【摘要】介绍了用中规模计数器74LS163和译码器74LS138构建8路顺序脉冲发生器的Multisim虚拟仿真方案，用仿真软件中的虚拟仪器同时观察和测试时钟脉冲信号与8路脉冲顺序发生器的输出信号。所述方法的实际意义是解决了多路顺序脉冲发生器的输出波形无法用实际电子实验仪器进行分析验证的问题。
【关键词】计数器74LS163；译码器74LS138；顺序脉冲发生器；Multisim；逻辑分析仪
1.引言
顺序脉冲发生器也称节拍脉冲发生器，它能够产生一组在时间上有先后顺序的矩形脉冲。用这组脉冲可以使控制器形成所需的各种控制信号，以便控制机器按照事先规定的顺序进行一系列操作。顺序脉冲发生器作为自动控制必不可少的触发信号在生产生活中发挥着重要作用，并广泛应用于科技、电子、化工、建筑、机械、生物、信息管理等领域。本文主要介绍计数型顺序脉冲发生器的Multisim设计和仿真。
2.Multisim的功能和特点
Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的，专门用于电路仿真和设计的电子设计自动化软件。它将原理图的创建，电路的测试分析、结果的图表显示等全部集成到同一个电路窗口中，近年来在国内外高校和电子技术界得到广泛应用[1]。Multisim的主要特点有：
（1）友好直观的用户界面：元器件和测试仪器等均可直接从屏幕上的器件库和仪器库中直接选取，电路原理图的创建、电路的测试分析和结果的图表显示等全部集成到同一电路窗口。
（２）丰富的元件库：提供了规模庞大的元器件库，各种元件分门别类地放在这些元件箱中供用户随意调用，用户还可以建立自己的元件库，即对自己研发的新器件编辑、修改和创建。
（３）齐全的虚拟仪表：有大量的仪器仪表，如万用表、函数信号发生器、双踪示波器、波特图仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真仪和频谱分析仪等。这些仪器的参数设置、使用方法与外观设计与真实仪器基本一致，且能多台同时调用，并可将测试结果保存，为电路的仿真提供了强大的保证。
（４）强大的分析功能：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、电路的噪声分析和失真分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等电路分析方法，以帮助设计人员分析电路的性能。
（5）顺序脉冲发生器Multisim仿真方案的设计。
顺序脉冲通常由计数器和译码电路构成[2]。在multisim10.0平台上创建由74LS163和74LS138构成的8路顺序脉冲发生器仿真电路，如图1所示。
图1 顺序脉冲发生器的仿真电路
74LS163 是4位二进制同步计数器，它具有同步清零、同步置数的功能，在清零端和置数端输入电平无效的情况下，输出端能够累计输入时钟脉冲的个数，输出QDQCQBQA的计数状态为0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001、1010、1011、1100、1101、1110至1111的循环。在本设计方案中选取74LS163的低三位即QCQBQA为有效输出，连接至74LS138的输入端。
74LS138为三线-八线译码器，在三个使能端均有效的情况下，当输入3位二进制代码CBA依次为000、001、010、011、100、101、110、111时， 8个输出端Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7依次输出有效电平（低电平）。
选择Multisim中的时钟源（Clock Source）为计数器74LS163提供时钟脉冲输入，设置好参数，时钟频率500Hz，电压5伏。74LS138的输出端分别接8个指示探针X1~X8，用于指示输出电平的高低。
为了进行顺序脉冲发生器的逻辑功能仿真，引入Multisim虚拟仪器库中的逻辑分析仪（Logic Analyzer），将时钟源和74LS138的8个输出端分别与逻辑分析仪的1~9输入端相连，构成仿真电路。
如1图的顺序脉冲发生器的工作原理：随着时钟脉冲源的输入，计数器74LS163的输出端开始计数，低三位QCQBQA的输出状态在000、001、010、011、100、101、110、111间依次循环，这些输出信号，做为三线-八线译码器74LS138的输入二进制代码，经译码后，分别在8个输出端依次输出低电平，即在输出端输出8路顺序脉冲信号。
3.顺序脉冲发生器的Multisim仿真结果分析
打开Multisim软件的仿真开关，几秒钟后，看到指示探针X1~X8依次单个熄灭，说明74LS138的输出端Y0~Y7依次出现低电平，双击逻辑分析仪图标将其面板打开，看到仿真结果，如图2所示。
图2 仿真时序图波形
图2中，由上至下，依次是时钟脉冲
信号、74LS138的八个输出端Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7的信号波形。从左至右观察图2可看出：第1个时钟脉冲信号CLK 上升沿到来后，译码器输出端Y0输出宽度为1个时钟周期的负脉冲（此时计数器74LS163的低三位输出为000）；第2个时钟脉冲信号CLK 上升沿到来后，译码器的Y1端输出宽度为1个时钟周期的负脉冲（此时计数器74LS163的低三位输出为001）；第3个时钟脉冲信号CLK上升沿到来后，译码器的Y2端输出宽度为1个时钟周期的负脉冲（此时计数器74LS163的低三位输出为010）；第4个时钟脉冲信号CLK上升沿到来后，译码器的Y3端输出宽度为1个时钟周期的负脉冲（此时计数器74LS163的低三位输出为011）；第5个时钟脉冲信号CLK上升沿到来后，译码器的Y4端输出宽度为1个时钟周期的负脉冲（此时计数器74LS163的低三位输出为100）；第6个时钟脉冲信号CLK上升沿到来后，译码器的Y5端输出宽度为1个时钟周期的负脉冲（此时计数器74LS163的低三位输出为101）；第7个时钟脉冲信号CLK上升沿到来后，译码器的Y6端输出宽度为1个时钟周期的负脉冲（此时计数器74LS163的低三位输出为110）；第8个时钟脉冲信号CLK上升沿到来后，译码器的Y7端输出宽度为1个时钟周期的负脉冲（此时计数器74LS163的低三位输出为111）。
经过8个时钟脉冲信号作用后，顺序脉冲发生器的8个输出端各完成一次顺序脉冲的输出，如此循环，可见，仿真实验的结果和顺序脉冲发生器的功能一致。
4.结束语
顺序脉冲发生器在生产生活的很多领域尤其是自动控制领域起着必不可少的重要作用，也是数字电路课程中重要的学习内容，由于受到普通实验仪器的限制，现有的示波器多为双踪示波器，无法同时观测多路波形，所以无法对顺序脉冲发生器的工作波形进行硬件实验验证，用 Multisim 软件仿真有效地解决了这一问题。
本文的仿真电路中，用逻辑分析仪，以时序波形图的形式显示顺序脉冲发生器输出状态，可直观观测8路输出信号的状态变化过程及变化与时钟脉冲信号边沿的对应关系，具有实际应用意义。
参考文献
[1]聂典.Multisim9计算机仿真在电子电路设计中的应用[M].北京:电子工业出版社,2007.
[2]张惠敏.数字电子技术[M].北京:化学工业出版社,2009.
[3]彭文竹.Multisim在数字电路课程设计中的应用[J].阜阳师范学院学报,2009,9:48-50.
作者简介：
张磊（1981—），女，硕士研究生，讲师，现供职于天津铁道职业技术学院铁道动力系电工电子教研室，研究方向：微电子学与固体电子学。
