数字逻辑课程设计(电子信息专业)新

PAGE《数字逻辑》课程设计指导书适用专业：电子信息工程专业目录《数字逻辑》课程设计任务书 3仿真软件使用 91.1Multisim7使用简介 91.1.1Multisim概貌 91.1.2Multisim对元器件的管理 141.1.3输入并编辑电路 151.1.4虚拟仪器及其使用 171.1.5电路实例 191.2EWB及数字电路实验仿真 211.2.1EWB的使用方法 211.2.1EWB软件与数字电路实验仿真测试和设计 29附录 30《数字逻辑》课程设计任务书一、数字电子技术课程设计的目的与意义电子技术是一门实践性很强的课程，加强工程训练，特别是技能的培养，对于培养工程人员的素质和能力具有十分重要的作用。电子技术课程设计是一个重要的实践环节，它包括选择课题、设计任务分析、方案选择与论证、电子电路设计、调试和编写总结报告等实践内容。通过本课程设计，能够综合运用所学理论知识，拓宽知识面，系统地进行电子电路的工程实践训练，培养工程师的基本技能，提高分析问题和解决问题的能力。二、数字电子技术课程设计要实现的目标1、初步掌握电子线路的分析、设计、调试方法学生应根据设计要求和性能参数，查阅文献资料，收集、分析类似电路的性能，并通过设计、调试等实践活动，使电路达到性能指标；2、课程设计为后续的毕业设计打好基础毕业设计是系统的工程设计实践，而课程设计的着眼点是让学生开始从理论学习的轨道上逐渐引向实际运用。从已学过的定性分析、定量计算的方法，逐步掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方法。同时，课程设计报告的书写，为今后从事技术工作撰写科技报告和技术资料打下基础。三、数字电子技术课程设计的方法和步骤设计一个电子电路系统时，首先必须明确系统的设计任务，根据任务进行方案选择，然后对方案中的各部分进行单元的设计、参数计算和器件选择，最后将各部分连接在一起，画出一个符合设计要求的完整系统电路图。1、设计任务分析对系统的设计任务进行具体分析，充分了解系统的性能、指标、内容及要求，以便明确系统应完成的任务。2、方案选择与论证这一环节工作要求是把系统的任务分配给若干个单元电路，并画出一个能表示各单元功能的系统原理框图。系统框图必须正确反映系统应完成的任务和各组成部分功能，清楚表示系统的基本组成和相互关系。方案选择的重要任务是根据掌握的知识和资料，针对系统提出的任务、要求和条件，完成系统的功能设计。在这个过程中要勇于探索，勇于创新，力争做到设计方案合理、可靠、经济、功能齐全、技术先进，并且对方案要不断进行可行性和优缺点的分析和论证，最后设计出一个完整系统框图。3、系统实现1）单元电路设计单元电路是系统的一部分，只有把各单元电路设计好才能提高整体设计水平。每个单元电路设计前都需明确本单元电路的任务，详细拟订出单元电路的性能指标，与前后级之间的关系，分析电路的组成形式。具体设计时，可以模仿成熟的先进电路，也可以进行创新或改进，但都必须保证性能要求。而且，不仅单元电路本身要设计合理，各单元电路之间也要相互配合，注意各部分的输入信号、输出信号和控制信号的关系。2）参数计算为保证单元电路达到功能指标要求，需要用电子技术知识对参数进行计算。例如，放大电路中各阻值、放大倍数的计算；振荡器中电阻、电容、振荡频率等参数的计算。只有很好地理解电路的工作原理，正确利用计算公式，计算的参数才能满足设计要求。3）器件选择①阻容元件的选择电阻和电容种类很多，正确选择电阻和电容是很重要的。不同的电路对电阻和电容性能要求也不同，有些电路对电容的漏电要求很严，还有些电路对电阻、电容的性能和容量要求很高。例如滤波电路中常用大容量铝电解电容，为滤掉高频通常还需并联小容量瓷片电容。设计时要根据电路的要求选择性能和参数合适的阻容元件，并要注意功耗、容量、频率和耐压范围是否满足要求。②分立元件的选择：分立元件包括二极管、晶体三极管、场效应管、光电二（三）极管、晶闸管等。根据其用途分别进行选择。选择的器件种类不同，注意事项也不同。例如选择晶体三极管时，首先注意是选择NPN型还是PNP型管，是高频管还是低频管，是大功率还是小功率，并注意参数是否满足电路设计指标的要求。③集成电路的选择：由于集成电路可以实现很多单元电路甚至整机电路的功能，所以选用集成电路来设计单元电路和总体电路既方便又灵活，它不仅使系统体积缩小，而且性能可靠，便于调试及运用，在设计电路时应多采用。集成电路有模拟集成电路和数字集成电路。国内外已生产出大量集成电路，其器件的型号、原理、功能、特征可查阅有关手册。选择的集成电路不仅要在功能和特性上实现设计方案，而且要满足功耗、电压、速度、价格等多方面的要求。四、数字电子技术课程设计要求本课程设计主要目的是利用已有EDA工具，完成系统电路设计和功能仿真。实际系统电路设计过程中，学生应学会电子系统设计的基本设计方法，包括：方案的选择、框图的绘制、单元电路的设计、元器件的选择等方面。功能仿真环节，学生应学会使用电路仿真分析软件Multisim（或其他EDA工具软件）在计算机上进行电路分析与设计的方法。要求学生所选课题必须在计算机上通过仿真建立系统，完成设计要求。