(Multisim数电仿真）D触发器及应用.doc

实验3.9 D触发器及应用一、实验目的：1 了解边沿触发器的逻辑功能和特点。2 掌握触发器的异步置0和异步置1端的作用。3 了解用触发器组成智力抢答器的工作原理。二、实验准备：和触发器一样，触发器也属主、从触发器，为了实现异步置位、复位功能，触发器也设置了异步置位和异步复位端。和触发器不同的是，触发器的异步置位和异步复位端是高电平有效，且当信号来到时，上升沿触发。它的特性表如表3.9.1所示。表3.9.1：001101010011图3.9.1是利用CMOS传输门构成的一种典型边沿触发器内部电路。从图3.9.1中可以看到，反相器、和传输门、组成了主触发器，反相器、和传输门、组成了从触发器。和分别为主触发器和从触发器的输入控制门。当= 0、=1时，导通、截止，端的输入信号送人主触发器中，使=。但这时主触发器尚未形成反馈连接，不能自行保持，跟随端的状态变化。同时，由于截止、导通，所以从触发器维持原状态不变，而且它与主触发器之间的联系被所切断。图3.9.1当的上升沿到达时(即跳变为1、跳变为0)，截止、导通。由于门的输入电容存储效应，输入端的电压不会立刻消失，于是在切断前的状态被保存下来。同时，由于导通、截止，主触发器的状态通过和送到了输出端，使=(上升沿到达时的状态)。可见，这种触发器的动作特点是输出端状态的转换发生在的上升沿，而且触发器所保存下来的状态仅仅取决于CP上升沿到达时的输入状态。因为触发器输出端状态的转换发生在的上升沿，所以这是一个上升沿触发边沿触发器。因为输入信号是以单端给出的，所示也把它称作触发器 (注：图中未把异步置位和异步复位端标出，请读者参阅其它相关书籍) 。三、计算机仿真实验内容：1触发器功能测试：(1). 从电子仿真软件Multisim7基本界面左侧左列真实元件工具条的“CMOS”元件库中调出触发器4013BD_5V；从“Basic”元件库中调出单刀双掷开关SPDT 4只，并分别双击单刀双掷开关，将它们的“Key for Switch”栏设成(代表)、(代表)、(代表)、(代表)。(2). 从电子仿真软件Multisim7基本界面左侧右列虚拟元件工具条的指示器元件列表中选取红色(接端)和蓝色(接端)指示灯各一盏，将它们放置在电子平台上。(3). 从从电子仿真软件Multisim7基本界面左侧左列真实元件工具条的“Source”元件库中调出电源和地线，将它们放置在电子平台上。(4). 将所有元件连成仿真电路如图3.9.2所示。图3.9.2(5). 打开仿真开关，按表3.9.2要求进行仿真实验，并将结果填入表内。表3.9.2：()()2用4锁存型触发器组成的智力竞赛抢答器：智力竞赛抢答电路如图3.9.3所示，该电路能鉴别出4个数据中的第1个到来者，而对随之后来的其他数据信号不再传输和作出响应。至于哪一位数据最先到来，则可从LED指示灯看出。图3.9.3所示电路是由4锁存型触发器4042BD，双4输入端与非门4012BD、四-2输入或非门4001BD和六同相缓冲/变换器4010BCl等元件构成。 电路工作时，4锁存型触发器4042BD的极性端()处于高电平“1”，()端电平由为高电平和复位开关产生的信号决定。复位开关断开时，4001BD的2脚经上拉电阻接VCC，由于均为关断状态，D0D3均为低电平“0”状态，所以为高电平“1”状态，端为低电平“0” 状态，锁存了前一次工作阶段的数据。新的工作阶段开始，复位开关闭合，4001BD的2脚接地，4012BD的输出端1脚也为低电平“0”状态，所以端为高电平“1”状态。以后，的状态完全由4042BD的输出端电平决定。一旦数据开关()有一个闭合，则中必有一端最先处于高电平“1”状态，相应的LED被点亮，指示出第一信号的位数。同时4012BD的1脚“0” 状态，锁存了前一次工作阶段的数据。新的工作阶段开始，复位开关K5闭合，4001BD的脚接地，4012BD的输出端脚也为低电平“0”状态，所以端为高电平“1”状态。以后，的状态完全由4042BD的输出端电平决定。一旦数据开关(K1K4)有一个闭合，则中必有一端最先处于高电平“1”状态，相应的LED被点亮，指示出第一信号的位数。同时4012BD的脚为高电平“1”状态，迫使为低电平“0”状态，在脉冲下降沿的作用下，第一信号被锁存。电路对以后的信号便不再响应。图3.9.3(1). 从电子仿真软件Multisim7基本界面左侧左列真实元件工具条的“CMOS”元件库中调出4锁存型触发器4042BD 、4012BD、四-2输入或非门4001BD各一只；调出同相缓冲/变换器4010BCl四只，将它们放置在电子平台上。(2). 单击电子仿真软件Multisim7基本界面左侧左列真实元件工具条的“Basic”按钮，在弹出的对话框“Family”栏中选取“SWITCH”，再在“Component” 栏中选取“SPST”，如图3.9.4所示，调出单刀单掷开关4只放置在电子平台上。图3.9.4(3). 从电子仿真软件Multisim7基本界面左侧左列真实元件工具条的“Basic”元件库中调出100Ohm电阻4只、1.0M Ohm电阻5只，将它们放置在电子平台上。(4). 从电子仿真软件Multisim7基本界面左侧左列真实元件工具条的“Source”元件库中调出VDD电源和地线，将它们放置在电子平台上。(5). 从电子仿真软件Multisim7基本界面左侧右列虚元件工具条的指示器元件列表框中调出红、绿、蓝、黄指示灯各一只，将它们放置在电子平台上。(6). 经调整元件位置并将它们连成如图3.9.3所示仿真电路。(7). 先将4只单刀单掷开关都处在打开状态，然后打开仿真开关，任意按下一只单刀单掷开关，红、绿、蓝、黄指示灯中有且仅有一盏灯亮，再按下其它单刀单掷开关都不能使对应的指示灯亮，第一次按下的单刀单掷开关表示该人抢答成功。(8). 关闭仿真开关，恢复4只单刀单掷开关都处在打开状态，另选其它单刀单掷开关并按下，重复上述实验。四、实验室操作实验内容：1触发器功能测试：(1). 在THD-1型(或Dais-2B型)数电实验箱上按图3.9.5搭建好触发器功能测试电路。图3.9.5(2). 打开实验箱电源开关，按表3.9.3要求进行实验，并将结果填入表内。表3.9.3：2用4锁存型触发器组成的智力竞赛抢答器(1). 在THD-1型(或Dais-2B型)数电实验箱上按图3.9.6搭建好智力竞赛抢答器实验电路。图3.9.6(2). 在THD-1型(或Dais-2B型)数电实验箱上进行模拟智力竞赛抢答。五、实验报告要求：1. 填好仿真实验中触发器功能测试表格3.9.2，并对触发器功能进行讨论。2. 填好实验室操作实验中触发器功能测试表格3.9.3，并对触发器功能进行讨论。3. 能分析和解释用4锁存型触发器组成的智力竞赛抢答器的工作原理。六、实验设备及材料：1. 仿真计算机及软件Multisim7。2. THD