）、（2），触发器的状态输出与输入之间的逻辑关系可有如下4种情况：

1 基本RS触发器的特性

RS触发器是具有置0、置1功能及不确定输出状态的触发器[1-2]。图1为与非门构成基本RS触发器的逻辑图，其中，为置 0 输入端、 S¯为置 1 输入端，0 输入有效，Q 和为状态输出端。

基本RS触发器的逻辑功能分析如下[1]。

由图1及与非门的逻辑关系有触发器的状态输出逻辑表达式为

表1 与非门构成基本RS触发器的特性表Tab.1 Truth table of basic RS flip-flop composed by NAND gates

图2所示的时序波形描述了基本RS触发器的置0、置1、保持及次态不定等状态变化行为。

图2 基本RS触发器的置0、置1、保持及次态不定状态时序波形Fig.2 Waves for set，reset and uncertain states of basic RS flip-flop

2 基本RS触发器工作状态的Multisim仿真方案设计

由于受实验仪器的限制无法对触发器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。

Multisim仿真软件是由加拿大InteractiveImageTechnologies公司开发的一种基于SPICE工业标准的EDA软件，它就像一个真正的实验工作台，将电路原理图的输入、虚拟仪器的测试分析和结果的图形显示等集成到一个设计窗口[3-4]。

在用Multisim仿真软件进行基本RS触发器工作状态的Multisim仿真时，用虚拟仪器中的字组产生器做实验中的信号源产生所需的各种输入信号，根据触发器的触发方式、逻辑功能，确定反映触发器状态变化特点及逻辑功能的字组产生器各个字组的内容；用四踪示波器显示、输入信号及 Q、状态输出信号的波形。可直观描述基本RS触发器的工作特性。

不确定状态的Multisim仿真分析如下。

实验还表明，仿真验证基本RS触发器工作状态时，用逻辑分析仪显示不出不确定状态的波形。

构建的仿真实验电路如图3所示，字组产生器输出使触发器进行置 0、置 1、保持功能及不确定输出状态的、信号，需在字组产生器的数据栏内以16进制（Hex）依次输入 1、2、3、0、3、1共6个字组数据，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[3-4]。

图3 基本RS触发器工作状态的Multisim仿真电路Fig.3 Multisim simulation circuit for basic RS flip-flop

仿真显示的时序波形图如图4所示。

图4 基本RS触发器仿真时序波形图Fig.4 Multisim simulation waves for basic RS flip-flop

图5所示为不确定状态展开显示时的时序波形图，由上至下分别为输入信号=1、=1、状态输出信号 Q 和的波形。

图5 基本RS触发器不确定状态展开显示时的时序波形图Fig.5 Expending waves for uncertain states of basic RS flip-flop

3 结束语

用Multisim软件仿真可直观描述基本RS触发器的置0、置1过程及不确定状态的产生过程，所述方法的创新点是解决了触发器的工作波形无法用电子实验仪器进行分析验证的问题。所述方法亦可用于时钟RS触发器进行置0、置1过程及不确定状态产生过程的仿真。该方法具有实际应用意义。

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