仿真工具在数字逻辑实验中的应用

在图３所示的仿真中： （１）当 ｍｏｄｅ置为００ 时，密 码 锁 进 入 设 置 密 码 阶 段：先按 ｒｓｔ初 始 化，然 后 依 次 输 入 数 字，并 按 ｃｌｋ 确 认 ，输 入 ４ 个 数 字 后 密 码 设 置 完 成 ； （２）当 ｍｏｄｅ置为１０时，密码锁进入验证状态：先 按ｒｓｔ初始化，然后依次输 入 数 字，若 数 字 与 设 置 的 密 码一致，按 ｃｌｋ 确 认，ｕｎｌｏｃｋ 开 锁；若 数 字 与 设 置 的 密 码 不 符 ，ｅｒｒ对 应 的 二 极 管 亮 。 仿真 时，一 定 要 理 清 思 路，要 对 仿 真 结 果 认 真 分 析，才能迅 速 地 纠 正 错 误，仿 真 通 过 后 将 代 码 下 载 到 ＣＰＬＤ 芯片中，实际连线检测电路。
对于 ＴＴＬ 器 件 实 验，学 生 首 先 要 利 用 Ｍｕｌｔｉｓｉｍ 软 件 对 自 己 所 设 计 的 电 路 进 行 仿 真 ，仿 真 通 过 后 ，再 用 实际元器件来搭建电路 进 行 实 物 实 验 。 ［１－６］ 基 于 ＥＤＡ 的 ＣＰＬＤ 实验是用软件 的 方 法 来 完 成 硬 件 设 计，先 采 用 ＶＨＤＬ 硬件描述语言进行代码的编写，然后对代码 进行编译，再用 ＱｕａｒｔｕｓＩＩ自 带 的 仿 真 工 具 Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ 进 行 仿 真 ，仿 真 通 过 后 进 行 管 脚 锁 定 等 ，最 后 下 载 到 可 编程器件 ＣＰＬＤ 中进行验证。
田 淑 珍１ ， 贾 玉 荣２
（１．清华大学 计算机系，北京 １０００８４；２．清华大学 电机工程与应用电子技术系，北京 １０００８４）
摘 要：介绍了仿真工具 Ｍｕｌｔｉｓｉｍ 和 Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ的特点及其在数字逻辑实验中的具体应用，探讨了引入仿真 工具对实验教学的辅助作用。实践表明，仿真工具的应用对于提高数字逻辑实验的质量和效果十分有益。 关 键 词 ：数 字 逻 辑 实 验 ； 仿 真 工 具 ； Ｍｕｌｔｉｓｉｍ；Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ 中图分类号：Ｏ４１１．３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００２－４９５６ （２０１５）１－０１２４－０３
在进行 ＴＴＬ 实 验 时，需 要 经 过 复 杂 的 连 线 和 认 真的检查，才能保 证 电 路 的 正 常 工 作。 如 果 直 接 进 行 实 物 实 验 ，可 能 因 元 器 件 的 损 坏 、面 包 板 某 部 分 短 路 或 接触不良等问题使实 验 失 败，而 学 生 会 误 以 为 是 设 计 上 的 错 误 ，反 复 检 查 设 计 错 误 ，从 而 影 响 实 验 的 效 果 。
图 １ 定 时 控 制 电 路 的 设 计 仿 真 电 路 图
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实 验 技 术 与 管 理
（１）在图１中，当 开 关Ｊ１ 接 低 电 平、开 关Ｊ２ 接 高 电平时，打开仿真运 行 开 关，电 暖 气 不 工 作，电 路 可 以 实 现 ２４ 进 制 电 子 钟 的 功 能 。
（２）当开关Ｊ１接高 电 平、开 关 Ｊ２ 接 高 电 平 时，打 开 仿 真 运 行 开 关 ，电 暖 气 工 作 ，电 路 可 以 实 现 模 拟 电 暖 气 工 作 的 过 程 （计 数 显 示 ２４８ 时 停 止 ，按 照 表 １ 要 求 实 现 ４ 个 灯 的 亮 和 灭 ）。
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｏｏｌｓ ｉｎ ｄｉｇｉｔａｌ ｃｉｒｃｕｉｔ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
Ｔｉａｎ Ｓｈｕｚｈｅｎ１，Ｊｉａ Ｙｕｒｏｎｇ２
（１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８４，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８４，Ｃｈｉｎａ）
同样，基于 ＥＤＡ 的 ＣＰＬＤ 实验，在编写好程序代 码后先用仿真工具进行功能仿真和时序仿真。仿真是 对项目进行全面的测 试，以 确 保 设 计 项 目 的 功 能 和 时 序特性与原设计相吻合，满足项目的设计 要 求 。 ［４－６］ 从 仿 真 波 形 中 可 以 分 析 设 计 是 否 正 确，并 对 设 计进行修正。如 果 仿 真 正 确 ，就 可 以 在 实 际 硬 件 上 进
采用 Ｍｕｌｔｉｓｉｍ 仿真设计工具，可以方便地搭建电 路并对电路进行仿 真。 通 过 仿 真，在 计 算 机 屏 幕 上 可 直 观 地 看 到 电 路 的 工 作 状 态 ，验 证 设 计 方 案 的 可 行 性 ， 如果电路存在设计问题，修 改 和 完 善 也 非 常 方 便 。 ［９－１２］ 把仿真实验和实物实 验 相 结 合，将 仿 真 作 为 实 验 的 辅 助 手 段 ，仿 真 通 过 后 再 到 实 验 室 进 行 实 物 实 验 ，可 以 提 高 实 验 的 效 率 ，达 到 事 半 功 倍 的 效 果 。