五、课程设计报告内容、格式要求1、设计任务及要求2、设计目的3、设计的具体实现1）系统概述简单介绍系统设计思路与总体方案的可行性论证，画出设计的原理框图，并说明该框图的工作过程及每个模块的功能。2）单元电路详细设计与分析详细介绍各单元电路的选择、设计及工作原理，画出各功能模块的原理电路图，并说明有关参数的计算及元器件的选择等。3）系统整体设计与分析详细介绍系统各单元电路之间的相互关系，解释系统整体工作原理，给出系统总的仿真电路图，给出详细的系统功能分析与设计步骤，给出系统结果及对结果的分析说明。4、元器件明细表列出本次课程设计中所用的全部元器件。5、心得体会及建议6、参考文献参考文献的格式：序号•作者名•书刊名•出版杜•出版时间(刊号)注意：书写课程设计报告要求：设计思路清晰，电路原理正确，书写及绘图认真、整洁、规范。正文要求从以下几个方面入手：设计方案的选择与确定；整个电路的工作原理方框图及工作原理概述；单元电路设计计算，元器件的选择，画出单元电路原理图并说明工作原理等；画出总体电路原理接线图；电路存在的问题及改进意见；设计总结。所有同学应采用统一标准的封面。六、数字电子技术课程设计题目1、数字抢答器设计设计任务与要求：利用所学数字电子技术的理论知识设计一个数字抢答器，可用于各种知识竞赛或智力竞赛的场合。内容及要求：1）抢答器可供4人竞赛时使用，每个参赛者均设有一个抢答按钮。2）电路具有优先抢答权功能，即对第一抢答者的信号具有鉴别和锁存功能。3）电路能够显示获得抢答权者的编号，并通过扬声器鸣音表示已经有人抢到答题权。4）电路具有复位功能，当一轮抢答结束后，由主持人将系统复位，可进行下一轮抢答。2、数字电子钟设计设计任务与要求：利用所学数字电子技术的理论知识设计一个数字电子钟。内容及要求：1）时钟能够数字显示“时”、“分”、“秒”，分别设计十二进制/二十四进制计数器子电路、六十进制计数器子电路。2）具有校时功能，能够快速校准“时”、“分”、“秒”。3）时钟具有整点报时功能，设计整点报时子电路。3、交通信号灯控制器设计设计任务与要求：利用所学数字电子技术的理论知识设计一个十字路口交通信号灯控制器。为了确保十字交叉路口车辆的安全、迅速地通行，十字路口每个入口处均设置信号灯，规则是“红灯停、绿灯行”，黄灯则给车辆的停止提供了缓冲时间。内容及要求：1）用红、绿、黄三种发光二极管作为信号灯，用逻辑开关代替传感器作为检测车辆是否到来的信号，设计一个交通信号灯控制器。2）遵循“红灯停，绿灯行”，红绿灯时间为60秒，设计倒计时计数器电路。3）每次绿灯变红灯过程中，要求黄灯先闪亮5s,以便行驰的车辆及时停止。4）或不用黄灯，使十字路口红绿灯变换有5s的红灯重叠时间。4、循环彩灯控制电路设计设计任务与要求：利用所学数字电子技术的理论知识设计实现循环彩灯控制电路功能。内容及要求：1）LED彩灯的状态可以按指定数据（如0011或1110等数字）设置。2）设置启动开关。3）根据LED彩灯亮、灭的不同组合状态构建彩灯显示样式，延迟一定时间后，灯开始变换不同状态，要求变换样式至少要4种。5、汽车尾灯控制器设计设计要求假设汽车尾部左右两侧各有4个指示灯(用发光二极管模拟)有四种显示模式如下：1）汽车正常运行时指示灯全灭；2）右转弯时，右侧4个指示灯按右循环顺序点亮，每灯只亮0.5秒；3）左转弯时,左侧4个指示灯按左循环顺序点亮，每灯只亮0.5秒；4）临时刹车时左右两侧所有指示灯同时闪烁。6、病房呼叫系统设计设计任务与要求：利用所学数字电子技术的理论知识设计实现病房呼叫系统功能。内容及要求：1）设置开关K1-K7为病房呼叫开关。2）用指示灯显示病房的呼叫。3）当多个病房同时呼叫时，护士值班室中显示优先级别最高的病房号且蜂鸣器SP使计算机上的扬声器发声。7、拔河游戏机要求：1）拔河游戏机需要9个指示灯排成一行，开机后只有中间一个亮点，以此作为拔河的中间线，游戏双方各持一个按键，迅速、不端地按动产生脉冲，哪方按得快，亮点就向哪方移动，每按一次，亮点移动一次。移到任一方二极管的终端，该方获胜，此时双方按键均无作用，输出保持，只有经复位后才能使亮点恢复到中心线。2）显示器显示胜者的盘数。8、篮球比赛数字计分牌要求：1）分别记录两队得分情况；2）进球得分分别有得一分、两分、三分的情况；3）纠正错判得分减2分或1分；4）分别用三个数码管显示器记录两队的得分情况。9、8路数显报警器设计设计任务与要求：利用所学数字电子技术的理论知识设计实现8路数显报警器功能。内容及要求：1）用8位优先编码器、7段译码/驱动器、反相器及时基电路构成8路数显优先报警器。2）利用译码/驱动器经由显示管显示出报警的路数。3）实现报警电路功能设计。10、加/减法运算电路设计设计任务与要求：利用所学数字电子技术的理论知识设计实现加/减法运算电路。内容及要求：1）设计被加/减数寄存器A和被加/减数寄存器B单元。2）设计全加器工作单元、设计BCD码转换显示电路。3）设计电路使之能进行四位二进制数的加减法运算（减法只取限于被减数大于减数的情况）。4）用数码管以十进制形式显示最后运算结果。11、电子锁电子锁除了有锁的功能，还有记忆、识别、报警、兼作门铃。锁体一般由锁栓、弹簧、和锁框组成，当有开锁信号时，电磁线圈通电，移动锁栓。密码为8位二进制代码。