基于 Multisim 数字电路仿真实验
一、实验目的
1.掌握虚拟仪器库中关于测试数字电路仪器的使用方法，入网数字信号发生器和
逻辑分析仪的使用。
2.进一步了解 Multisim 仿真软件基本操作和分析方法。
二、实验内容
用数字信号发生器和逻辑分析仪测试 74LS138 译码器逻辑功能。
三、实验原理
实验原理图如图所示：
四、实验步骤
1.在 Multisim 软件中选择逻辑分析仪，字发生器和 74LS138 译码器；
2.数字信号发生器接 138 译码器地址端，逻辑分析仪接 138 译码器输出端。并按
规定连好译码器的其他端口。
3.点击字发生器，控制方式为循环，设置为加计数，频率设为 1KHz，并设置显
示为二进制；点击逻辑分析仪设置频率为 1KHz。
相关设置如下图
五、实验数据及结果
逻辑分析仪显示图下图
2
实验结果分析：由逻辑分析仪可以看到在同一个时序 74LS138 译码器的八个输
出端口只有一个输出为低电平，其余为高电平.结合字发生器的输入，可知.在译
码器的 G1=1，G2A=0，G2B=0 的情况下，输出与输入的关系如下表所示
当 G1=1，G2A=0，G2B=0 中任何一个输入不满足时，八个输出都为 1
六、实验总结
通过本次实验，对 Multisim 的基本操作方法有了一个简单的了解。同时分
析了 38 译码器的功能，结果与我们在数字电路中学到的结论完全一致。
第二篇：数字时钟设计实验报告
电 子 课 程 设 计
题 目：数字时钟
数字时钟设计实验报告
一、设计要求：
设计一个24小时制的数字时钟。
要求：计时、显示精度到秒；有校时功能。采用中小规模集成电路设计。
发挥：增加闹钟功能。
二、设计方案：
由秒时钟信号发生器、计时电路和校时电路构成电路。
秒时钟信号发生器可由振荡器和分频器构成。
计时电路中采用两个60进制计数器分别完成秒计时和分计时；24进制计数器完成时计时；采用译码器将计数器的输出译码后送七段数码管显示。
校时电路采用开关控制时、分、秒计数器的时钟信号为校时脉冲以完成校时。
三、电路框图：
图一 数字时钟电路框图
四、电路原理图：
（一）秒脉冲信号发生器
秒脉冲信号发生器是数字电子钟的核心部分，它的精度和稳定度决定了数字钟的质量。由振荡器与分频器组合产生秒脉冲信号。
Ø 振荡器: 通常用555定时器与RC构成的多谐振荡器，经过调整输出1000Hz
脉冲。
Ø 分频器: 分频器功能主要有两个，一是产生标准秒脉冲信号，一是提供功能
扩展电路所需要的信号，选用三片74LS290进行级联，因为每片为1/10分频器，三片级联好获得1Hz标准秒脉冲。其电路图如下：
图二 秒脉冲信号发生器
（二）秒、分、时计时器电路设计
秒、分计数器为60进制计数器，小时计数器为24进制计数器。
Ø 60进制——秒计数器
秒的个位部分为逢十进一，十位部分为逢六进一，从而共同完成60进制计数器。当计数到59时清零并重新开始计数。秒的个位部分的设计：利用十进制计数器CD40110设计10进制计数器显示秒的个位 。个位计数器由0增加到9时产生进位，连在十位部计数器脉冲输入端CP，从而实现10进制计数和进位功能。利用74LS161和74LS11设计6进制计数器显示秒的十位 ，当十位计数器由0增加到5时利用74LS11与门产生一个高电平接到个位、十位的CD40110的清零端，同时产生一个脉冲给分的个位。其电路图如下：
图三 60进制--秒计数电路
Ø 60进制——分计数电路
分的个位部分为逢十进一，十位部分为逢六进一，从而共同完成60进制计数器。当计数到59时清零并重新开始计数。秒的个位部分的设计：来自秒计数电路的进位脉冲使分的个位加1，利用十进制计数器CD40110设计10进制计数器显示秒的个位 。个位计数器由0增加到9时产生进位，连在十位部计数器脉冲输入端CP，从而实现10进制计数和进位功能。利用74LS161和74LS11设计6进制计数器显示秒的十位 ，当十位计数器由0增加到5时利用74LS11与门产生一个高电平接到个位、十位的CD40110的清零端，同时产生一个脉冲给时的个位。其电路图如下：
图四 60进制--分计数电路
Ø 24进制——时计数电路
来自分计数电路的进位脉冲使时的个位加，个位计数器由0增加到9是产生进位，连在十位计数器脉冲输入端CP，当十位计到2且个位计到3是经过74LS11与门产生一个清零信号，将所有CD40110清零。其电路图如下：
图五 24进制--时计数电路
Ø 译码显示电路