１ 仿 真 工 具 的 特 点
ＴＴＬ 器 件 实 验 采 用 的 仿 真 工 具 是 Ｍｕｌｔｉｓｉｍ。
收 稿 日 期 ：２０１４－０７－１０ 作者简介：田淑珍（１９６６—），女，北 京，学 士，工 程 师，主 要 从 事 计 算 机 和
电子技术的相关教学工作．
Ｍｕｌｔｉｓｉｍ 具有丰富的仿 真 分 析 能 力，它 包 含 了 电 路 原 理 图 的 图 形 输 入 ，提 供 了 全 面 集 成 化 的 设 计 环 境 ，将 原 理图设计输入、电路 的 仿 真 分 析 及 分 析 结 果 的 输 出 等 都集成在一个窗口中，使 得 方 案 的 设 计 和 修 改 非 常 方 便。绘制电路图需要 的 元 器 件，电 路 仿 真 需 要 的 万 用 表 、示 波 器 、函 数 发 生 器 等 测 试 仪 器 均 可 直 接 从 屏 幕 上 的元件库和设备库中 选 取，操 作 这 些 设 备 如 同 操 作 真 实 设 备 一 样 ，是 非 常 理 想 的 实 验 辅 助 工 具 。
表 １ 定 时 控 制 电 路 的 设 计 要 求
状态
数字钟显示
灯１
指示灯 灯２ 灯３
接 通 电 源 、清 零
０００
亮
பைடு நூலகம்
灭
灭
预 热 ３ ｍｉｎ
００１—００３
亮
亮
灭
快 速 加 热 、升 温
００４—０４８
亮
灭
亮
保 温 ２ｈ
０４９—２４８
亮
灭
灭
停止
２４８
亮
灭
灭
灯４ 灭 灭 灭 亮 灭
首先根据实验电 路 设 计 图，在 元 件 库 中 选 择 所 需 要的元器件并拖曳到 电 路 工 作 区 适 当 的 位 置，然 后 用 鼠 标 画 导 线 连 接 元 器 件 ，完 成 仿 真 电 路 图 （见 图 １）。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｏｏｌｓ，ｉ．ｅ．，Ｍｕｌｔｉｓｉｍ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ｄｉｇｉｔａｌ ｃｉｒｃｕｉｔ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ａｌｓｏ ｔｈｅ ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ａｐｐｌｙｉｎｇ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｏｏｌｓ ｏｎ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｔｅａｃｈｉｎｇ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｏｏｌｓ ａｒｅ ｈｅｌｐｆｕｌ ｉｎ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｉｇｉｔａｌ ｃｉｒｃｕｉｔ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｏｏｌｓ；Ｍｕｌｔｉｓｉｍ；Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ
行下载配置并调试。
３ 仿 真 工 具 在 数 字 逻 辑 实 验 中 的 应 用 实 例
３．１ Ｍｕｌｔｉｓｉｍ 在 ＴＴＬ 器件实验中的应用 以定时控制电路 的 设 计 实 验 为 例，这 个 实 验 是 以
电暖气工作程序为背景的实验。在电暖气不工作时， 电 路 可 当 作 ２４ 进 制 电 子 钟 使 用 ，通 过 数 码 管 显 示 小 时 十位、小时个位、分钟 十 位 和 分 钟 个 位；在 电 暖 气 工 作 时 ，按 照 表 １ 的 要 求 ，用 ４ 只 发 光 二 极 管 对 电 暖 气 的 定 时控制过程进行模 拟 显 示。 灯 １ 为 工 作 指 示 灯，只 要 电暖气加电，该指示灯 便 点 亮；灯 ２ 指 示 预 热 状 态；灯 ３指示快速加热状态；灯 ４ 指示保温状态，到 ２ｈ４８ｍｉｎ 自动停止计数。
ＩＳＣＳＮＮ１ １１０－０２２０－３４４／９Ｔ５６
实 验 技 术 与 管 理 Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ
第 ３２ 卷 第 １ 期 ２０１５ 年 １ 月 Ｖｏｌ．３２ Ｎｏ．１ Ｊａｎ．２０１５
仿真工具在数字逻辑实验中的应用
２ 仿 真 工 具 在 实 验 教 学 中 的 作 用
数字逻辑是电类 专 业 的 基 础 课 程，在 学 习 这 门 课 程时，学生得到的锻炼是系统的和全方位 的 。 ［７－８］ 整 个 实 验 过 程 包 括 三 个 方 面 ：设 计 、仿 真 和 调 试 。 实 验 的 设 计过程既包括用最基 础 的 方 式，即 用 各 种 器 件 连 线 构 成所需要的电路，也 包 括 用 先 进 的ＥＤＡ设 计 方 式 来
如果仿真结果不正确，可以在 Ｍｕｌｔｉｓｉｍ 工作区方 便 地 修 改 电 路 ，再 次 进 行 仿 真 分 析 ，直 到 符 合 实 验 要 求 为止。 ３．２ Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ在 ＣＰＬＤ 实验中的应用