当开锁信号和密码相同，开锁。否者，报警。八、数字电子技术课程设计选题要求每两人一组，任选其中两题。基础好、动手能力强的同学可多选一题，即完成三道题。或题目自选，但必须是综合性，有一定的难度也可以。设计任务要求：（1）画出组成框图、总体设计电路图。（2）均首先采用Multisim或EWB、proteus、quartusii等仿真软件进行仿真。（3）设计报告要按照格式来做。设计结果要以打印稿上交，同时设计报告的电子版和设计的电路图，运行结果（.msm或ewb文件）也要上交统一制作。电子文件用“学号（空一格）姓名”命名，文件夹用班级名称命名。设计报告的要求：设计报告的要求包括以下的内容：一、设计任务书二、设计框图及整机概述三、各单元电路的设计方案及原理说明四、调试过程及结果分析五、设计、安装及调试中的体会六、附录（包括：整机逻辑电路图和元器件清单）仿真软件使用1.1Multisim7使用简介Multisim是InteractiveImageTechnologies(ElectronicsWorkbench)公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。1.1.1Multisim概貌软件以图形界面为主，采用菜单、工具栏和热键相结合的方式，具有一般Windows应用软件的界面风格，用户可以根据自己的习惯和熟悉程度自如使用。一、Multisim的主窗口界面。启动Multisim7后，将出现如图1所示的界面。界面由多个区域构成：菜单栏，各种工具栏，电路输入窗口，状态条，列表框等。通过对各部分的操作可以实现电路图的输入、编辑，并根据需要对电路进行相应的观测和分析。用户可以通过菜单或工具栏改变主窗口的视图内容。二、菜单栏菜单栏位于界面的上方，通过菜单可以对Multisim的所有功能进行操作。不难看出菜单中有一些与大多数Windows平台上的应用软件一致的功能选项，如File，Edit，View，Options，Help。此外，还有一些EDA软件专用的选项，如Place，Simulation，Transfer以及Tool等。1.FileFile菜单中包含了对文件和项目的基本操作以及打印等命令。命令功能New建立新文件Open打开文件Close关闭当前文件Save保存SaveAs另存为NewProject建立新项目OpenProject打开项目SaveProject保存当前项目CloseProject关闭项目VersionControl版本管理PrintCircuit打印电路PrintReport打印报表PrintInstrument打印仪表RecentFiles最近编辑过的文件RecentProject最近编辑过的项目Exit退出Multisim2.EditEdit命令提供了类似于图形编辑软件的基本编辑功能，用于对电路图进行编辑。命令功能Undo撤消编辑Cut剪切Copy复制Paste粘贴Delete删除SelectAll全选FlipHorizontal将所选的元件左右翻转FlipVertical将所选的元件上下翻转90ClockWise将所选的元件顺时针90度旋转90ClockWiseCW将所选的元件逆时针90度旋转ComponentProperties元器件属性3．View通过View菜单可以决定使用软件时的视图，对一些工具栏和窗口进行控制。命令功能Toolbars显示工具栏ComponentBars显示元器件栏StatusBars显示状态栏ShowSimulationErrorLog/AuditTrail显示仿真错误记录信息窗口ShowXSpiceCommandLineInterface显示Xspice命令窗口ShowGrapher显示波形窗口ShowSimulateSwitch显示仿真开关ShowGrid显示栅格ShowPageBounds显示页边界ShowTitleBlockandBorder显示标题栏和图框ZoomIn放大显示ZoomOut缩小显示Find查找4．Place通过Place命令输入电路图。命令功能PlaceComponent放置元器件PlaceJunction放置连接点PlaceBus放置总线PlaceInput/Output放置输入/出接口PlaceHierarchicalBlock放置层次模块PlaceText放置文字PlaceTextDescriptionBox打开电路图描述窗口，编辑电路图描述文字ReplaceComponent重新选择元器件替代当前选中的元器件PlaceasSubcircuit放置子电路ReplacebySubcircuit重新选择子电路替代当前选中的子电路5．Simulate通过Simulate菜单执行仿真分析命令。命令功能Run执行仿真Pause暂停仿真DefaultInstrumentSettings设置仪表的预置值DigitalSimulationSettings设定数字仿真参数Instruments选用仪表（也可通过工具栏选择）Analyses选用各项分析功能Postprocess启用后处理VHDLSimulation进行VHDL仿真AutoFaultOption自动设置故障选项GlobalComponentTolerances设置所有器件的误差6．