基于Multisim仿真软件的组合逻辑电路的设计

李桃

（山西工商学院计算机信息工程学院，山西太原030006）

基于Multisim仿真软件的组合逻辑电路的设计

李桃

（山西工商学院计算机信息工程学院，山西太原030006）

组合逻辑电路的设计是数字电子技术中的重要内容，很多研究只介绍采用分立元件、门电路等设计组合逻辑电路。通过结合教学经验和实践经验，在此研究的基础上，提出了用中规模集成电路设计三人表决的原理电路，对几种设计方法进行比较，并且分别采用Multism仿真软件验证逻辑电路。学生通过设计过程不仅可以进一步理解基本理论知识，还能提高分析问题、解决问题的能力，提高创新实践能力。

组合逻辑电路；三人表决器；译码器；数据选择器

引言

随着计算机科学与通信技术水平突飞猛进的发展，当今社会已进入到了数字化时代，在生活生产等领域数字技术的影响无处不在，而数字技术是建立在数字信号与数字电路基础上的。数字信号是指在时间上、数值上都是离散的信号，该信号常用抽象出来的1和0表示，对于数字信号1和0，可以用开关的断开和闭合表示，也可用电位的高和低表示［1］。数字电路是用来处理数字信号的电子线路，进行数字信号的产生、变换、传输、寄存和控制等，结构简单、工作速度快、精度快、功能强、可靠性好、功耗小，便于集成化和系列化，使用方便。数字电子技术主要研究各种逻辑门电路、中小规模集成器件的功能及应用，组合逻辑电路和时序电路的分析和设计、集成芯片各脚功能。

数字电路涉及的元器件种类很多，功能各不相同，对于某种功能电路的设计方法不唯一，学生要根据题目要求、实验室条件，选择合适的元器件，设计出最合理、最简单的数字电路。数字电子技术实训课的目的就是让学生通过操作进一步加深理解基本理论知识，学会如何选择器件，设计出满足功能要求的逻辑电路，提高学生分析问题、解决问题的能力。

1 组合逻辑的设计

《组合逻辑电路的设计》是数字电子技术课程的重要组成部分，通过组合逻辑电路设计的学习，学生要掌握学习组合逻辑电路的设计方法，会通过仿真软件实现所设计电路功能的验证。

所谓组合逻辑电路的设计就是根据实际工程的逻辑功能要求，设计出实现该要求的逻辑电路［2］。一般组合逻辑电路的设计步骤如下：

1）分析实际工程要求，设定输入、输出变量，进行逻辑赋值。

在实际中，先将实际工程进行逻辑抽象，一般把事件的起因作为输入变量，事件的结果作为输出变量，然后将二进制中0和1两种状态进行逻辑赋值，此为组合逻辑电路设计最关键一步。

2）根据逻辑功能要求列出真值表。

3）根据真值表写出逻辑表达式。

根据真值表写出逻辑表达式的方法是：观察真值表，输出函数值为1则对应一项乘积项，此乘积项对应的输入变量取值为1时取原变量，输入变量取值为0时取反变量，写出该乘积项。把所有输出函数值为1的乘积项相加，即可得到函数逻辑表达式。

4）选择器件，适当化简逻辑表达式。

5）画出逻辑电路图。

组合逻辑电路设计步骤如图1所示。

图1 组合逻辑电路设计步骤图

2 组合逻辑电路设计的应用——三人表决器的设计

三人表决器设计是典型的组合逻辑电路的设计。最近几年，国内的选秀节目层出不穷，从“中国达人秀”、“笑傲江湖”到“出彩中国人”，这些选秀节目具有共同的特点，即当选手表演完后，三个评委要对选手的表演进行表决，做出决议。每个评委同意选手的表演，就给出决议“YES”，反之给出“NO”，当有两个或两个以上的评委均给出意见“YES”，选手成功晋级。为此，三人表决器的设计即可解决评委表决的问题，设计过程如下：

