基于Multisim的移位寄存器型彩燈控制電路設(shè)計(jì)與仿真

王強(qiáng)

（渤海大學(xué) 數(shù)理學(xué)院物理系，遼寧 錦州 121000）

Multisim仿真軟件是由加拿大Interactive Image Technologies公司開(kāi)發(fā)的一種基于SPICE工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的EDA軟件，它就像一個(gè)真正的實(shí)驗(yàn)工作臺(tái)，將電路原理圖的輸入、虛擬儀器的測(cè)試分析和結(jié)果的圖形顯示等集成到一個(gè)設(shè)計(jì)窗口[1，3]。

利用Multisim仿真軟件，不僅可以清楚地了解電路的工作狀態(tài)，還可以測(cè)量電路的性能指標(biāo)，極大地方便了電子電路的分析設(shè)設(shè)計(jì)[3-8]。

文中以移位寄存器型彩燈控制電路為例,介紹了基于Multisim的電路設(shè)計(jì)與仿真。

1 基于Multisim彩燈閃爍電路設(shè)計(jì)與仿真

1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求

用移位寄存器74LS194為核心元件設(shè)計(jì)一個(gè)8路彩燈控制器[1-2]。 要求：

1）控制8個(gè)彩燈，組成2種花型，每種花型連續(xù)循環(huán)2次，各種花型輪流交替，用指示燈模擬彩燈；

2）花型I—8路彩燈由中間到兩邊對(duì)稱(chēng)地依次亮，全亮后仍由中間到兩邊對(duì)稱(chēng)地依次滅；

3）花型II—8路彩燈分成兩半，從左自右順序亮，再順序滅。

狀態(tài)編碼表如表1所示。

表1 8路彩燈輸出狀態(tài)編碼表Tab.1 Encoding table of 8 lantern output state

1.2 設(shè)計(jì)原理

1.2.1 系統(tǒng)的邏輯功能分析

彩燈控制器的原理如圖1所示，主要由控制器、編碼器和脈沖信號(hào)發(fā)生器等部分組成。

編碼器根據(jù)花型按節(jié)拍輸出8路編碼信號(hào)，控制彩燈按規(guī)定的規(guī)律亮、滅；控制器為編碼器提供所需的節(jié)拍脈沖及控制信號(hào)，控制整個(gè)系統(tǒng)工作；脈沖信號(hào)發(fā)生器為系統(tǒng)提供時(shí)鐘脈沖信號(hào)。

圖1 彩燈控制器原理框圖Fig.1 Block diagram of the controller lights

1.2.2 設(shè)計(jì)方案

1）編碼器的設(shè)計(jì) 分析表1，實(shí)現(xiàn)花型I時(shí)，前4位Q0Q1Q2Q3為模8左移扭環(huán)形計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)規(guī)律，后4位Q4Q5Q6Q7為模8右移扭環(huán)形計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)規(guī)律；實(shí)現(xiàn)花型II時(shí)，前4位Q0Q1Q2Q3為模8右移扭環(huán)形計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)規(guī)律，后4位Q4Q5Q6Q7為模8右移扭環(huán)形計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)規(guī)律。

編碼器的Multisim仿真電路圖如圖2所示。

圖2 編碼器的Multisim仿真Fig.2 Encoder Multisim simulation

編碼器選用2片4位雙向移位寄存器74LS194組成2個(gè)扭環(huán)形計(jì)數(shù)器。其中，U1片74LS194的工作方式控制端S1、S0由控制器控制，仿真圖2時(shí)分別使S1=1、S0=0及S1=0、S0=1，數(shù)據(jù)左移串行輸入端SL=Qn7、數(shù)據(jù)右移串行輸入端SR=Qn7；U2片74LS194的工作方式控制端S1=0、S0=1，數(shù)據(jù)右移串行輸入端SR=Q7，數(shù)據(jù)左移串行輸入端SL=×。各片的數(shù)據(jù)并行輸入端 D0D1D2D3=××××。

2）控制器的設(shè)計(jì) 分析表 1，花型 I、花型 II經(jīng) 8個(gè) CLK脈沖信號(hào)作用循環(huán)一次。由顯示方式要求，每種花型連續(xù)循環(huán)2次需經(jīng)過(guò)16個(gè)CP脈沖信號(hào)作用，實(shí)現(xiàn)一次大循環(huán)需32個(gè)CLK脈沖信號(hào)作用。

控制器需產(chǎn)生一個(gè)32拍的節(jié)拍脈沖用于控制U1片74LS194的工作方式控制端S1、S0，從而控制彩燈的花型。

控制器的時(shí)序如圖3所示。

圖3 控制器的時(shí)序圖Fig.3 Controller timing diagram

32拍的節(jié)拍脈沖，可通過(guò)計(jì)數(shù)器對(duì)CLK時(shí)鐘脈沖信號(hào)進(jìn)行32分頻的方法產(chǎn)生，用2片4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS161級(jí)聯(lián)成8位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，控制器的Multisim仿真電路圖如圖4所示，CLK32端的輸出即為32拍的節(jié)拍脈沖。

3）時(shí)鐘脈沖信號(hào) 時(shí)鐘脈沖信號(hào)源選用Multisim中時(shí)鐘電壓源，振蕩頻率設(shè)置在100 Hz左右。亦可由555定時(shí)器外接電阻、電容元件構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。

1.3 總體電路的設(shè)計(jì)與仿真

各單元電路的設(shè)計(jì)與仿真完成后,最后連接各單元電路，實(shí)現(xiàn)整個(gè)彩燈控制電路系統(tǒng)。系統(tǒng)的總體Multisim仿真電路如圖5所示。

由圖5中，U1片74LS194的工作方式控制端S1、S0與節(jié)拍脈沖CLK32的邏輯關(guān)系為：

圖4 控制器的Multisim仿真Fig.4 Multisim simulation controller

圖5 移位寄存器型彩燈控制電路的Multisim仿真Fig.5 Shift-register control circuit Multisim simulation Lantern

用一個(gè)與非門(mén)實(shí)現(xiàn)式（1）。將節(jié)拍脈沖邏輯電路的CLK32輸出端直接連接在第U1片74LS194的S0控制端實(shí)現(xiàn)式（2）。仿真電路工作時(shí)，8路指示燈按設(shè)計(jì)要求的規(guī)律閃爍。

2 結(jié)束語(yǔ)

移位寄存器型彩燈控制電路，有機(jī)地將移位寄存器、集成計(jì)數(shù)器等單元電路相結(jié)合。將計(jì)算機(jī)仿真軟件Multisim引入到電子電路設(shè)計(jì)中，使電子電路的設(shè)計(jì)、仿真、測(cè)試非常方便，從而提高了解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

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