Transfer菜单Transfer菜单提供的命令可以完成Multisim对其它EDA软件需要的文件格式的输出。命令功能TransfertoUltiboard将所设计的电路图转换为Ultiboard（Multisim中的电路板设计软件）的文件格式TransfertootherPCBLayout将所设计的电路图以其他电路板设计软件所支持的文件格式BackannotateFromUltiboard将在Ultiboard中所作的修改标记到正在编辑的电路中ExportSimulationResultstoMathCAD将仿真结果输出到MathCADExportSimulationResultstoExcel将仿真结果输出到ExcelExportNetlist输出电路网表文件7．ToolsTools菜单主要针对元器件的编辑与管理的命令。命令功能CreateComponents新建元器件EditComponents编辑元器件CopyComponents复制元器件DeleteComponent删除元器件DatabaseManagement启动元器件数据库管理器，进行数据库的编辑管理工作UpdateComponent更新元器件8．Options通过Option菜单可以对软件的运行环境进行定制和设置。命令功能Preference设置操作环境ModifyTitleBlock编辑标题栏SimplifiedVersion设置简化版本GlobalRestrictions设定软件整体环境参数CircuitRestrictions设定编辑电路的环境参数9．HelpHelp菜单提供了对Multisim的在线帮助和辅助说明。命令功能MultisimHelpMultisim的在线帮助MultisimReferenceMultisim的参考文献ReleaseNoteMultisim的发行申明AboutMultisimMultisim的版本说明三、工具栏Multisim7提供了多种工具栏，并以层次化的模式加以管理，用户可以通过View菜单中的选项方便地将顶层的工具栏打开或关闭，再通过顶层工具栏中的按钮来管理和控制下层的工具栏。通过工具栏，用户可以方便直接地使用软件的各项功能。顶层的工具栏有：Standard工具栏、Design工具栏、Zoom工具栏，Simulation工具栏。1．Standard工具栏包含了常见的文件操作和编辑操作，如下图所示：2．Design工具栏作为设计工具栏是Multisim的核心工具栏，通过对该工作栏按钮的操作可以完成对电路从设计到分析的全部工作，其中的按钮可以直接开关下层的工具栏：Component中的MultisimMaster工具栏，Instrument工具栏。（1）作为元器件（Component）工具栏中的一项，可以在Design工具栏中通过按钮来开关MultisimMaster工具栏。该工具栏有14个按钮，每个每一个按钮都对应一类元器件，其分类方式和Multisim元器件数据库中的分类相对应，通过按钮上图标就可大致清楚该类元器件的类型。具体的内容可以从Multisim的在线文档中获取。这个工具栏作为元器件的顶层工具栏，每一个按钮又可以开关下层的工具栏，下层工具栏是对该类元器件更细致的分类工具栏。以第一个按钮为例。通过这个按钮可以开关电源和信号源类的Sources工具栏如下图所示：（2）Instruments工具栏集中了Multisim为用户提供的所有虚拟仪器仪表，用户可以通过按钮选择自己需要的仪器对电路进行观测。3．用户可以通过Zoom工具栏方便地调整所编辑电路的视图大小。4．Simulation工具栏可以控制电路仿真的开始、结束和暂停。1.1.2Multisim对元器件的管理EDA软件所能提供的元器件的多少以及元器件模型的准确性都直接决定了该EDA软件的质量和易用性。Multisim为用户提供了丰富的元器件，并以开放的形式管理元器件，使得用户能够自己添加所需要的元器件。Multisim以库的形式管理元器件，通过菜单Tools/DatabaseManagement打开DatabaseManagement（数据库管理）窗口（如下图所示），对元器件库进行管理。在DatabaseManagement窗口中的Daltabase列表中有两个数据库：MultisimMaster和User。其中MultisimMaster库中存放的是软件为用户提供的元器件，User是为用户自建元器件准备的数据库。用户对MultisimMaster数据库中的元器件和表示方式没有编辑权。当选中MultisimMaster时，窗口中对库的编辑按钮全部失效而变成灰色，如下图所示。但用户可以通过这个对话窗口中的ButtoninToolbar显示框，查找库中不同类别器件在工具栏中的表示方法。据此用户可以通过选择User数据库，进而对自建元器件进行编辑管理。在MultisimMaster中有实际元器件和虚拟元器件，它们之间根本差别在于：一种是与实际元器件的型号、参数值以及封装都相对应的元器件，在设计中选用此类器件，不仅可以使设计仿真与实际情况有良好的对应性，还可以直接将设计导出到Ultiboard中进行PCB的设计。