三態門總線傳輸電路的Multisim仿真方案

2020-12-17 電子產品世界

摘要：基於探索仿真三態門總線傳輸電路的目的，採用Multisim10仿真軟體對總線連接的三態門分時輪流工作時的波形進行了仿真實驗測試，給出了仿真實驗方案，即用Multisim仿真軟體構成環形計數器產生各個三態門的控制信號、用脈衝信號源產生各個三態門不同輸入數據信號，用Multisim仿真軟體中的邏輯分析儀多蹤同步顯示各個三態門的控制信號、數據輸入信號及總線輸出信號波形，結論是仿真實驗可直觀形象地描述三態門總線傳輸電路的工作特性，所述方法的創新點是解決了三態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：三態門；總線傳輸；工作波形；環形計數器；邏輯分析儀

三態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輸出門構成。
三態是指輸出處於工作狀態的邏輯「0」狀態輸出、邏輯「1」狀態輸出及沒有邏輯功能的高阻態輸出。
常規的硬體實驗測試三態總線電路邏輯功能的方法是，將三態輸出門的控制端、輸入端分別接邏輯電平開關，改變邏輯電平開關為邏輯1、邏輯0觀測輸出函數的邏輯狀態。存在的問題是，總線分時傳輸關係不直觀。用Multisim仿真軟體進行三態總線電路工作過程波形仿真分析，用環形計數器做實驗中的信號源產生所需的各個控制信號、用脈衝信號源產生各數據輸入信號，用邏輯分析儀多蹤同步顯示各個三態門的控制信號、數據輸入信號及總線輸出信號波形，可直觀形象地描述三態門總線傳輸電路的工作特性。

1 三態門總線傳輸電路Multisim仿真實驗方法
1)創建電路
確定總線上各個三態門所需的控制信號、數據輸入信號的產生方式：用D觸發器74LS74構成3位環形計數器產生各三態門所需的分時為1的控制信號，從而保證滿足任意時刻僅一個三態門處於工作狀態的總線傳輸條件；用脈衝信號源產生不同頻率的各三態門的數據輸入信號，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：各三態門的控制信號、數據輸入信號、總線輸出信號。
三態門、D觸發器從Multisim的TTL數字IC庫中找出，脈衝信號源從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)仿真運行分析
進行實驗仿真，分析仿真實驗結果。

2 三態門總線傳輸電路Multisim仿真實驗舉例
以74LS126三態傳輸門做為仿真實驗器件。其邏輯表達式為

其中，EN為三態門的工作方式控制變量，A為三態門的輸入變量，Y為三態門的輸出函數。
1)仿真實驗電路創建
構建仿真實驗電路如圖1所示。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201610/306842.htm


D觸發器74LS74構成的3位環形計數器產生各三態門的EN1～EN3控制信號、脈衝信號源產生不同頻率的A1～A3數據輸入信號，邏輯分析儀XLA1顯示各三態門的EN1～EN3控制信號、A1～A3數據輸入信號及總線輸出信號的波形。
3位環形計數器的有效狀態轉換圖如圖2所示，Q1、Q2、Q3端依次輪流為1循環變化，產生各三態門所需的分時為1的控制信號。


脈衝信號源V1、V2、V3的信號頻率分別設置為500 Hz、1 000 Hz、1 500 Hz，以便觀測總線分時傳輸情況。
2)仿真運行分析
仿真運行時，先將開關置於接地位置，使3位環形計數器置於100初始狀態，然後將開關置於+5 V電源位置，3位環形計數器在時鐘脈衝控制下進行計數。
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數據輸入信號的波形，「5」為A2數據輸入信號的波形、「6」為A3數據輸入信號的波形、「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，實現經總線傳輸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，實現經總線傳輸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，實現經總線傳輸A3信號。

3 結束語
由於受實驗儀器的限制無法對總線分時傳輸的工作波形進行硬體實驗驗證，主要是，現有的信號發生器不能產生多路同步信號，現有的示波器多為雙蹤示波器無法同時觀測多路波形，用Multisim軟體仿真解決了這一問題。所述方法具有實際應用意義。

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  • 一文讀懂高阻態和三態門電路原理
    圖1 三態門邏輯符號 三態門，是指邏輯門的輸出除有高、低電平兩種狀態外，還有第三種狀態——高阻狀態的門電路。高阻態相當於隔斷狀態（電阻很大，相當於開路）。三態門都有一個EN控制使能端，來控制門電路的通斷。 可以具備這三種狀態的器件就叫做三態(門，總線，......)。    計算機裡面用 1和0表示是，非兩種邏輯，但是，有時候，這是不夠的，   比如說，他不夠富有，但是他也不一定窮啊；她不漂亮，但也不一定醜啊，處於這兩個極端的中間，就用那個既不是＋   也不是―的中間態表示，叫做高阻態。
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    三態門（1）邏輯符號三態門的邏輯符號如圖三態門有輸入端、輸出端和控制端三端，它的輸出不但取決於輸入，還與控制端有關。若控制端 EN=1，輸出端與輸入端反相，即如果 A=1 時，輸出端 Y=0；若 EN=0，輸入端與輸出端之間相當於開路，三態門處於高阻狀態（又稱懸浮狀態或禁止狀態），輸入信號無法通過三態門。（2）三態門的應用在單片機中三態門常用於數據傳送電路，利用它不但可以進行單向數據傳送，還能進行雙向數據傳送。
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