数字电子技术基础（三十七）——利用Multisim软件实现16线-4线编码器和4线-16线译码器

1 利用Multisim软件来实现16线-4线编码器

在之前的博客中完成了利用Multisim软件实现8线-3线优先编码器，现在使用Multisim软件来实现16线-4线编码器，其原理图如下所示：

使用字发生器来实现16线-4线编码器，器件选择：

• 芯片选择：组选项栏中选择TTL，系列选项栏中选择74LS，在元器件选项栏中选择74LS138N，然后逆时针旋转90°放置；复制粘贴该芯片，将另一个并行放置。
• LED选择：组选项栏中选择Diodes，系列选项栏中选择LED，在元器件中选择LED_BLUE_FOUR。鼠标左键点击LED灯，将值项下面的通态电流5mA设置为10mA。
• 电阻选择：组选项栏中选择Basic，系列选项栏中选择RESISTOR，阻值选择300Ω，选择合适位置放置之后，复制粘贴电阻并行放置4个。
• 门电路选择：在组选项栏中选择TTL，在系列项中选择74LS，在元器件选项栏中选择74LS00N的与非门，选择在芯片和LED灯中间的位置放置后顺时针旋转90°，复制粘贴并排放置三个。然后在相同系列选项栏中，选择74LS04N的反相器放置和与非门并排放置。
• 电源选择：组选项栏中选择Sources，系列选项栏中选择POWER_SOURCES，在元器件选项栏中选择GROUND作为接地，将元器件放置在电阻下面。复制粘贴GROUND另一个放置在第二个芯片旁边。
• 字发生器选择：将字发生器放置在第一个芯片的旁边，将字发生器引脚0的一端靠近第一个芯片。

选择合适的位置放置如下所示：

将电阻一端全部接地，另一端全部接LED灯，分别与LED灯一端的引脚相对应，LED灯的另一端接与非门和非门的输出端；字发生器的引脚0~7接芯片U1的引脚D0~D7，字发生器的引脚8~15接芯片U2的D0~D7；芯片U1和芯片U2的引脚A、B、C分别接3与非门的一端，其中两个芯片的引脚A接同一个与非门，引脚B接同一个与非门，引脚C接同一个与非门；芯片U2的引脚GS接非门的输入端，芯片U2的引脚EI接地；芯片U2的EO端接芯片U1的EI端；子发生器的输入范围为1111111111111110~0111111111111111，子发生器有16个，每个数都有一位为0，并且16个数中0的位置都不同。

最终的电路如下所示：

运行该电路，当输入0的引脚是第一个芯片从右向左数第4个，则低8位芯片的引脚D4是有效输入，运行示意图如下所示：

可以看到，LED灯显示的是11，D4所对应的数为3，则符合运行结果。

当输入0的引脚为高8位芯片从左向右数第6个，即全部输入从右向左数的第11位，即高8位芯片的引脚D3为有效输入，如下图所示：

可以看到LED灯输出的是1010，即十进制的10，通过验证输出正确。

2 利用Multisim软件来实现4线-16线译码器

在上一篇的博客中完成了利用Multisim软件实现对于3线-8线译码器，现在同样使用Multisim软件实现4线-16线译码器，其原理图如下所示：

如下所示即为4线-16线译码器的原理图，下面尝试使用Multisim软件进行输入。

2.1 使用手动输入方式实现4线-16线译码器

器件选择：

• 芯片选择：组选项栏中选择TTL，系列选项栏选择74LS，在元器件项选择74LS138N。然后将其顺时针旋转90°，然后复制粘贴，为了便于观察将两个芯片并排放置。
• LED选择：组选项栏中选择Diodes，系列选项栏中选择LED，在元器件中选择BAR_LED_RED。鼠标左键点击LED灯，将值项下面的通态电流的5mA设置为10mA。然后复制粘贴将连个LED灯并排放置。
• 电源选择：组选项栏中选择Sources，系列选项栏中选择POWER_SOURCES，在元器件中选择VCC作为电源；同时在相同的系列选项栏中，在元器件中选择GROUND作为接地，同时将接地复制，在第二块74LS138N芯片旁边放置第二节接地装置。
• 电阻选择：组选项栏中选择Basic，系列选项栏中选择RESISTOR，阻值选择300Ω，选择合适位置放置之后，复制粘贴电阻并行放置16个。
• 开关选择：组选项栏中选择Basic，系列选项栏中选择SWITCH，在元器中选择SPDT。选择合适的位置后进行水平翻转，复制粘贴开关并列放4个。

放置好调整位置如下所示：

电阻的一端全部接地，另一端接LED的一端，LED的另一端接芯片U1和U2的输出端；四个开关右侧上端全部接电源，下端全部接地，S1、S2、S3个开关的左端接芯片U1和芯片U2的输入端，其中开关S1接芯片U1和芯片U2的引脚A，开关S2接芯片U1和芯片U2的引脚B，开关S3接芯片U1和芯片U2的引脚C，开关S4接芯片U1的引脚~G2A和引脚~G2B、芯片U2的引脚G1；芯片U1的引脚G1接高电平，芯片U2的引脚~G2A、引脚~G2B接地。

最终连接电路如下所示：

在上图中四个开关S4、S3、S2、S1所对应的原理图中的电路为、、、，下面开始运行该电路。

（1）当、、、时，即开关S4和S3接低电平，开关S1和S2接高电平，此时运行结果如下所示：

通过运行结果可以看到，LED1灯从右向左第四个灯是灭的，对应输出的二进制为0011，对应的十进制数为3，运行结果正确。

（2）当、、、时，即开关S4和S1接低电平，开关S2和S3接高电平，此时运行结果如下所示：

通过结果可以看到，LED1从右向左数的第7个灯是灭的，对应输出的二进制数为0110，对应的十进制为6，运行结果正确。

（3）当、、、，即开关S1、S2、S3接低电平，开关S4接高电平，此时运行结果如下所示：

通过结果可以看到，LED2从右向左数的第1个灯是灭的，对应输出的二进制数为1000，对应的十进制为8，运行结果正确。

（4）当、、、，即开关S2接低电平，开关S1、S3、S4接高电平，此时的运行结果如下所示：

通过结果可以看到，LED2从右向左数的第6灯是灭的，对应输出的二进制为1101，对应的十进制为8，运行结果正确。

2.2 使用字发生器实现4线-16线译码器

除了使用手动输入的方式实现了4线-16线译码器，还可以使用字发生器来实现4线-16线译码器。在原来手动输入的电路图的基础上，使用S1~S4几个开关以及连接这几个开关的线路删除，将电源移动到两个74LS138N芯片的中间，然后在软件右侧选择字发生器放置到第一片74LS138N芯片的右边，并且将其水平翻转。如下图所示：

之后开始连线，将字发生器的引脚1连接芯片U1的引脚A和芯片U2的引脚A，将字选择器的引脚2连接芯片U1的引脚B和芯片U2的引脚B，将字选择器的引脚3连接芯片U1的引脚C和芯片U2的引脚C，电源接芯片U1的引脚G1，字发生器的引脚4连接芯片U1的引脚~G2A、引脚~G2B和芯片U2的引脚G1。如下图所示：

左键点击字发生器，控件点击单步，显示点击二进制，将二进制的范围改为0000~1111，将1111设置为最终位置。如下所示：

开始运行：

可以看到，当字发生器输入0011，LED1从右向左数第4个灯灭，说明输出为3，输出正确。

当字发生器输入1001，LED2从右向左数第2个灯灭，说明输出9，输出正确。

通过电路运行结果可知道4线-16线译码器的电路连接正确。