淺析移位寄存器的Multisim仿真

1、淺析移位寄存器的Multisim仿真    淺析移位寄存器的Multisim仿真摘 要:介紹用Multisim仿真軟件分析移位寄存器邏輯功能的方法,驗(yàn)證了4-D觸發(fā)器構(gòu)成的移位寄存器的邏輯功能。用Multisim仿真軟件中的字組產(chǎn)生器產(chǎn)生的信號(hào)作為移位寄存器的時(shí)鐘脈沖和輸入數(shù)據(jù),字組內(nèi)容反映移位寄存器的輸入信號(hào)和控制信號(hào),用Multisim中的邏輯分析儀多蹤     摘 要:介紹用Multisim仿真軟件分析移位寄存器邏輯功能的方法,驗(yàn)證了4-D觸發(fā)器構(gòu)成的移位寄存器的邏輯功能。用Multisim仿真軟件中的字組產(chǎn)

2、生器產(chǎn)生的信號(hào)作為移位寄存器的時(shí)鐘脈沖和輸入數(shù)據(jù),字組內(nèi)容反映移位寄存器的輸入信號(hào)和控制信號(hào),用Multisim中的邏輯分析儀多蹤同步顯示各輸入信號(hào)、控制信號(hào)和輸出信號(hào)波形,直觀地描述移位寄存器的工作過(guò)程。所述方法創(chuàng)新地解決了移位寄存器工作過(guò)程無(wú)法用實(shí)驗(yàn)儀器驗(yàn)證的問(wèn)題。關(guān)鍵詞:移位寄存器; Multisim仿真; 字組產(chǎn)生器; 邏輯分析儀 Multisim Simulation of Shift Register LI Chun-ran1, YANG Ya-juan2 (1.Department of Physics, Bohai University, Jinzhou 121000, Chi

3、na; 2.Northwest Civil Aviation Air Traffic Management Bureau, Xian 710082, China) Abstract: The method of using Multisim simulation software to analyze the working process of the shift register is introduced. The logic function of a shift register composed of 4-D flip-flop is verified. The signal yi

4、elded by character set generator in Multisim simulation software is taken as the clock pulse and input data of the shift register. The contect of the character set reflects the input and control signals of the shift register.The logic analyzer in Multisim is employed to synchronously display the wav

5、eforms of each input signal, control signal and output signal, and to make the working process of shift register be described visually. The innovation of this method is that the problem that the working waves of shift register can not be analyzed and verified with electronic instruments is solved.Ke

6、ywords: shift register; Multisim simulation; generator of character set; logic analyzer 0 引 言 寄存器是計(jì)算機(jī)和其他數(shù)字系統(tǒng)中用來(lái)儲(chǔ)存代碼或數(shù)據(jù)的邏輯部件1-3,它的主要組成部分是觸發(fā)器。有時(shí)為了處理數(shù)據(jù),需要將寄存器中的各位數(shù)據(jù)在移位控制信號(hào)作用下,依次向高位或低位移動(dòng)1位,具有移位功能的寄存器稱為移位寄存器2。 常規(guī)的硬件實(shí)驗(yàn)測(cè)試移位寄存器邏輯功能的方法是,將移位寄存器的控制端和數(shù)據(jù)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(cè)輸出信號(hào)的邏輯狀態(tài)。存在的問(wèn)題是,測(cè)得各輸入/輸出信號(hào)

7、關(guān)系不直觀。 用Multisim仿真軟件4-10進(jìn)行移位寄存器工作過(guò)程波形仿真分析,用虛擬儀器中的字組產(chǎn)生器4-6做實(shí)驗(yàn)中的信號(hào)源,產(chǎn)生所需的各個(gè)輸入數(shù)據(jù)和控制信號(hào),用邏輯分析儀4-6顯示輸入數(shù)據(jù)、控制信號(hào)和輸出信號(hào)波形,可直觀描述移位寄存器的工作過(guò)程及邏輯功能。 1 移位寄存器工作過(guò)程Multisim仿真實(shí)驗(yàn)方法 1.1 創(chuàng)建電路 從Multisim的TTL數(shù)字IC庫(kù)中找出所需觸發(fā)器,將這些觸發(fā)器串接起來(lái),構(gòu)成一個(gè)移位寄存器。從虛擬儀器庫(kù)中找出字組產(chǎn)生器、邏輯分析儀4-6。 確定字組產(chǎn)生器產(chǎn)生移位寄存器所需的各個(gè)控制信號(hào)、輸入數(shù)據(jù)信號(hào),確定邏輯分析儀所顯示的輸入控制信號(hào)、輸入數(shù)據(jù)信號(hào)及輸出函

8、數(shù)信號(hào),將第一位觸發(fā)器的輸入端和各觸發(fā)器的控制端接字組產(chǎn)生器,各個(gè)觸發(fā)器的輸入端和輸出端接邏輯分析儀。 1.2 設(shè)置字組產(chǎn)生器 確定反映移位寄存器控制端、數(shù)據(jù)輸入端不同輸入情況的字組產(chǎn)生器各個(gè)字組的內(nèi)容及地址;在字組產(chǎn)生器中設(shè)置字組始、末地址,依次輸入各字組數(shù)據(jù),進(jìn)行字組信號(hào)的設(shè)置4-6。 1.3 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 移位寄存器工作過(guò)程Multisim仿真實(shí)驗(yàn)舉例 由4個(gè)邊沿D觸發(fā)器依次串接可構(gòu)成1個(gè)4位移位寄存器如圖1所示。數(shù)據(jù)從串行輸入端DI輸入,左邊觸發(fā)器的輸出作為右鄰觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入1-2。 設(shè)移位寄存器的初始狀態(tài)為0000,現(xiàn)將數(shù)碼D3D2D1D0(1