另一种器件的参数值是该类器件的典型值，不与实际器件对应，用户可以根据需要改变器件模型的参数值，只能用于仿真，这类器件称为虚拟器件。它们在工具栏和对话窗口中的表示方法也不同。在元器件工具栏中，虽然代表虚拟器件的按钮的图标与该类实际器件的图标形状相同，但虚拟器件的按钮有底色，而实际器件没有，如下图所示。从图中可以看到，相同类型的实际元器件和虚拟元器件的按钮并排排列，并非所有的是元器件都设有虚拟类的器件。在元器件类型列标中，虚拟元器件类的后缀标有Virtual，如下图所示：1.1.3输入并编辑电路输入电路图是分析和设计工作的第一步，用户从元器件库中选择需要的元器件放置在电路图中并连接起来,为分析和仿真做准备。一、设置Multisim的通用环境变量为了适应不同的需求和用户习惯，用户可以用菜单Option/Preferences打开Preferences对话窗口，如下图所示。通过该窗口的6个标签选项，用户可以就编辑界面颜色、电路尺寸、缩放比例、自动存储时间等内容作相应的设置。以标签Workspace为例，当选中该标签时，Preferences对话框如下图所示：在这个对话窗口中有3个分项：1．Show：可以设置是否显示网格，页边界以及标题框。2．Sheetsize：设置电路图页面大小。3．Zoomlevel：设置缩放比例。其余的标签选项在此不再详述。二、取用元器件取用元器件的方法有两种：从工具栏取用或从菜单取用。下面将以74LS00为例说明两种方法。1．从工具栏取用：Design工具栏MultisimMaster工具栏TTL工具栏74LS按钮从TTL工具栏中选择74LS按钮打开这类器件的ComponentBrowser窗口，如下图所示。其中包含的字段有Databasename（元器件数据库），ComponentFamily（元器件类型列表），ComponentNameList（元器件名细表），ManufactureNames（生产厂家），ModelLevel-ID（模型层次）等内容。2．从菜单取用：通过Place/PlaceComponent命令打开ComponentBrowser窗口。该窗口与上图一样。3．选中相应的元器件在ComponentFamilyName中选择74LS系列，在ComponentNameList中选择74LS00。单击OK按钮就可以选中74LS00，出现如下备选窗口。7400是四/二输入与非门，在窗口种的SectionA/B/C/D分别代表其中的一个与非门，用鼠标选中其中的一个放置在电路图编辑窗口中，如左图所示。器件在电路图中显示的图形符号，用户可以在上面的ComponentBrowser中的Symbol选项框中预览到。当器件放置到电路编辑窗口中后，用户就可以进行移动、复制、粘贴等编辑工作了，在此不再详述。三、将元器件连接成电路在将电路需要的元器件放置在电路编辑窗口后，用鼠标就可以方便地将器件连接起来。方法是：用鼠标单击连线的起点并拖动鼠标至连线的终点。在Multisim中连线的起点和终点不能悬空。1.1.4虚拟仪器及其使用对电路进行仿真运行，通过对运行结果的分析，判断设计是否正确合理，是EDA软件的一项主要功能。为此，Multisim为用户提供了类型丰富的虚拟仪器，可以从Design工具栏Instruments工具栏，或用菜单命令（Simulation/instrument）选用这11种仪表，如下图所示。在选用后，各种虚拟仪表都以面板的方式显示在电路中。下面将11种虚拟仪器的名称及表示方法总结如下表：菜单上的表示方法在仪器工具栏上的对应按钮仪器名称电路中的仪器符号Multimeter万用表FunctionGenerator波形发生器Wattermeter瓦特表Oscilloscape示波器BodePlotter波特图图示仪WordGenerator字元发生器LogicAnalyzer逻辑分析仪LogicConverter逻辑转换仪DistortionAnalyzer失真度分析仪SpectrumAnalyzer频谱仪NetworkAnalyzer网络分析仪注1：该软件中用’代替—表示反变量，例如。注2：该软件没有异或符号，处理方式是将异或运算写成。在电路中选用了相应的虚拟仪器后，将需要观测的电路点与虚拟仪器面板上的观测口相连（如下图），可以用虚拟示波器同时观测电路中两点的波形。双击虚拟仪器就会出现仪器面板，面板为用户提供观测窗口和参数设定按钮。以上图为例，双击图中的示波器，就会出现示波器的面板。通过Simulation工具栏启动电路仿真，示波器面板的窗口中就会出现被观测点的波形，如下图所示。1.1.5电路实例这节将以3个电路实例说明Multisim在电路设计和分析中的使用方法。Multisim的基础是正向仿真，为用户提供了一个软件平台，允许用户在进行硬件实现以前，对电路进行观测和分析。例1．构造同步16进制计数器，并用7段数码管进行观测（文件名：counter.msm）。通过运行仿真验证电路功能。在这个电路的基础上将计数器改为10进制，并通过仿真验证修改结果是否正确（注：显示0~9）。首先选用T触发器和带译码的7段数码管和与门一起构成4位16进制计数器如下图。在电路中选用1Hz矩形波发生器，通过仿真观测运行的情况。