第2章 数字电路仿真

2.1 逻辑电路仿真

2.1.1 与、或、非门电路

逻辑代数的基本运算主要有与、或、非三种。在Proteus中用三个指示灯电路来描述与、或、非。仿照1.2.1节新建原理图工程，将工程命名为“1”，进入电路绘制界面，如图2-1-1所示。

执行→命令，弹出“Pick Devices”对话框，在“Keywords”栏中输入“BATTERY”，搜索结果如图2-1-2所示，选择第一个“BATTERY”元件，并放置在图纸上。以同样的方式，将“SW-SPST”元件、“LED-GREEN”元件放置在图纸上，如图2-1-3所示。

将“BAT1”元件、“SW1”元件、“SW2”元件和“D1”元件分别串联起来，与逻辑示意电路连接完毕，如图2-1-4所示。

小提示

◎ 在元件库中搜索“SW-SPST”关键字，即可找到按键。

◎ 在元件库中搜索“LED-GREEN”关键字，即可找到发光二极管。

◎ 扫描右侧二维码可观看与逻辑示意电路连线过程。

在Proteus主菜单中，执行→命令，运行与逻辑示意电路仿真。与逻辑示意电路的初始状态为按键SW1和按键SW2均断开，发光二极管D1不亮，如图2-1-4所示；当按键SW1断开，按键SW2闭合时，发光二极管D1不亮，如图2-1-5所示；当按键SW1闭合，按键SW2断开时，发光二极管D1不亮，如图2-1-6所示；当按键SW1闭合，按键SW2也闭合时，发光二极管D1点亮，如图2-1-7所示。根据仿真结果，可见只有按键SW1和按键SW2同时闭合，发光二极管D1才会点亮，这也说明只有与逻辑的输入端同时为高电平，输出端才为高电平。

仿照与逻辑示意电路的绘制方法，在Proteus中绘制或逻辑示意电路。或逻辑示意电路元件如图2-1-8所示，或逻辑示意电路如图2-1-9所示。

在Proteus主菜单中，执行→命令，运行或逻辑示意电路仿真。或逻辑示意电路的初始状态为按键SW3和按键SW4均断开，发光二极管D2不亮，如图2-1-9所示；当按键SW3断开，按键SW4闭合时，发光二极管D2点亮，如图2-1-10所示；当按键SW3闭合，按键SW4断开时，发光二极管D2点亮，如图2-1-11所示；当按键SW3闭合，按键SW4闭合时，发光二极管D2点亮，如图2-1-12所示。根据仿真结果，可见按键SW3和按键SW4任意一个闭合，发光二极管D2都会点亮，这也说明或逻辑的任意一个输入端为高电平，输出端就为高电平。

仿照与逻辑示意电路的绘制方法，在Proteus中绘制非逻辑示意电路。非逻辑示意电路元件如图2-1-13所示，非逻辑示意电路如图2-1-14所示。

在Proteus主菜单中，执行→命令，运行非逻辑示意电路仿真。当按键SW5断开时，发光二极管D3点亮，如图2-1-14所示；当按键SW5闭合时，发光二极管D3熄灭，如图2-1-15所示。根据仿真结果，可见按键SW5闭合，发光二极管D2反而会熄灭，这也说明非逻辑的输入端若为高电平，则输出端就为低电平。

小提示

◎ 在元件库中搜索“RES”关键字，即可找到电阻。

◎ 与、或、非三个示意电路分别单独仿真不出现仿真报错。

◎ 与、或、非三个示意电路同时仿真会报错，加入“GND”网络后可消除报错。

◎ 发光二极管D3比D1或D2要暗，原因是串联电阻后，流经D3的电流减小。

◎ 扫描右侧二维码可观看与、或、非三个示意电路的仿真结果。

实际上Proteus中提供了与门芯片、或门芯片和非门芯片等。仿照1.2.1节新建原理图工程，将新建工程命名为“2”，进入电路绘制界面。执行→命令，弹出“Pick Devices”对话框，在“Keywords”栏中输入“AND”，即可搜索到与门，并放置到图纸上。以同样的方式在“Pick Devices”对话框的“Keywords”栏中分别输入“OR”和“NOT”，将或门和非门也放置在图纸上，如图2-1-16所示。