1）根据题意逻辑抽象，三个评委的意见作为输入变量，选手是否晋级作为输出变量。设A，B，C为3个评委，经过逻辑赋值，同意用1表示，不同意用0表示；

2）真值表见表1。

表1 三人表决器真值表

（3）由真值表写逻辑表达式：

（4）化简变换：

（5）画出逻辑图，如图2所示：

图2 三人表决器逻辑电路图

3 Multisim 10仿真软件验证电路

Multisim10是电路仿真软件和电路分析软件，专用于原理图捕获、交互式仿真、电路板设计和集成测试［3］。三人表决器电路仿真结果如图3所示。

图3 三人表决器电路仿真图

4 用中规模集成电路设计

在数字电子技术中，组合逻辑电路的设计方法有多种。常用的中规模集成电路有编码器、译码器、加法器、数据选择器等［4］，用这些器件可以简单方便地设计出所需要功能的电路。

4.1 用译码器设计三人表决器

译码器是“翻译”二进制代码的逻辑电路，它可输入n位二进制代码，有个输出信号。74LS138是一种常用的二进制译码器。有3个输入端A、B、C接受二进制编码，输出端Y0～Y7共8条译码输出线。三人表决器有3个输入变量，74LS138即可以实现该功能。所以74ls138译码器的输出过程中，电路的输出端除了需要译码器外，还需要一个四输入的与非门，这里采用74ls20与非门。Multisim电路仿真结果如下页图4所示。

图4 基于74ls138译码器的逻辑电路图

4.2 用数据选择器设计三人表决器

数据选择器的基本逻辑功能是：在n个选择信号控制下，可以从各输入数据中选择一个作为输出。74ls151是8选1数据选择器，输入变量A，B，C作为数据选择器的地址输入端，输出变量Y作为数据选择器的输出端。所以对于逻辑表达式中出现最小项的对应数据输入端接1，没有出现最小项对应数据输入端接0，即D3=D5=D6=D7=1，D0=D1=D2=D4=0。Multisim电路仿真结果如图5。

图5 基于74ls151数据选择器的逻辑电路图

上述三种方法均可以设计三人表决器，利用门电路设计的方法电路形式复杂，设计灵活，但是需要的芯片的个数多，可靠性低，电路成本低。利用中规模集成电路的方法设计所需要芯片少，成本低，体积小，可靠性高。

5 结语

组合逻辑电路在数字电子技术中的应用广泛，文中先介绍了组合逻辑电路设计的步骤，然后以三人表决器遵循少数服从多数原则为例，分别用集成与非门74LS00，74ls10中规模组合逻辑器件74LS138译码器、数据选择器74LS151设计了三人表决器。对于每种设计方法，均采用Multisim软件为电路的设计进行仿真验证，为结果的得出提供了强有力的证据和虚拟平台。

［1］陈洁，陈宇宁.组合逻辑电路的设计与仿真［J］.信息科技及现代服务，2006（8）:182-183.

［2］李小珉.电子技术基础［M］.北京:电子工业出版社，2013.

［3］丁业兵.基于Multisim的组合逻辑电路设计与仿真［J］.价值工程，2013（5）:63-64.

［4］李飞.数字电子技术基础［M］.北京:清华大学出版社，2011.

（编辑：贾娟）

Design Multisim Simulation Software Basedon Combinational Logic Circuit

Li Tao
（Shanxi Institute of Business and Computer Information Engineering College，Taiyuan Shanxi030006）

The design of combinational logic circuits is an important part of the digital electronic technology.Many researches are based on the design of combinational logic circuits，such as discrete components，gate circuits and so on.In this paper，the author also puts forward the medium scale integrated circuit design principle of three voting circuit，carries on the comparison to several design methods，and respectively by using Multism simulation software validation logic circuit based on his experience of teaching and the basis of this research.Students can not only understand the basic theoretical knowledge through the design process，but also improve the ability to analyze and solve problems，improve the ability of innovation and practice.

combinational logic circuit；three people vote；decoder；data selector

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.14.41

TP391

A

2095-0748（2016）14-0087-04

2016-06-06

李桃（1985—），女，山西永和县人，助教，研究方向：电子与通信工程。