本书根据数字电路课程教学要求，在对数字电路的理论阐述基础之上，重点讲述如何利用Multisim 14.0对数字电路进行理论仿真与分析。全书分为8章，分别为Multisim 14.0基本操作、逻辑代数基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、数模转换与模数转换、脉冲波形的产生与整形。各章节内都有数字电路知识体系中的一些典型电路的理论阐述、仿真和分析。本书紧密联系实际教学，实例丰富，可作为电子信息类相关专业本科生的教学用书和参考书，也可供从事电路设计和系统开发的工程技术人员阅读参考。

前 言 在电子类相关专业中，数字电路是一门必修课程，但在实际教学中，往往是理论课时安排较多，实验课时安排较少。受制于可用的实验箱，即使师生在实验中投入大量的精力和物力，也只是对基本实验进行电路的搭建和实验，对复杂电路却有心无力，有些实验根本无法在实验箱上完成。为了在学习数字电路理论知识的同时，随时随地对电路进行仿真和分析，以此提高学生对数字电路的学习兴趣，加深学生对数字电路理论的理解程度，作者根据实际教学需要，结合实验教程，编写本书。 全书分为8章，分别为Multisim 14.0基本操作、逻辑代数基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、数模转换与模数转换、脉冲波形的产生与整形。章节内容安排上，在覆盖数字电路基础理论知识的同时，针对每个知识点进行电路的仿真与分析，并有一定的拓展。本书适用于电子信息类本科生数字电路理论的辅助教学，也可以作为一些职业教育院校的数字电路教材。 读者在阅读本书时，如果已经掌握Multisim 14.0操作，则可略过第1章的学习，对后面章节展开学习。 本书由马宏兴担任主编，负责制定编写提纲、统稿和定稿，并编写第2章至第7章内容；第1章由樊荣编写，第8章由赵虎编写，第2章部分内容由白顺先编写；丁黎明、杨尚林、王瑞东、温景阳、马玉韬、张伶、董凯兵、盛铁雷、丁雨恒、王英菲等人参与部分电路仿真；杨媛参与电路仿真的同时，对本书做了校正工作。 本书由北方民族大学本科教材建设项目资助出版。 本书是北方民族大学校级重点教研建设项目—基于专业工程认证的电子设计课程群仿真教学方法研究与平台建设项目、校级电子设计课程建设的重要支撑点之一，也是国家一流专业建设—电子信息工程专业建设教材。本书是在作者实际教学经验基础上编写的，借鉴了数字电路其他经典教材的理论部分，并对这些理论进行了仿真、分析和拓展。由于作者水平问题，不妥之处敬请谅解。 E-mail：mhx_nx@163.com 编者 2022年5月 有关本书的一些说明 在进行本书阅读时，请仔细阅读下面一些内容。 本书第1章对数字电路仿真软件Multisim 14.0的基本操作进行讲解，若读者具有该软件的使用基础，可跳过本章。本书后7章依据数字电路知识体系编写，包括逻辑代数基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、模数/数模转换、脉冲波形的产生与整形。本书在阐述数字电路基础理论时，用软件对数字电路进行仿真和分析，直观呈现电路运行结果，并在内容上有一定拓展，达到理论知识与实践知识结合、提高读者实践能力的目标。 本书有一些较为特殊的定义与说明。 在逻辑电路中，通常规定高电平为逻辑1，低电平为逻辑0，这是正逻辑；负逻辑则相反。本书采用正逻辑。 在TTL门电路中，0～0.8V为低电平，电压若处于这一范围，则表示逻辑0；2～5V为高电平，电压若处于这一范围，则表示逻辑1。 在进行电路仿真时，开关断开，定义为逻辑0；开关闭合，定义为逻辑1；灯灭，定义为逻辑0，灯亮，定义为逻辑1。 对于变量的非，本书有三种表示方式，这会给读者带来一定的阅读困扰。造成这一困扰的原因是：（1）Multisim 14.0绘制电路时，元器件的引脚中“非”是用“～”表示的； （2）逻辑转换仪中逻辑变量的“非”输入是用“＇”表示的；（3）逻辑表达式如果太复杂，用“～”和“＇”不能表现出层次感，会增加理解障碍，此时，“非”一般用“-”表示。