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基于Multisim的四路彩燈控制器設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2011-01-24 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
0 引言

  在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)電路時(shí),用Multisim仿真軟件對(duì)控制系統(tǒng)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、分析,可使工作大大降低成本、節(jié)省時(shí)間、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。本文將以Multisim為工作平臺(tái),以四路為實(shí)例,介紹控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真的過程。

  1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

  利用Multisim設(shè)計(jì)一個(gè)四路控制器。它要求系統(tǒng)啟動(dòng)后自動(dòng)從初始狀態(tài)按規(guī)定程序完成3個(gè)節(jié)拍的循環(huán)演示。第一節(jié)拍:四路從左向右逐次漸亮,燈亮?xí)r間1s,共用4s;第二節(jié)拍:四路彩燈從右向左逐次漸滅。共需4s;第三節(jié)拍:四路彩燈同時(shí)亮0.5s后,同時(shí)變暗,進(jìn)行4次,也需4s。

  根據(jù)系統(tǒng)要求,設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件框圖如圖l所示。

  

基于Multisim的四路彩燈控制器設(shè)計(jì)

  其中信號(hào)發(fā)生器采用秒脈沖發(fā)生器。用以提供頻率為1Hz的時(shí)鐘信號(hào);四進(jìn)制分頻器將1Hz的時(shí)鐘信號(hào)四分頻,產(chǎn)生0.25Hz(即4S)的時(shí)鐘信號(hào);三進(jìn)制節(jié)拍控制器產(chǎn)生3個(gè)節(jié)拍循環(huán)的控制信號(hào);節(jié)拍程序執(zhí)行器完成在每個(gè)節(jié)拍下的系統(tǒng)動(dòng)作,即數(shù)據(jù)的左移、右移、清零和送數(shù)功能。可由雙向移位寄存器 74LS194完成;燈光電路完成系統(tǒng)循環(huán)演示,這里采用LED模擬。

  1.1 信號(hào)發(fā)生器

  信號(hào)發(fā)生器是由555接成多諧振蕩器產(chǎn)生1Hz的脈沖信號(hào)。為了簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì),選用1Hz的脈沖信號(hào)源代替信號(hào)發(fā)生器。

  1.2 四進(jìn)制分頻器

  分頻器可由各種類型的四進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成。在此,采用74LS74N中的D觸發(fā)器,連接成圖2所示的四進(jìn)制異步減法計(jì)數(shù)器。

  

  圖3為四進(jìn)制異步減法計(jì)數(shù)器的波形。

  

  1.3 三進(jìn)制節(jié)拍控制器

  此系統(tǒng)有3個(gè)不同的工作節(jié)拍,是由狀態(tài)(Q1、Q0)的三種編碼(10、01、11)表示的。選用74LS74N中的D觸發(fā)器和74LS00D中的與非門構(gòu)成圖4所示的三進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

  

  1.4 節(jié)拍程序控制器

  雙相移位寄存器是74LSl94,是產(chǎn)生移動(dòng)燈光信號(hào)的核心器件。圖5是74LS194的邏輯圖和功能表。該寄存器由4個(gè)RS觸發(fā)器及它們的輸入控制電路組成。具有并行寄存、左移寄存、右移寄存和保持四種工作模式。*****為清零端,低電平有效;CLK為上升沿觸發(fā),SL、SR分別為左移和右移串行輸入端;SO、S1為兩個(gè)控制輸入端,它們的狀態(tài)組合可以完成保持、右移、左移、并行輸入四種控制功能。當(dāng)S1=0,S0=0時(shí)電路保持原來的狀態(tài):當(dāng)S1=0,SO=1時(shí),數(shù)據(jù)從右移輸入端SR送入寄存器;當(dāng)s1=1,S0=0時(shí),數(shù)據(jù)從左移輸入端SL送入寄存器;當(dāng)S1=1,S0=1 時(shí),數(shù)據(jù)從DCBA并行輸入端預(yù)置數(shù)。

  

  本設(shè)計(jì)利用74LS194寄存器來控制燈進(jìn)行四個(gè)節(jié)拍的循環(huán)工作:

  ·QD、QC、QB、QA依次為1,相應(yīng)燈依次點(diǎn)亮;

  ·QD、QC、QB、QA依次為0,相應(yīng)燈依次熄滅;

  ·QD、QC、QB、QA同時(shí)為1,四燈同時(shí)點(diǎn)亮;

  ·QD、QC、QB、QA同時(shí)為O,四燈同時(shí)熄滅。

  為了完成節(jié)拍程序執(zhí)行器任務(wù),必須使S1、SO、CLK的時(shí)序與輸入信號(hào)時(shí)序相配合。

  2 系統(tǒng)仿真

  創(chuàng)建仿真原理圖如圖6所示。

  

  2.1 仿真調(diào)試

  Multisim仿真軟件對(duì)電路的調(diào)試非常方便,可以隨時(shí)更改元件、修改參數(shù)、測(cè)量數(shù)據(jù)、觀察波形。本系統(tǒng)調(diào)試時(shí)不能正常工作,經(jīng)示波器觀察后發(fā)現(xiàn),信號(hào)有毛刺,加電阻和電容后系統(tǒng)正常工作;CLK經(jīng)反相器反相后加載,可起到延時(shí)作用;節(jié)拍程序執(zhí)行器用于完成每個(gè)節(jié)拍下的系統(tǒng)動(dòng)作,即數(shù)據(jù)的左移、右移、清零和送數(shù)功能,QD、QC、QB、QA直接推動(dòng)X1、X2、X3、X4完成系統(tǒng)循環(huán)演示。

  3 結(jié)束語

  借助Multisim仿真軟件展開設(shè)計(jì),既可以驗(yàn)證理論計(jì)算的正確性,減少電路器件參數(shù)拼湊的麻煩,也簡(jiǎn)化了反復(fù)實(shí)驗(yàn)的過程;還可以降低實(shí)驗(yàn)成本,大大縮短研制周期。實(shí)踐證明,本設(shè)計(jì)達(dá)到了四路彩燈控制的目的。

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