在工程图纸上再次放置与门、或门和非门，共放置三个与门、三个或门和三个非门。与门U1的输入引脚分别接入“POWER”网络和“GND”网络，与门U4的输入引脚均接入“POWER”网络，与门U7的输入引脚均接入“GND”引脚；或门U2的输入引脚分别接入“POWER”网络和“GND”网络，或门U5的输入引脚均接入“POWER”网络，或门U8的输入引脚均接入“GND”引脚；非门U3的输入引脚接入“POWER”网络，非门U6的输入引脚接入“GND”引脚，非门U9的输入引脚置空，如图2-1-17所示。

在Proteus主菜单中，执行→命令，进行仿真，可见与门U1的输出引脚为低电平，与门U4的输出引脚为高电平，与门U7的输出引脚为低电平；或门U2的输出引脚为高电平，或门U5的输出引脚为高电平，或门U8的输出引脚为低电平；非门U3的输出引脚为低电平，非门U6的输出引脚为高电平，非门U9的输出引脚为高阻态，如图2-1-18所示。

小提示

◎ 在电路绘制界面左侧工具栏“Terminals Mode”工具中可以找到“POWER”网络。

◎ 在电路绘制界面左侧工具栏“Terminals Mode”工具中可以找到“GND”网络。

◎ 仿真时引脚上方的红色小方块代表此引脚此时为高电平。

◎ 仿真时引脚上方的蓝色小方块代表此引脚此时为低电平。

◎ 仿真时引脚上方的灰色小方块代表此引脚此时为高阻态。

除了与门、或门和非门，Proteus中还有与非门、或非门和异或门，但没有同或门。将与非门、或非门和异或门放置在图纸上，如图2-1-19所示。与非门是将输入端A和输入端B先进行与运算，然后再将结果取反，最后输出端即为输入端A和输入端B的与非运算结果；或非门是将输入端A和输入端B先进行或运算，然后再将结果取反，最后输出端即为输入端A和输入端B的或非运算结果；异或门是将输入端A和输入端B做比较，若输入端A和输入端B不同，则输出端为高电平，若输入端A和输入端B相同，则输出端为低电平；同或门是将输入端A和输入端B做比较，若输入端A和输入端B相同，则输出端为高电平，若输入端A和输入端B不同，则输出端为低电平。

小提示

◎ 在元件库中搜索“NAND”关键字，即可找到与非门。

◎ 在元件库中搜索“NOR”关键字，即可找到或非门。

◎ 在元件库中搜索“XOR”关键字，即可找到异或门。

◎ 同或门与异或门恰恰相反。

读者可以根据基本门电路搭建所需要的运算关系。在实际应用中，可以使用74系列芯片来搭建数字电路。

2.1.2 编码器

编码器的逻辑功能是将输入的每一个高电平信号或低电平信号变成一个对应的二进制代码。仿照1.2.1节新建原理图工程，将工程命名为“3”，进入电路绘制界面，将8线-3线优先编码器74HC148放置在图纸上，并将输入端通过开关与“POWER”网络或“GND”网络相连，将输出端与LED发光二极管相连，如图2-1-20所示。

在Proteus主菜单中，执行→命令，进行仿真。默认状态如图2-1-21所示，74HC148编码器的输入端全部连接高电平，输出端A0输出高电平，发光二极管D1不亮；输出端A1输出高电平，发光二极管D2不亮；输出端A2输出高电平，发光二极管D3不亮。

