Multisim的探针（Probe）及数字电路的一些调试技巧的应用

Multisim的探针（Probe）及数字电路的一些调试技巧的应用

--EE Bang   By  WRS

 1.电压及数字探针的使用

上图为555方波发生器，根据R1,R2,C2参数的配置可产生频率为46.3KHZ，占空比50%的方波信号，如果用示波器查看波形参数的话需要用两个坐标轴做差，操作不便，另外如果要修改电路将上述电阻换成滑动变阻器的话，使其产生可变频率的方波信号，用电压和数字探针则可直观地看到频率的变化，方便调试。

 

电压探针的几个参数：

１．V(p-p):peak-peak 电压峰峰值

２．V(rms): theroot mean square均方根值

对于周期信号计算公式如下，有些繁琐具体看wiki百科，链接：

https://en.wikipedia.org/wiki/Root_mean_square

 

３．V(dc)：直流偏置，对于方波信号来说

眼前的形状只是他的表象，他的本质是一系列傅里叶级数（无数个正弦函数）+直流偏置（Vdc）构成。我们可以反证，用傅里叶级数合成或者说逼近方波。

其理论基础如下：

接下来我们用MATLAB数值仿真来验证一下：以下方波由5000个奇次谐波，即5000个具有上式形式的正弦函数所合成。

 

那么接下来我们试一下数量少的奇次谐波来逼近方波的效果如何。

左右图分别为2，4个几次谐波的效果图。

 

当谐波项数达到50次时，几乎很逼近了，但会出现振铃现象。放大会发现：

继续测试还会发现其他更有意思的现象。这里先不说了，那么我们的5000次谐波的波形还需要直流偏置，才能是555发生器所生成的方波那样的形式。

 

此时我们已经成功用2.5v的直流电压偏置和5000个奇数谐波模拟出了方波，更深入地理解了信号的概念。

经过如上的分析，对于标准的方波信号(最小值等于0)，其直流偏置等于其幅值的一半。MATLAB代码见尾部附录。

 

2.数字电路的调试技巧

 

 

当译码器正常工作时候，如上图拨码开关连到5V，输入端状态‘1111’，第二片的Y7被选中，输出为‘0’

74LS138的输出级如下，其输出结构详见数电书TTL门电路TTL反相器输出级典型电路push-pull推挽输出结构，其被选中的输出端亮灯原理如下：

 

 

 

 

Q2和Q1工作时一个导通，另一个截至，当Q2导通，Q1截止时其VOUT输出高电平；当Q1导通，Q2截止时VOUT输出低电平，5v电源向Q1灌电流，LED亮，即可观察到实验现象。（注意看电流探针和电压探针的参数情况，实际电路要加限流电阻，限流电阻的选择需根据发光二极管的导通阈值选择，其典型值如下：

 

 

 

 

另外只是Multisim软件中，输入端悬空默认低电平，实际TTL电路中，输入端悬空，输入级会产生一个假的“高电平”，所以实际电路中要给定输入端引脚一个确定的状态，避免悬空的情况发生。其TTL电路输入级原理如下：

 

TTL电路：

54/74系列

54/74S系列( Schottky TTL)肖特基系列

74LS系列（Low-power SchottkyTTL）低功耗肖特基系列

74AS系列（Advanced SchottkyTTL）先进的肖特基系列

74ALS系列(Advanced Low-powerSchottky TTL) 先进的低功耗肖特基系列

74F系列（Fast TTL） 快速系列

CMOS电路：

4000系列

54/74HC系列

54/74HCT系列

54/74AHC系列

54/74AHCT系列

74LVC系列

74ALVC系列

附录如下：(如有问题，欢迎指正)

  MATLAB方波的傅里叶级数代码：

 

clear;

fs = 10^4;

% t =0:1/fs:10000/fs;

t = 0:1/fs:2*pi/25*3;

plot(t,10/pi*(sin(25*t)));

sum = 0;

for i = 1:2:10000

    sum = sum + 10/pi*(1/i*sin(25*i*t));

end

hold on

plot(t,sum);