因此，本书对于某个变量（A）的非，在复杂逻辑表达式的表示与化简中使用 ；在Multisim 14.0电路绘制与仿真图中，引脚描述和必要的标注时使用 ；在逻辑转换仪及其结果描述中，使用 。读者在进行本书阅读时，需要注意这些表示方式之间的转换。 另外，书中对于逻辑变量，在理论阐述与分析时一般用斜体，但在对仿真电路注释和分析时，为了与仿真电路图对应，不再用斜体，而是与仿真电路一致，以方便学习和理解。 绘制数字电路时，数字接地端（ ，DGND）仅示意性地放置于含有数字元器件的电路中，通常不与任何元器件相接，如果数字电路中无接地端，需要放置数字接地端；如果电路需要接地，一般用接地端（ ，GROUND）。数字电路仿真时，如果将“ ”误用“ ”，不会影响电路仿真结果。

目 录 第1章 Multisim 14.0基本操作 1 1.1 Multisim 14.0的安装 1 1.2 Multisim 14.0用户界面 2 1.3 Multisim 14.0界面属性设置 3 1.3.1 Global Options设置 3 1.3.2 Sheet Properties设置 4 1.4 Multisim 14.0基本操作 5 1.4.1 创建原理图文件 5 1.4.2 元器件的选择 6 1.4.3 元器件的放置 7 1.4.4 元器件的位置调整 8 1.4.5 元器件的对齐 8 1.4.6 元器件的属性设置 8 1.4.7 元器件的右键功能 9 1.4.8 元器件的连接 10 1.4.9 文本编辑 11 1.4.10 图纸标题栏编辑 11 1.4.11 鼠标右键快捷菜单 12 1.5 Multisim 14.0电路仿真 13 1.5.1 电路仿真 13 1.5.2 模拟电路仿真 15 1.5.3 数字电路仿真 16 第2章 逻辑代数基础 17 2.1 理论基础 17 2.1.1 数制 17 2.1.2 代码 20 2.1.3 二进制算术运算 23 2.1.4 二进制运算的实现 24 2.2 基本逻辑运算 25 2.2.1 与门 25 2.2.2 或门 29 2.2.3 非门 30 2.3 复合逻辑运算 31 2.3.1 与非门 31 2.3.2 或非门 32 2.3.3 与或非门 32 2.3.4 异或门 34 2.3.5 同或门 34 2.4 逻辑函数描述及其相互转换 35 2.4.1 真值表 37 2.4.2 逻辑表达式 37 2.4.3 逻辑图 41 2.4.4 波形图 43 2.4.5 卡诺图 44 2.5 逻辑函数化简及证明 47 2.5.1 代数化简法 47 2.5.2 卡诺图化简法 50 2.5.3 用逻辑转换仪对逻辑函数化简 53 2.5.4 用逻辑转换仪证明逻辑函数等式 57 第3章 逻辑门电路 61 3.1 晶体管的伏安特性和开关特性 61 3.1.1 二极管 61 3.1.2 三极管 64 3.1.3 MOS管 67 3.2 分立元器件门电路 68 3.2.1 二极管与门 68 3.2.2 二极管或门 69 3.2.3 三极管非门 71 3.3 TTL门电路 72 3.3.1 TTL非门 72 3.3.2 TTL与非门 73 3.3.3 TTL或非门 74 3.4 CMOS门电路 75 3.4.1 CMOS非门 76 3.4.2 CMOS与非门 77 3.4.3 CMOS或非门 78 第4章 组合逻辑电路 79 4.1 门级组合逻辑电路的分析 79 4.1.1 二进制数值范围电路的判定 79 4.1.2 电路分析和仿真 80 4.2 门级组合逻辑电路的设计 82 4.2.1 表决电路设计 82 4.2.2 生产线供电电路设计 83 4.3 编码器 85 4.3.1 二进制普通编码器 86 4.3.2 二进制优先编码器 87 4.3.3 8线-3线优先编码器 87 4.3.4 8线-3线编码器扩展16线-4线编码器 89 4.3.5 二-十进制优先编码器 90 4.4 译码器 91 4.4.1 2线-4线译码器74LS139N 91 4.4.2 3线-8线译码器74LS138D 93 4.4.3 3线-8线译码器扩展为4线-16线译码器 94 4.4.4 