单击开关元件SW1，使74HC148编码器的输入端0接入低电平，其他输入端接入高电平，输出端A0输出高电平，发光二极管D1不亮；输出端A1输出高电平，发光二极管D2不亮；输出端A2输出高电平，发光二极管D3不亮；引脚GS为低电平，发光二极管D4点亮；引脚EO为高电平，发光二极管D5不亮，如图2-1-22所示。

单击开关元件SW2，使74HC148编码器的输入端1接入低电平，其他输入端接入高电平，输出端A0输出低电平，发光二极管D1点亮；输出端A1输出高电平，发光二极管D2不亮；输出端A2输出高电平，发光二极管D3不亮；引脚GS为低电平，发光二极管D4点亮；引脚EO为高电平，发光二极管D5不亮，如图2-1-23所示。

单击开关元件SW3，使74HC148编码器的输入端2接入低电平，其他输入端接入高电平，输出端A0输出高电平，发光二极管D1不亮；输出端A1输出低电平，发光二极管D2点亮；输出端A2输出高电平，发光二极管D3不亮；引脚GS为低电平，发光二极管D4点亮；引脚EO为高电平，发光二极管D5不亮，如图2-1-24所示。

单击开关元件SW4，使74HC148编码器的输入端3接入低电平，其他输入端接入高电平，输出端A0输出低电平，发光二极管D1点亮；输出端A1输出低电平，发光二极管D2点亮；输出端A2输出高电平，发光二极管D3不亮；引脚GS为低电平，发光二极管D4点亮；引脚EO为高电平，发光二极管D5不亮，如图2-1-25所示。

单击开关元件SW5，使74HC148编码器的输入端4接入低电平，其他输入端接入高电平，输出端A0输出高电平，发光二极管D1不亮；输出端A1输出高电平，发光二极管D2不亮；输出端A2输出低电平，发光二极管D3点亮；引脚GS为低电平，发光二极管D4点亮；引脚EO为高电平，发光二极管D5不亮，如图2-1-26所示。

单击开关元件SW6，使74HC148编码器的输入端5接入低电平，其他输入端接入高电平，输出端A0输出低电平，发光二极管D1点亮；输出端A1输出高电平，发光二极管D2不亮；输出端A2输出低电平，发光二极管D3点亮；引脚GS为低电平，发光二极管D4点亮；引脚EO为高电平，发光二极管D5不亮，如图2-1-27所示。

单击开关元件SW7，使74HC148编码器的输入端6接入低电平，其他输入端接入高电平，输出端A0输出高电平，发光二极管D1不亮；输出端A1输出低电平，发光二极管D2点亮；输出端A2输出低电平，发光二极管D3点亮；引脚GS为低电平，发光二极管D4点亮，引脚EO为高电平，发光二极管D5不亮，如图2-1-28所示。

单击开关元件SW8，使74HC148编码器的输入端7接入低电平，其他输入端接入高电平，输出端A0输出低电平，发光二极管D1点亮；输出端A1输出低电平，发光二极管D2点亮；输出端A2输出低电平，发光二极管D3点亮；引脚GS为低电平，发光二极管D4点亮；引脚EO为高电平，发光二极管D5不亮，如图2-1-29所示。

记录下仿真结果，可以看出符合74HC148编码器的功能表。

小提示

◎在元件库中搜索“74HC148”关键字，即可找到74HC148编码器。

◎在元件库中搜索“SW-SPDT-MOM”关键字，即可找到单刀双掷开关。

◎扫描右侧二维码可观看74HC148编码器的仿真结果。

将二-十进制编码器74LS147放置在图纸上，并将输入端通过开关与“POWER”网络或“GND”网络相连，将输出端与LED发光二极管相连，如图2-1-30所示。

在Proteus主菜单中，执行→命令，进行仿真。默认状态如图2-1-31所示，74LS147编码器的输入端全部连接高电平，输出端Q0输出高电平，发光二极管D6不亮；输出端Q1输出高电平，发光二极管D7不亮；输出端Q2输出高电平，发光二极管D8不亮；输出端Q3输出高电平，发光二极管D9不亮。