使用异步置零法，在图中加入反馈电路，当触发器的状态变为1010时通过Reset端对触发器进行清零。电路设计结果如下图。通过仿真可以观测到电路已经成为10进制计数器（文件名：counterb.msm）。例2．分析已经给出的阶梯波发生器。电路如下图（文件名：Stepwave.msm）。通过运行仿真观测电路的功能，通过改变信号源的参数来改变阶梯波的频率，同时用示波器进行观测。从图中可以看到，电路大致分为两个部分，上部分为4个T触发器和相应门电路构成的16进制计数器，下部分为D/A转换器。电路的信号源为矩形波发生器，通过示波器观测到的波形如下图。例3．分析下图给出的电路（文件名：555.msm），并通过仿真观测电路的功能。在电路中将555的两个输入端连在一起作为信号输入端，输入为正弦波信号。整个电路的功能为施密特触发器，它将输入的正弦信号变换为矩形波信号。通过示波器观测到电路的运行情况如下图。1.2EWB及数字电路实验仿真1.2.1EWB的使用方法EWB即虚拟电子工作台（ElectronicsWorkbench），是一种专门用语电子线路仿真的软件，它可以对不同类型的电路、多类型电路组合构成的混合电路进行仿真。目前在电子工程设计、电子类课程教学领域（特别是电子基础课程教学上）得到了广泛的应用。ElectronicsWorkbench具有界面直观、操作方便等优点。使用该软件创建电路、选用元器件和测试一起等均可以直接从屏幕图形中选取，而且测试仪器的图形与实物外形基本相似，因此特别容易学习和使用，具有一般电子技术基础知识的人员只要几个小时就可学会EWB的基本操作。一、EWB的基本界面1.EWB的主窗口启动EWB5.0，可以看到起主窗口如下图5-1所示菜单栏菜单栏元器件库栏工具栏暂停\恢复开关启动\停止开关图5-1 EWB5.0的主窗口电路描述框图5-1 EWB5.0的主窗口电路描述框状态栏电路工作区从图中可以看出，EWB模仿了一个实际的电子工作台。主窗口包括七个部分：菜单栏、工具栏、元器件库栏、启动\停止开关、暂停\恢复开关、电路工作区、电路描述框和状态栏。其中最大的区域是电路工作区，在这里可以进行电路的连接和测试。在电路工作区下方是电路描述框和状态栏，电路工作区可以对电路进行注释和说明，状态栏及时地反映当前电路工作区的状态。工作区上面是菜单栏、工具栏和元器件库栏。从菜单栏可以选择电路连接、实验的各种命令。工具栏包含了常用的操作命令按钮。元器件库栏包含了电路实验所需的各种元器件与测试仪器。按下，右上角的“启动\停止”开关或“暂停\恢复”开关即可方便地控制实验的进程。2.EWB的工具栏图5-2对工具栏中常用的一些工具按钮作出了简单的标注。刷新刷新打开保存打印剪切复制旋转垂直反转分析图缩小缩放比例粘贴水平反转子电路元器件特性放大帮助图5-2 工具栏工具栏中一些常用按钮的名称及其功能如下：刷新 —清除电路工作区，准备生成新电路；打开 —打开电路文件；保存 —保存电路文件；打印 —打印电路文件；剪切 —剪切至剪切板；复制 —复制至剪切板；粘贴 —从剪切板粘贴；旋转 —将选中的元件逆时针旋转90度；水平反转 —将选中的元件水平反转；垂直反转 —将选中的元件垂直反转；元器件特性 —调出选中的元器件特性对话框；缩小 —将工作区的电路图缩小一定比例；帮助 —调出与选中对象有关的帮助内容。3.EWB的元器件库栏EWB5.0提供了非常丰富的元器件库及各种常用的测试仪器，给电路仿真实验带来了极大的方便。图5-3对元器件库栏给出了标注。自定义器件库信号源库自定义器件库信号源库基本器件库晶体管库混合集成电路库逻辑门电路库指示器件库其它器件库二极管库模拟集成电路库数字集成电路库数字器件库控制器件库仪器库图5-3 元器件库栏信号源库 —包含了各种类型、各种波形的电源和控制源；基本器件库 —包括了常见的基本无源元件：各种R、L、C元件及常用类型开关；二极管库 —包含了各种二极管及二极管构成电路；晶体管库 —提供了各种三极管和场效应管；数字集成电路库 —包含了目前常见的逻辑集成电路芯片；逻辑门电路库 —包含了逻辑门电路和一些中规模组合逻辑集成电路芯片；数字器件库 —其中主要有各种类型触发器、加法器和中规模时序逻辑集成电路芯片；指示器件库 —提供了常用的电路指示部件和电压表、电流表两种测量仪器；仪器库 —共有七种仪器为电子工作台的电路测试参数或波形，其中有逻辑转换仪在实际中并没有此类产品，它为数字电路的逻辑测试提供了极大的方便。二、EWB的基本操作方法在应用EWB5.0软件实现对电子线路的仿真与设计中，首先必须要创建一个电路，根据设计的要求在电路工作区选用适当的元器件并对其进行连接构成电路；其次从软件的仪器库选用适当的仪器对电路进行测试，掌握相应的电路参数看其是否与设计要求相符合，通过修改电路使之与设计要求逐步达到吻合；最后得到电路将其存盘并运用于实践中。1.电路的创建与运行电路的创建分为元器件的选用布置、导线的连接两个部分组成。（1）元器件的操作元器件的操作包括元器件的选用、移动、旋转、复制和删除、元器件的参数设置等a.元器件的选用选用元器件时，首先在元器件库栏中单击包含该元器件的图表，打开该元器件库。然后从元器件库中将该元器件拖拽至电路工作区。b.选中元器件在连接电路中，常常需要对元器件进行必要的操作：移动、旋转、复制、删除、设置参数等。