4线-16线译码器74154N 95 4.4.5 显示译码器 95 4.5 数据选择器 99 4.5.1 4选1数据选择器 99 4.5.2 双4选1数据选择器扩展为8选1数据选择器 101 4.5.3 8选1数据选择器74LS151D电路仿真 101 4.5.4 双8选1数据选择器扩展为16选1数据选择器 102 4.6 数值比较器 103 4.6.1 1位数值比较器 103 4.6.2 4位数值比较器74LS85 104 4.6.3 2片4位数值比较器74LS85扩展为8位数值比较器 105 4.7 加法器 105 4.7.1 半加器 106 4.7.2 全加器 107 4.7.3 串行进位加法器 109 4.7.4 超前进位加法器74LS283 110 4.8 单元级组合逻辑电路的设计 112 4.8.1 8421BCD码转换为余3码 112 4.8.2 8421BCD码转换为余3循环码 113 4.8.3 4位二制数转换为8421BCD码 113 4.8.4 用译码器74LS138设计1位全加器 115 4.8.5 用数据选择器74LS153设计1位全加器 115 第5章 触发器 117 5.1 基本RS触发器 117 5.1.1 理论分析 117 5.1.2 基本RS触发器74LS279N 118 5.2 同步RS触发器 119 5.2.1 理论分析 119 5.2.2 同步RS触发器SR_LATCH 120 5.2.3 同步RS触发器空翻现象 121 5.2.4 边沿RS触发器 122 5.3 JK触发器 122 5.3.1 理论分析 122 5.3.2 主从JK触发器仿真 123 5.3.3 JK触发器74LS112N 124 5.4 D触发器 125 5.4.1 理论分析 125 5.4.2 D触发器74LS74N 126 5.5 T触发器和T＇触发器 126 5.5.1 T触发器 127 5.5.2 T＇触发器 128 第6章 时序逻辑电路 130 6.1 同步时序逻辑电路 131 6.1.1 理论分析 131 6.1.2 同步时序电路仿真与分析 132 6.2 异步时序逻辑电路 133 6.2.1 理论分析 134 6.2.2 异步时序电路仿真与分析 135 6.3 寄存器 136 6.3.1 数码寄存器电路及仿真 136 6.3.2 移位寄存器电路及仿真 138 6.4 计数器 139 6.4.1 二进制同步计数器电路及仿真 140 6.4.2 二-十进制同步计数器电路及仿真 142 6.5 时序逻辑电路设计 143 6.5.1 用触发器设计时序逻辑电路 144 6.5.2 用现有集成电路设计时序逻辑电路 146 6.5.3 六十进制倒计数器设计 151 6.5.4 利用总线设计计数器 152 6.5.5 利用层次块设计计数器 153 6.5.6 序列信号发生器设计 156 6.5.7 顺序脉冲发生器设计 158 6.5.8 分频器设计 159 第7章 数模转换与模数转换 160 7.1 数模转换 160 7.1.1 权电阻网络DAC电路与仿真分析 161 7.1.2 倒T形电阻网络DAC电路与仿真分析 163 7.1.3 IDAC和VDAC电路仿真 164 7.2 模数转换 166 7.2.1 3位并行比较型ADC电路及仿真分析 166 7.2.2 ADC电路设计与仿真 168 第8章 脉冲波形的产生与整形 170 8.1 555定时器 170 8.2 单稳态电路 172 8.2.1 单稳态电路及仿真分析 172 8.2.2 利用Circuit Wizards绘制单稳态电路 174 8.3 施密特触发器 175 8.3.1 施密特触发器电路及仿真分析 175 8.3.2 施密特触发器对输入波形的变换和整形 176 8.4 多谐振荡器 177 8.4.1 多谐振荡器电路及仿真分析 177 8.4.2 利用Circuit Wizards生成振荡器电路 178 8.4.3 用555 Timer Wizard设计六十进制减法计数电路 179 8.4.4 用555 Timer Wizard设计六十进制加法计数电路 181 参考文献 184