单击开关元件SW9，使74LS147编码器的输入端1接入低电平，其他输入端接入高电平，输出端Q0输出低电平，发光二极管D6点亮；输出端Q1输出高电平，发光二极管D7不亮；输出端Q2输出高电平，发光二极管D8不亮；输出端Q3输出高电平，发光二极管D9不亮，如图2-1-32所示。

单击开关元件SW10，使74LS147编码器的输入端2接入低电平，其他输入端接入高电平，输出端Q0输出高电平，发光二极管D6不亮；输出端Q1输出低电平，发光二极管D7点亮；输出端Q2输出高电平，发光二极管D8不亮；输出端Q3输出高电平，发光二极管D9不亮，如图2-1-33所示。

单击开关元件SW11，使74LS147编码器的输入端3接入低电平，其他输入端接入高电平，输出端Q0输出低电平，发光二极管D6点亮；输出端Q1输出低电平，发光二极管D7点亮；输出端Q2输出高电平，发光二极管D8不亮；输出端Q3输出高电平，发光二极管D9不亮，如图2-1-34所示。

单击开关元件SW12，使74LS147编码器的输入端4接入低电平，其他输入端接入高电平，输出端Q0输出高电平，发光二极管D6不亮；输出端Q1输出高电平，发光二极管D7不亮；输出端Q2输出低电平，发光二极管D8点亮；输出端Q3输出高电平，发光二极管D9不亮，如图2-1-35所示。

单击开关元件SW13，使74LS147编码器的输入端5接入低电平，其他输入端接入高电平，输出端Q0输出低电平，发光二极管D6点亮；输出端Q1输出高电平，发光二极管D7不亮；输出端Q2输出低电平，发光二极管D8点亮；输出端Q3输出高电平，发光二极管D9不亮，如图2-1-36所示。

单击开关元件SW14，使74LS147编码器的输入端6接入低电平，其他输入端接入高电平，输出端Q0输出高电平，发光二极管D6不亮；输出端Q1输出低电平，发光二极管D7点亮；输出端Q2输出低电平，发光二极管D8点亮；输出端Q3输出高电平，发光二极管D9不亮，如图2-1-37所示。

单击开关元件SW15，使74LS147编码器的输入端7接入低电平，其他输入端接入高电平，输出端Q0输出低电平，发光二极管D6点亮；输出端Q1输出低电平，发光二极管D7点亮；输出端Q2输出低电平，发光二极管D8点亮；输出端Q3输出高电平，发光二极管D9不亮，如图2-1-38所示。

单击开关元件SW16，使74LS147编码器的输入端8接入低电平，其他输入端接入高电平，输出端Q0输出高电平，发光二极管D6不亮；输出端Q1输出高电平，发光二极管D7不亮；输出端Q2输出高电平，发光二极管D8不亮；输出端Q3输出低电平，发光二极管D9点亮，如图2-1-39所示。

单击开关元件SW17，使74LS147编码器的输入端9接入低电平，其他输入端接入高电平，输出端Q0输出低电平，发光二极管D6点亮；输出端Q1输出高电平，发光二极管D7不亮；输出端Q2输出高电平，发光二极管D8不亮；输出端Q3输出低电平，发光二极管D9点亮，如图2-1-40所示。

记录下仿真结果，可以看出符合74LS147编码器的功能表。

小提示

◎ 在元件库中搜索“74LS147”关键字，即可找到74LS147编码器。

◎ 扫描右侧二维码可观看74LS147编码器的仿真结果。

2.1.3 译码器

译码器的逻辑功能是将每个输入的二进制代码译成对应输出的高电平或低电平信号。仿照1.2.1节新建原理图工程，将工程命名为“4”，进入电路绘制界面，将二进制译码器74HC138放置在图纸上，并将输入端通过开关与“POWER”网络或“GND”网络相连，将输出端与LED发光二极管相连，如图2-1-41所示。