这些通常都需要先选中该元器件。要选中某个元器件可使用鼠标的左键单击该元器件。如果还要选中其它的元器件，可以反复使用Ctrl+单击选中这些元器件。被选中的元器件以红色显示，便于识别。如果要同时选中一组相邻的元器件，可以在电路工作区的适当位置拖拽画出一个矩形区域，包围在该区域内的一组元器件即被同时选中。要取消某一个元器件的选中状态，可以使用Ctrl+单击。要取消所有被选中元器件，只需单击电路工作区的空白部分即可。c.元器件的移动要移动一个元器件，只要拖拽该元器件即可。要移动一组元器件，必须先将这组元器件一起选中，然后用鼠标左键拖拽其中的任意一个元器件即可。选中元器件后，也可使用箭头键使之作微小的移动。d.元器件的旋转与反转为了使得电路工作区的元件布置合理、布线简洁美观，常常需要对元器件进行旋转和反转的操作。可先选中元器件，然后使用工具栏的“旋转、水平反转、垂直反转”等按钮；或者选择Circuit菜单下Rotate(旋转)、Fliphorizontal(水平反转)、Flipvertical（垂直反转）等命令；也可使用Ctrl+R实现旋转操作。e.元器件的复制、删除对选中的元器件，使用Edit菜单下Cut(剪切)、Copy（复制）、Paste（粘贴）、Delete（删除）等命令分别实现元器件的复制和删除等操作。f.元器件标签、编号、数值、模型参数的设置在选中元器件后，按下工具栏中的元器件特性按钮，或者选择Circuit菜单下ComponentProperties(元器件特性)命令，将会弹出相关的对话框，可以输入数据。该对话框可设置多个选项，包括Label(标识)、Models（模型）、Value（数值）、Fault（故障设置）、Display（显示）、AnalysisSetup（分析设置）等内容。g.电路图选项的设置选择Circuit菜单下SchematicOptions（电路图选项）命令可弹出如图5-4所示的对话框，用于设置与电路图显示方式有关的一些选项：栅格的设置（Grid）、显示/隐藏选项（Show/Hide）、字型选项（Font）等。图5-4 电路图选项关于栅格的设置如果按下Fonts按钮则弹出图5-5所示对话框，用于显示和设置Label(标识)、Value(数值)和Models(模型)的字体和型号。图5-5 字型选项对话框2.导线的操作在电路工作区将设计的电路所包含的元器件从元器件库栏中选出，并根据电路的结构将元器件进行布局，接下来就可以根据电路将电路工作区的元器件进行连线了。a.导线的连接首先将鼠标指向元器件的端点使其出现一个小圆点；按下鼠标左键并拖拽出一根导线；拉出导线并指向另一个元器件的端点使其出现小圆点；释放鼠标左键则导线连接完成。b.导线的删除与改动将鼠标指向元器件与导线的连接点使之出现一个小圆点，按下鼠标左键拖拽鼠标使导线离开元器件端点，释放左键导线将自动消失，完成连线的删除。或者将鼠标移向导线单击鼠标左键选中该导线，使用Edit菜单下Delete（删除）命令、键盘上的Delete功能键删除导线。另外也可拖拽鼠标移至另一个连接点，实现连线的改动。c.改变导线的颜色在复杂的电路中，可以将导线设置为不同的颜色，有助于对电路图的识别和对电路一些输入、输出波形的观察。要改变导线的颜色，双击该导线弹出WireProperties(导线属性)对话框，选择SchematicOptions选项，并按下SetWireColor（设置导线颜色）按钮，然后选择合适的颜色双击其颜色图标即可。d.向电路插入元器件通常在调试电路过程中，会出现需要在电路中添加元器件的情况。可以将元器件直接拖拽放置在导线上，然后释放鼠标即可插入电路中。或者删除导线添加元器件按照以上连接导线的方法重新连接电路。e.连接点的使用“连接点”是个小圆点（相当于电子线路图中的节点），存放在无源元件库中。一个连接点最多可以连接来自四个方向的导线。可以直接将“连接点”插入导线中；或者在连接导线时，拖拽鼠标至另一导线的中间位置，即将两根导线直接连在一起，电路中将自动生成一个连接点。f.调整弯曲的导线为了便于读图，我们需要电路简洁明朗，这不仅需要元器件的布置合理还要避免导线的弯曲。对于导线的弯曲通常有两种情况：元件位置与导线不在一条直线上。可以选中该元件，然后用四个箭头微调该元件的位置。这种微调方法也可用于一组选中的元器件的位置调整。如果导线连接到“连接点”的方向不合适，也会造成导线不必要的弯曲。可以通过调整导线接入该“连接点”的方向进行调整。3.仪器的操作通过元器件的放置、导线的连接，我们就已经将所设计的电路在虚拟电子工作台EWB上形成了。因为所设计的电路要求它的参数符合设计要求，所以接下来需要对电路参数进行测试，以便对电路进行修改。EWB5.0的仪器库有七台仪器：数字多用表、函数信号发生器、示波器、波特图仪、字信号发生器、逻辑分析仪和逻辑转换仪。这些仪器每种只有一台。如图5-6所示。数字多用表函数信号发生器示波器波特图仪数字多用表函数信号发生器示波器波特图仪字信号发生器逻辑分析仪逻辑转换仪图5-6 仪器库在连接电路时，以上仪器以图5-5中所示的图标形式存在。需要观察测试电路的数据和波形，或者对仪器进行参数设置时可以在电路工作区双击仪器图标打开仪器面板。