译码电路的功能是将秒、分、时计数器的输出代码进行翻译，变成相应的数字。用以驱动LED七段数码管的译码器常用的有74LS148。74LS148是BCD-7段译码器/驱动器，输出高电平有效，专用于驱动LED七段共阴极显示数码管。若将秒、分、时计数器的每位输出分别送到相应七段数码管的输入端，便可以进行不同数字的显示。在译码管输出与数码管之间串联电阻R作为限流电阻。其电路图如下：
图六 译码显示电路
Ø 校时电路
校时电路是数字钟不可缺少的部分，每当数字钟与实际时间不符时，需要根据标准时间进行校时。一般电子表都具有时、分、秒等校时功能。为了使电路简单，在此设计中只进行分和小时的校时。“快校时”是通过开关控制，使计数器对1Hz校时脉冲计数。图中S1为校正用的控制开关，校时脉冲采用分频器输出的1Hz脉冲，当S1为“0”时可以进行“快校时”。 其电路图如下：
图七 校队电路
五、实验方法：
1、秒脉冲产生部分
采用555多谐振荡器产生1HZ频率信号，作为秒脉冲及整体电路的信号输入部分。其仿真电路图如下图所示：
图八 秒脉冲发生器仿真电路
2、计数电路
电子钟计时分为小时、分钟和秒，其中小时为二十四进制，分钟和秒均为六十进制，输出可以用数码管显示，所以要求二十四进制为00000000~00100100计数，六十进制为00000000~01100000计数，并且均为8421码编码形式。
（1） 小时计数——二十四进制电路仿真
用两片74LS160N（分A片、B片）设计一个一百进制的计数器，在24（00100100）处直接取出所有为1的端口，经过输入与非门74LS00D，再给两个清零端CLR。使用74LS160N异步清零功能完成二十四进制循环，计数范围为0~23。然后用七段显示译码器74LS47D将A、B两片74LS160N的输出译码给LED数码管。仿真电路如图九所示。 ：
图九 24进制——时计数器仿真电路
（2）分钟、秒计数——六十进制电路仿真
此电路类似于二十四进制计数器，采用74LS160N设计出一百进制的计数器，在60（01100000）处直接取出所有为1的端口，经过输入与非门74LS00D，再给两个清零端CLR。使用74LS160N异步清零功能完成六十进制循环，计数范围为0~59。然后用七段显示译码器74LS47D将A、B两片74LS160N的输出译码给LED数码管。仿真电路如图所示：
图十 60进制——秒计数器仿真电路
图十一 60进制——分计数器仿真电路
（四）校时校分（秒）电路。
数字钟应具有分校正和时校正功能，因此，应截断分个位和时个位的直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。这里利用两个与非门加一个单刀双掷开关来实现校时功能。第一个74LS00D与非门的输入端一端接清零信号，另一端接第二个与非门的输入端，第二个74LS00D的输入端一端接计数脉冲，另一端接一个单刀双掷开关。开关接通的一段接地，另一端接高电平。当开关打到另一端时，时或分的个位就单独开始计数，这样就能实现校时功能。其电路图如图所示：
图十二 校分仿真电路
六、实验结果和结论：
数字时钟仿真电路图如下图所示，在Multisim11.0中进行仿真，可以实现数字时钟的显示功能、校时功能。显示功能中，小时实现的是24进制，分和秒实现的是60进制，通过校时电路能够分别校对时和分。
图十三 数字时钟仿真电路
七、设计体会：
在本次Multisim仿真过程，从安装软件、选定课题、设计电路、进行仿真、运行结果都自己实际操作完成。在数字时钟设计中，根据老师上课所讲的内容，可以用两片集成十进制同步计数器74LS160D级联为100进制，再利用其异步清零功能，可以分别实现小时的24进制和分秒的60进制。当然，在仿真过程中也遇到了很多困难和问题。比如说，无法直接从秒进位到分和分进位到时，并且在仿真中总是出错。于是自己请教了一些也做数字时钟的同学，同时在网上查找了相关资料，最后终于用两个与非门和单刀双掷开关实现了从秒到分的进位、分到时的进位功能及校准功能。
通过本次实验对数电知识有了更深入的了解，将其运用到了实际中来，明白了学习电子技术基础的意义，也达到了其培养的目的。也明白了一个道理：成功就是在不断摸索中前进实现的，遇到问题我们不能灰心、烦躁，甚至放弃，而要静下心来仔细思考，分部检查，找出最终的原因进行改正，这样才会有进步，才会一步步向自己的目标靠近，才会取得自己所要追求的成功。
当然，自己的仿真技术和应用能力还是很欠缺的，虽然完成了基本的设计要求，但是很多自己想要的扩展功能还未能实现。而且很多时候会走过很多弯路，浪费了很多不必要的时间。不过，这次设计经历必将使我受益终身，让我明白如何更好的获取知识，如何更好的理论联系实际。今后的学习更需要不断努力，在获得知识的同时获得快乐，真正的主动探索，主动学习，形成自己的思维方式，不断应用，不断进取。