三态门总线传输电路的工作特性及仿真研究

三态电路是一种重要的总线接口电路，由若干个输出端连接在总线上的三态输出门构成。

三态是指输出处于工作状态的逻辑“0”状态输出、逻辑“1”状态输出及没有逻辑功能的高阻态输出。

常规的硬件实验测试三态总线电路逻辑功能的方法是，将三态输出门的控制端、输入端分别接逻辑电平开关，改变逻辑电平开关为逻辑1、逻辑0观测输出函数的逻辑状态。存在的问题是，总线分时传输关系不直观。用Multisim仿真软件进行三态总线电路工作过程波形仿真分析，用环形计数器做实验中的信号源产生所需的各个控制信号、用脉冲信号源产生各数据输入信号，用逻辑分析仪多踪同步显示各个三态门的控制信号、数据输入信号及总线输出信号波形，可直观形象地描述三态门总线传输电路的工作特性。

1、 三态门总线传输电路Multisim仿真实验方法

1）创建电路

确定总线上各个三态门所需的控制信号、数据输入信号的产生方式：用D触发器74LS74构成3位环形计数器产生各三态门所需的分时为1的控制信号，从而保证满足任意时刻仅一个三态门处于工作状态的总线传输条件；用脉冲信号源产生不同频率的各三态门的数据输入信号，以直观观测总线分时传输情况。

确定逻辑分析仪所显示信号：各三态门的控制信号、数据输入信号、总线输出信号。

三态门、D触发器从Multisim的TTL数字IC库中找出，脉冲信号源从Multisim的电源信号源库中找出、逻辑分析仪从Multisim的虚拟仪器库中找出。

2）仿真运行分析

进行实验仿真，分析仿真实验结果。

2、 三态门总线传输电路Multisim仿真实验举例

以74LS126三态传输门做为仿真实验器件。其逻辑表达式为

其中，EN为三态门的工作方式控制变量，A为三态门的输入变量，Y为三态门的输出函数。

1）仿真实验电路创建

构建仿真实验电路如图1所示。

D触发器74LS74构成的3位环形计数器产生各三态门的EN1～EN3控制信号、脉冲信号源产生不同频率的A1～A3数据输入信号，逻辑分析仪XLA1显示各三态门的EN1～EN3控制信号、A1～A3数据输入信号及总线输出信号的波形。

3位环形计数器的有效状态转换图如图2所示，Q1、Q2、Q3端依次轮流为1循环变化，产生各三态门所需的分时为1的控制信号。

脉冲信号源V1、V2、V3的信号频率分别设置为500 Hz、1 000 Hz、1 500 Hz，以便观测总线分时传输情况。

2）仿真运行分析

仿真运行时，先将开关置于接地位置，使3位环形计数器置于100初始状态，然后将开关置于+5 V电源位置，3位环形计数器在时钟脉冲控制下进行计数。

逻辑分析仪显示的波形如图3所示，其中“1”为EN1控制信号的波形、“2”为EN2控制信号的波形、“3”为EN3控制信号的波形、“4”为A1数据输入信号的波形，“5”为A2数据输入信号的波形、“6”为A3数据输入信号的波形、“7”为总线输出信号的波形。

由图3可知，EN1=1时。总线输出信号的波形和A1输入信号的波形相同，实现经总线传输A1信号；EN2=1时，总线输出信号的波形和A2输入信号的波形相同，实现经总线传输A2信号；EN3=1时，总线输出信号的波形和A3输入信号的波形相同，实现经总线传输A3信号。

3、 结束语

由于受实验仪器的限制无法对总线分时传输的工作波形进行硬件实验验证，主要是，现有的信号发生器不能产生多路同步信号，现有的示波器多为双踪示波器无法同时观测多路波形，用Multisim软件仿真解决了这一问题。所述方法具有实际应用意义。

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