四路抢答器在Multisim12中的完美仿真

摘 要 本文通过修改基于CD4511芯片设计的四路抢答器的锁存电路，解决了原电路在Multisim仿真中不能锁存的问题，用Multisim12完美的实现了电路的抢答、锁存及解锁三大功能。

【关键词】Multisim 仿真 抢答器 CD4511 锁存

1 引言

美国国家仪器（National Instruments）有限公司推出了NI系列电子电路设计软件套件（Circuit Design Suit），Multisim12.0就包含其中，这是款非常实用的电子设计自动化（Electronic Design Automation）软件，被广泛的运用于电路设计、仿真和教学。然而即使该软件集成了2000多个来自诸如飞利浦、美国国家半导体等知名厂商的最新数据库元件模型，依然难免缺漏。

以二十一世纪高职高专院校规划教材——《应用电子技术》中“四人抢答器电路”为例，如图1，此电子类教材中多有涉及的典型电路若不作修改，是不能被完美仿真的。

2 四路抢答器

2.1 四路抢答器设计思路

对抢答器具体的功能要求为：每一轮抢答的输出具有唯一性，即显示终端只显示最先按下的那个抢答键对应编号，只有通过解锁电路解锁才能进入下一抢答环节。因此基本的抢答器应由开关阵列电路、编码电路、译码显示电路、锁存电路以及解锁电路五大部分组成，按图1电路的设计，得到图2模型。

这个成熟的电路利用CD4511的锁存端LE和消隐端实现信号锁存及解锁；利用二-十进制优先编码器CD40147实现按键编码。然若用Multisim仿真有两个问题：a.信号不能锁存，软件中CD4511元件模型LE端锁存功能无效。b.无CD40147芯片模型。

基于上述两点，对原电路的锁存和编码部分作出修改。新设计思路为：a.增加74LS373设计一独立的锁存电路，一按下开关就将信号锁存起来；b.用74LS147替代CD40147。模型框图如图3。

2.2 四路抢答器电路设计

2.2.1 开关阵列电路

该电路采用4个非自锁开关SB1～SB4；4个1KΩ的上拉电阻R1～R4。IO1～IO4常态输出高电平1，按下开关输出低电平0，如图4（a）。也可换成下拉电阻，常态输出低电平0，按下开关输出高电平1，如图4（b）。本次仿真选用开关阵列电路（a）。

2.2.2 锁存、解锁电路

锁存部分由一个8D锁存器74LS373，一个4输入二与非门74LS20和一个2输入四与非门74LS00构成；解锁部分由上拉电阻R12和非自锁开关SB5完成，如图5。

常态下，74LS373的Q1～Q4端输出4个高电平信号，74LS20接收信号并输出低电平，使74LS00输出高电平作用于74LS373的锁存使能端，74LS373正常工作中。

当SB1～SB4任一开关按下时，74LS20收到一路低电平信号即输出高电平，使74LS00输出低电平作用于74LS373的锁存使能端，使74LS373处于锁存状态，不再接收SB1～SB4发出的任何触发信号，其输出保持锁存前的状态。

欲使74LS373重回正常工作状态，需按下复位开关SB5，74LS00收到低电平信号进而输出高电平作用于74LS373锁存使能端，强制电路解锁。

2.2.3 编码电路

与CD40147原码输出不同，替代的二—十进制优先编码器74LS147输出8421BCD反码，因此在送入后续译码器显示电路前，需通过4个非门转换成原码形式。如图6。

2.2.4 译码、显示电路

该电路由显示译码器CD4511和共阴极LED数码管LC5011共同构成，8421BCD原码经CD4511译码后驱动LC5011，显示抢答键的对应编号。如图7。

2.3 四路抢答器电路仿真

将各部分电路连接起来在Multisim12中调用元件，设置参数，并注意使用数字接地端DGND，如图8。打开仿真开关，分别测试该电路的抢答、锁存、解锁功能，完美通过，如图9。

3 结束语

Multisim仿真软件的使用为电路设计带来了便捷，但鉴于该软件还有不完备的地方，有时仿真过程与实际有出入。因此，作为一个设计辅助工具，除需使用者熟悉软件操作外，还应具备扎实的电学理论基础，以期在设计与仿真冲突时能准确判断电路的可行性，修正设计策略。

参考文献

[1]蔡斌.应用电子技术[M].南昌：江西高校出版社，2012.

[2]王冉.基于Multisim12的电子电路仿真研究[J].电子制作，2014（09）：12-13.

[3]薛东.透过抢答器看Multisim在数字电路教学中的应用[J].软件，2014（01）：65-68.

[4]徐银霞.Multisim12.0仿真软件辅助数字逻辑课程教学的研究[J].教育教学论坛，2015（07）：233-234.

作者简介

程珊（1983-），女，江西省南昌市人。硕士学位。现为江西机电职业技术学院电气工程系讲师。

作者单位

江西机电职业技术学院电气工程系 江西省南昌市 330000

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