基于Multisim的组合逻辑电路设计与仿真
摘要： 运用组合逻辑电路可以方便的将实际问题转换为逻辑问题并进行数字电路设计，本文论述了以集成与非门74LS00和74LS10、译码器74LS138和数据选择器74LS151为主要芯片设计火灾报警控制信号电路的三种方法，并用Multisim软件进行了仿真。设计与仿真结果表明，与非门、译码器、数据选择器均可有效实现火灾报警控制电路，并可应用于其它组合逻辑电路的设计，采用计算机仿真软件提高了数字电路设计的效率。
关键词： 组合逻辑电路；火灾报警；电路设计；仿真
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）16-0063-02
0 引言
组合逻辑电路的基本构成单元是门电路，与时序逻辑电路不同，组合逻辑电路无记忆功能，输出信号仅取决于当时的输入信号[1]。组合逻辑电路的设计是根据给定的实际问题，用逻辑函数进行表达，用数字电路来实现逻辑其功能。常用的中规模组合逻辑电路有编码器、译码器、数据选择器、加法器等。
在设计硬件电路之前，常用一些虚拟软件进行仿真设计，Multisim软件是一款应用较广，功能强大的电子电路设计开发与仿真软件[2-5]。
文中，以集成与非门74LS00、译码器74LS138和数据选择器74LS151为主要元件设计了产生火灾报警控制信号的三种电路，设计平台为基于windows系统的Multisim 12.0软件，并进行了仿真测试。
1 电路设计与仿真
组合逻辑电路的设计步骤一般为：①根据设计要求，定义输入、输出的逻辑状态；②填写真值表；③由真值表，写出逻辑函数的最小项表达式并进行化简；④采用相应的元器件进行电路布线。
文中，火灾报警系统的输入为烟感、温感和紫外光感三种火灾探测器，当其中两种或两种以上探测器检测到火灾信号时，则系统发出火灾报警信号。设烟感信号为A、温感信号为B、紫外光感信号为C，报警信号为Y，当有信号时为1，无信号时为0，列出真值表，如表1所示。
1.1 基于与非门的电路设计 集成与非门74LS00有14个管脚，可以实现4个二端输入与非逻辑功能，74LS10可以实现3个三端输入与非逻辑功能。由公式（2）可见，此报警控制电路需要4个与非门，即三个二端输入与非门，一个三端输入与非门，电路连接如图1所示，其中三个探测信号输入端接入74LS00的三个二端输入引脚，三个二端与非门的输出接入74LS10的一个三端与非门输入引脚。
图1中的XLC1为逻辑变换器，是一种虚拟仪器，可以接入报警系统的输入与输出端，测试与验证其逻辑功能，从图2可见，该电路真值表及逻辑函数表达式与设计要求一致。
1.2 基于译码器的设计 译码是编码的反过程，74LS138译码器是集成有三个输入端，八个输出端的中规模组合逻辑电路，译码器的各输出端引脚信号对应于输入端二进制信号的组合情况。
依公式（4）可知，只要将译码器对应的四个输出端引脚接入74LS20芯片中的一个四输入端与非门即可，电路如图4所示。图中，译码器74LS138的G1、～G2A与～G2B为控制端，当G1接高电平，～G2A与～G2B接低电平时，芯片才能实现译码功能。系统接入逻辑变换器，对整个电路的功能进行了测试，测试结果与图2所示一致。
1.3 基于数据选择器的设计 数据选择器可以根据地址输入端的二进制信号，对输入端信号进行选择。8选1数据选择器74LS151是集成有三个地址输入端A、B、C，8个数据输入端D0～D7的中规模组合逻辑电路。74LS151数据选择器的功能用逻辑函数表示为
这样只要将数据选择器的输入端进行适当的置位便可以实现此报警功能，电路如图4所示。
图中，数据选择器74LS151的～G为控制端，低电平有效，D3、D5、D6、D7接高电平，其余数据数据输入端接低电平，地址输入端A、B、C与数据选择器的输出Y端接入逻辑变换器，以验证逻辑电路功能，验证结果与图2所示一致。
2 结论
组合逻辑电路广泛应用于各种数字电路设计中，文中给出了用集成与非门74LS00、74LS10，中规模组合逻辑电路器件74LS138译码器、数据选择器74LS151设计火灾报警控制电路的三种方法，并用最新版本的Multisim软件进行了直观的仿真验证。三种电路设计中，运用数据选择器最为有效。Multisim软件为组合逻辑电路的设计与仿真提供了强有力的计算机虚拟平台。
参考文献：
[1]王毓银.数字电路逻辑设计[M].北京：高等教育出版社，2002.
[2]张晶，李心广.基于multisim的电路设计与仿真[J].计算机仿真，2005，22（5）：109-110.
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[4]马敬敏.基本RS触发器工作状态的Multisim仿真[J].电子设计工程，2011，19（17）：24-26.
[5]王延才.基于Multisim的电路仿真分析与设计[J].计算机工程与设计，2004，25（4）：65-67.
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