9、101)從高位(D3)至低位依次送到Di端,經(jīng)過(guò)第一個(gè)時(shí)鐘脈沖后,Q0=D3。由于跟隨數(shù)碼D3后面的數(shù)碼是D2,經(jīng)過(guò)第二個(gè)時(shí)鐘后,觸發(fā)器U1A的狀態(tài)移入觸發(fā)器U1B,而U1A變?yōu)樾碌臓顟B(tài),即Q1=D3,Q0=D2。依此類推,可得4位右向移位寄存器的狀態(tài),如表1所示。由表1可知,輸入數(shù)碼依次由低位觸發(fā)器到高位觸發(fā)器做右向移動(dòng)。經(jīng)過(guò)4個(gè)時(shí)鐘脈沖后,4個(gè)觸發(fā)器的輸出狀態(tài)Q3Q2Q1Q0與輸入數(shù)碼D3D2D1D0相對(duì)應(yīng)。 表1圖1電路狀態(tài)表 CPQ0Q1Q2Q3 1D3000 2D2D300 3D1D2D30 4D0D1D2D3     淺析移位寄存器的Mult

10、isim仿真(2)2.1 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。 圖1 用邊沿D觸發(fā)器構(gòu)成的4位移位寄存器仿真實(shí)驗(yàn)電路 字組產(chǎn)生器產(chǎn)生第1位觸發(fā)器(U1A)的輸入數(shù)據(jù)和4個(gè)觸發(fā)器的控制脈沖,邏輯分析儀顯示控制信號(hào),數(shù)據(jù)輸入信號(hào)     2.1 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。 圖1 用邊沿D觸發(fā)器構(gòu)成的4位移位寄存器仿真實(shí)驗(yàn)電路 字組產(chǎn)生器產(chǎn)生第1位觸發(fā)器(U1A)的輸入數(shù)據(jù)和4個(gè)觸發(fā)器的控制脈沖,邏輯分析儀顯示控制信號(hào),數(shù)據(jù)輸入信號(hào)及Q0Q3輸出信號(hào)的波形。各觸發(fā)器的清零端和預(yù)置端均接高電平。 2.2 字組產(chǎn)生器輸出字組的設(shè)計(jì) 字

11、組內(nèi)容反映移位寄存器不同輸入端的輸入情況,輸入波形設(shè)計(jì)、字組內(nèi)容及地址如圖2所示。 圖2 移位寄存器波形設(shè)計(jì)及字組數(shù)據(jù) 將各字組數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的10進(jìn)制代碼,并在字組產(chǎn)生器的在數(shù)據(jù)區(qū)塊以10進(jìn)制(Dec字段)依次輸入各字組數(shù)據(jù)2,3,2,3,0,1,2,3,0,1,0,1,0,1,0,1 ,各數(shù)據(jù)反映輸入Di端輸入數(shù)據(jù)和時(shí)鐘脈沖,將第一個(gè)數(shù)據(jù)“2”和最后一個(gè)數(shù)據(jù)“1”分別設(shè)為字組數(shù)據(jù)的始、末地址,完成所有字組信號(hào)的設(shè)置。如圖3所示。 圖3 移位寄存器仿真實(shí)驗(yàn)字組設(shè)置 2.3 仿真運(yùn)行分析 邏輯分析儀顯示的波形如圖4所示。 圖4中,“1”為時(shí)鐘脈沖的波形,“2”為輸入Di端信號(hào)的波形,“3” 為

12、 Q0輸出信號(hào)的波形,“4” 為 Q1輸出信號(hào)的波形、“5” 為Q2輸出信號(hào)的波形、“6” 為 Q3輸出信號(hào)即Do的波形。由圖4可知:4個(gè)D觸發(fā)器依次輸出輸入數(shù)據(jù),高位觸發(fā)器與低位觸發(fā)器的輸出波形只相差一個(gè)脈沖周期。 圖4 移位寄存器仿真實(shí)驗(yàn)波形經(jīng)過(guò)4個(gè)時(shí)鐘脈沖后,4個(gè)觸發(fā)器儲(chǔ)存了Di端的輸入信號(hào),即串行輸入數(shù)據(jù)可經(jīng)4個(gè)D觸發(fā)器并行輸出。經(jīng)過(guò)8個(gè)時(shí)鐘脈沖后,輸入信號(hào)從Q3端已全部移出寄存器,即存入該寄存器的數(shù)據(jù)也可以從Do端串行輸出。 3 結(jié) 語(yǔ) 由于受實(shí)驗(yàn)儀器的限制無(wú)法對(duì)移位寄存器工作波形進(jìn)行硬件實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,主要問(wèn)題是,現(xiàn)有的信號(hào)發(fā)生器不能產(chǎn)生多路同步信號(hào),現(xiàn)有的示波器多為雙蹤示波器無(wú)法同時(shí)觀測(cè)多路波形,用Multisim軟件仿真解決了這一問(wèn)題。所述方法具有實(shí)際應(yīng)用意義9-10。 參考文獻(xiàn) 1閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京:高等教育出版社,2006. 2康華光,陳大欽.電子技術(shù)基礎(chǔ)(數(shù)字部分)M.4版.北京:高等教育出版社,1999. 3任駿原,張鳳云.電子線路專題研究M.成都:西南交通大學(xué)出版社,1995. 4鄭步生,吳渭.Multisim 2001電路設(shè)計(jì)及仿真入門與應(yīng)用M.北京:電子工業(yè)出版社,2002. 5朱力恒.電子技術(shù)仿真實(shí)驗(yàn)教程M.北京:電子工業(yè)出版社,2003. 6尹勇,李林凌.Multisim電路仿真入門與進(jìn)階M.北京:科學(xué)出版社,2005. 7陳先榮.