在Proteus主菜单中，执行→命令，进行仿真。默认状态如图2-1-42所示，74HC138译码器的输入端全部连接低电平，模拟输入“000”，输出端Y0输出低电平，发光二极管D1点亮；输出端Y1输出高电平，发光二极管D2不亮；输出端Y2输出高电平，发光二极管D3不亮；输出端Y3输出高电平，发光二极管D4不亮；输出端Y4输出高电平，发光二极管D5不亮；输出端Y5输出高电平，发光二极管D6不亮；输出端Y6输出高电平，发光二极管D7不亮；输出端Y7输出高电平，发光二极管D8不亮。

将输入端A接入高电平，输入端B接入低电平，输入端C接入低电平，模拟输入“001”，输出端Y0输出高电平，发光二极管D1不亮；输出端Y1输出低电平，发光二极管D2点亮；输出端Y2输出高电平，发光二极管D3不亮；输出端Y3输出高电平，发光二极管D4不亮；输出端Y4输出高电平，发光二极管D5不亮；输出端Y5输出高电平，发光二极管D6不亮；输出端Y6输出高电平，发光二极管D7不亮；输出端Y7输出高电平，发光二极管D8不亮，如图2-1-43所示。

将输入端A接入低电平，输入端B接入高电平，输入端C接入低电平，模拟输入“010”，输出端Y0输出高电平，发光二极管D1不亮；输出端Y1输出高电平，发光二极管D2不亮；输出端Y2输出低电平，发光二极管D3点亮；输出端Y3输出高电平，发光二极管D4不亮；输出端Y4输出高电平，发光二极管D5不亮；输出端Y5输出高电平，发光二极管D6不亮；输出端Y6输出高电平，发光二极管D7不亮；输出端Y7输出高电平，发光二极管D8不亮，如图2-1-44所示。

将输入端A接入高电平，输入端B接入高电平，输入端C接入低电平，模拟输入“011”，输出端Y0输出高电平，发光二极管D1不亮；输出端Y1输出高电平，发光二极管D2不亮；输出端Y2输出高电平，发光二极管D3不亮；输出端Y3输出低电平，发光二极管D4点亮；输出端Y4输出高电平，发光二极管D5不亮；输出端Y5输出高电平，发光二极管D6不亮；输出端Y6输出高电平，发光二极管D7不亮；输出端Y7输出高电平，发光二极管D8不亮，如图2-1-45所示。

将输入端A接入低电平，输入端B接入低电平，输入端C接入高电平，模拟输入“100”，输出端Y0输出高电平，发光二极管D1不亮；输出端Y1输出高电平，发光二极管D2不亮；输出端Y2输出高电平，发光二极管D3不亮；输出端Y3输出高电平，发光二极管D4不亮；输出端Y4输出低电平，发光二极管D5点亮；输出端Y5输出高电平，发光二极管D6不亮；输出端Y6输出高电平，发光二极管D7不亮；输出端Y7输出高电平，发光二极管D8不亮，如图2-1-46所示。

将输入端A接入高电平，输入端B接入低电平，输入端C接入高电平，模拟输入“101”，输出端Y0输出高电平，发光二极管D1不亮；输出端Y1输出高电平，发光二极管D2不亮；输出端Y2输出高电平，发光二极管D3不亮；输出端Y3输出高电平，发光二极管D4不亮；输出端Y4输出高电平，发光二极管D5不亮；输出端Y5输出低电平，发光二极管D6点亮；输出端Y6输出高电平，发光二极管D7不亮；输出端Y7输出高电平，发光二极管D8不亮，如图2-1-47所示。