这里我们介绍有关仪器操作的一般方法。a.仪器的选用与连接选用仪器可以从仪器库中将相应的仪器图标拖拽至电路工作区。仪器图标上有连线端用于将仪器连入电路中，拖拽仪器图标可以移动仪器的位置。不使用的仪器可以拖拽回仪器库存放；或者使用前面所述的元器件的删除方法也可以将仪器移回至仪器库。注意每个仪器在一个电路文件中只能出现一个，当电路工作区已有该仪器就不能再在仪器库中选出该仪器了。b.仪器参数的设置电路仪器用于测量电路参数和信号波形，通常需要对仪器进行参数的设置。双击仪器图标打开仪器面板即可设置仪器参数。以下我们以示波器为例，进行仪器的操作。如图5-7、5-8所示。图5-7 示波器的图标和面板图5-7 示波器的图标和面板A通道B通道接地端A通道B通道接地端触发端图5-8 示波器的连接图5-8 示波器的连接三、EWB的应用EWB软件的元器件库不仅提供了数千种的电路元器件供使用，而且还提供了各种元器件的理想值，因此，仿真的结果就是该电路的理论值，这对于验证电路的原理和电子类课程的教学与实验极为方便。EWB软件可以对各种各样的电子线路进行模拟仿真测试与分析，它提供了较为详细的电路分析手段，不仅可以完成电路的瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析等常规电路分析方法，而且还提供了离散傅立叶分析、电路零极点分析等共十四中分析方法。这里我们主要结合数字电子技术这门课程学习它如何实现数字电路的分析与测试。1.2.1EWB软件与数字电路实验仿真测试和设计附录一．74LS系列TTL电路外引线排列。（顶视）74LS0074LS001234567141312111098VCC4B4A4Y3B3A3Y1A1B1Y2A2B2YGND四2输入正与非门Y=7474LS041234567141312111098VCC6A6Y5A5Y4A4Y1A1Y2A2Y3A3YGND2．74LS04六反相器Y=74LS074LS081234567141312111098VCC4B4A4Y3B3A3Y1A1B1Y2A2B2YGND3.74LS08四2输入与门7474LS101234567141312111098VCC1C1Y3C3B3A3Y1A1B2A2B2C2YGND4．74LS10三3输入正与非门Y=74LS20174LS201234567141312111098VCC2D2CNC2B2A2Y1A1BNC1C1D1YGND5．74LS20双4输入正与非门Y=74LS27174LS271234567141312111098VCC1C1Y3C3B3A3Y1A1B2A2B2C2YGND6．74LS27三3输入正或非门Y=74LS54174LS541234567141312111098VCCJIHGFNCABCDEYGND四路（2-3-3-2）输入与或非门Y=74LS86174LS8612345671234567141312111098VCC4B4A4Y3B3A3Y1A1B1Y2A2B2YGND四2输入异或门Y=A⊕B74LS74174LS741234567141312111098VCC2RD2D2CP2SD2Q2Q1RD1D1CP1SD1Q1QGND双正沿触发D触发器74LS17574LS17512345671413121110VCC4Q4Q4D3D3Q3QCPRD1Q1Q1D2D2Q2QGND891516四正沿触发D触发器74LS90174LS901234567141312111098CP0NCQ0Q3GNDQ1Q2CP1ROAROBNCVCCS9AS9B二-五-十进制异步加计数器74LS11274LS11212345678161514131211109VCC1RD2RD2CP2K2J2SD2Q1CP1K1J1SD1Q1Q2QGND12．74LS112双负沿触发JK触发器74LS13874LS13812345678161514131211109VCCY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6A0A1A2GAGBG113．74LS1383线-8线译码器74LS139174LS13912345678161514131211109VCC2G2A2B2Y02Y12Y22Y1G1A1B1Y01Y11Y21Y314．74LS139双2线-8线译码器74LS147174LS14712345678161514131211109VCCNCD3219A45678CBGND15．74LS14710线-4线优先编码器74LS174LCCA0A1A2A3G2G1YY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9Y10GND161514131211109171819202122232416．74LS154 4线-16线译码器 74LS15174LS15112345678161514131211109VCCD4D5D6D7AD3D2D1D0YWSTGND17．74LS1518选1数据选择器74LS15374LS15312345678161514131211109VCC2STA02D32D22D12D02Y1STA1