将输入端A接入低电平，输入端B接入高电平，输入端C接入高电平，模拟输入“110”，输出端Y0输出高电平，发光二极管D1不亮；输出端Y1输出高电平，发光二极管D2不亮；输出端Y2输出高电平，发光二极管D3不亮；输出端Y3输出高电平，发光二极管D4不亮；输出端Y4输出高电平，发光二极管D5不亮；输出端Y5输出高电平，发光二极管D6不亮；输出端Y6输出低电平，发光二极管D7点亮；输出端Y7输出高电平，发光二极管D8不亮，如图2-1-48所示。

将输入端A接入高电平，输入端B接入高电平，输入端C接入高电平，模拟输入“111”，输出端Y0输出高电平，发光二极管D1不亮；输出端Y1输出高电平，发光二极管D2不亮；输出端Y2输出高电平，发光二极管D3不亮；输出端Y3输出高电平，发光二极管D4不亮；输出端Y4输出高电平，发光二极管D5不亮；输出端Y5输出高电平，发光二极管D6不亮；输出端Y6输出高电平，发光二极管D7不亮；输出端Y7输出低电平，发光二极管D8点亮，如图2-1-49所示。

记录下仿真结果，可以看出符合74HC138译码器的功能表。

小提示

◎ 在元件库中搜索“74HC138”关键字，即可找到74HC138译码器。

◎ 扫描右侧二维码可观看74HC138译码器的仿真结果。

将BCD-七段译码器7448放置在图纸上，并将输入端通过开关与“POWER”网络或“GND”网络相连，将输出端与七段数码管相连，如图2-1-50所示。

在Proteus主菜单中，执行→命令，进行仿真。默认状态如图2-1-51所示，7448译码器的输入端全部连接低电平，模拟输入“0000”，即代表十进制数字0，七段数码管中显示为“0”。

将输入端A接入高电平，输入端B接入低电平，输入端C接入低电平，输入端D接入低电平，模拟输入“0001”，即代表十进制数字1，七段数码管中显示为“1”，如图2-1-52所示。

将输入端A接入低电平，输入端B接入高电平，输入端C接入低电平，输入端D接入低电平，模拟输入“0010”，即代表十进制数字2，七段数码管中显示为“2”，如图2-1-53所示。

将输入端A接入高电平，输入端B接入高电平，输入端C接入低电平，输入端D接入低电平，模拟输入“0011”，即代表十进制数字3，七段数码管中显示为“3”，如图2-1-54所示。

将输入端A接入低电平，输入端B接入低电平，输入端C接入高电平，输入端D接入低电平，模拟输入“0100”，即代表十进制数字4，七段数码管中显示为“4”，如图2-1-55所示。

将输入端A接入高电平，输入端B接入低电平，输入端C接入高电平，输入端D接入低电平，模拟输入“0101”，即代表十进制数字5，七段数码管中显示为“5”，如图2-1-56所示。

将输入端A接入低电平，输入端B接入高电平，输入端C接入高电平，输入端D接入低电平，模拟输入“0110”，即代表十进制数字6，七段数码管中显示为“6”，如图2-1-57所示。

将输入端A接入高电平，输入端B接入高电平，输入端C接入高电平，输入端D接入低电平，模拟输入“0111”，即代表十进制数字7，七段数码管中显示为“7”，如图2-1-58所示。

将输入端A接入低电平，输入端B接入低电平，输入端C接入低电平，输入端D接入高电平，模拟输入“1000”，即代表十进制数字8，七段数码管中显示为“8”，如图2-1-59所示。

将输入端A接入高电平，输入端B接入低电平，输入端C接入低电平，输入端D接入高电平，模拟输入“1001”，即代表十进制数字9，七段数码管中显示为“9”，如图2-1-60所示。

记录下仿真结果，可以看出符合7448译码器的功能表。

小提示

◎ 在元件库中搜索“7448”关键字，即可找到7448译码器。

◎ 在元件库中搜索“res”关键字，即可找到电阻。

◎ 扫描右侧二维码可观看7448译码器的仿真结果。