一種基于Multisim 10的LED彩控變換電路設(shè)計(jì)與仿真

運(yùn)用Multisim 10仿真軟件，設(shè)計(jì)一個(gè)8×8點(diǎn)陣LED顯示器。該控制器實(shí)現(xiàn)了8×8點(diǎn)陣LED顯示器的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)逐行滾動(dòng)顯示，逐列滾動(dòng)顯示和逐點(diǎn)顯示。結(jié)果表明，利用Multisim 10這種高效的設(shè)計(jì)平臺(tái)，能夠方便地設(shè)計(jì)電路，并用虛擬儀器庫(kù)進(jìn)行仿真以及驗(yàn)證電路是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法相比，更省時(shí)，低成本和高效率。

0 引言

目前的數(shù)字集成電路的設(shè)計(jì)都比較模塊化。EDA技術(shù)是指以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)的最新成果，進(jìn)行電子產(chǎn)品的自動(dòng)設(shè)計(jì)。利用EDA 工具，電子設(shè)計(jì)師可以從概念、算法、協(xié)議等開(kāi)始設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)，大量工作可以通過(guò)計(jì)算機(jī)完成，并可以將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計(jì)、性能分析到設(shè)計(jì)出IC版圖或 PCB版圖的整個(gè)過(guò)程的計(jì)算機(jī)上自動(dòng)處理完成。

Multisim 10是電子電路設(shè)計(jì)與仿真工具?？蒲蟹矫嬷饕秒娐贩抡婀ぞ哌M(jìn)行電路設(shè)計(jì)與仿真。相對(duì)于其他EDA 軟件，它具有更加形象直觀的人機(jī)交互界面，特別是其儀器儀表庫(kù)中的各儀器儀表與操作真實(shí)實(shí)驗(yàn)中的實(shí)際儀器儀表完全沒(méi)有兩樣。

LED 電子顯示屏是由半導(dǎo)體發(fā)光二極管像素點(diǎn)均勻排列組成。利用不同的材料可以制造不同色彩的LED 像素點(diǎn)。LED 顯示屏顯示畫(huà)面色彩鮮艷，立體感強(qiáng)，靜如油畫(huà)，動(dòng)如電影，廣泛應(yīng)用于車(chē)站、碼頭、機(jī)場(chǎng)、商場(chǎng)、賓館、證券市場(chǎng)、工業(yè)企業(yè)管理和其他公共場(chǎng)所。

如在廣告牌或娛樂(lè)場(chǎng)所，往往把LED 顯示屏設(shè)計(jì)成按照一定規(guī)律不斷循環(huán)變化，以獲得良好的觀賞性。

下面介紹以Multisim 10為設(shè)計(jì)平臺(tái)利用雙向通用移動(dòng)寄存器74LS194，LED和字符信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)一個(gè)8×8 LED點(diǎn)陣的控制器，實(shí)現(xiàn)多組發(fā)光二極管按照一定規(guī)律循環(huán)顯示。

1 彩控變換電路設(shè)計(jì)與仿真

彩控變換電路主要由三部分組成：字符信號(hào)發(fā)生器的設(shè)置，雙向通用移位寄存器組的設(shè)置和8×8點(diǎn)陣LED管的設(shè)置。

1.1 字符信號(hào)發(fā)生器的設(shè)置

字符信號(hào)發(fā)生器(Word Generator)是一個(gè)能夠產(chǎn)生32 路(位)同步邏輯信號(hào)的儀器，又稱(chēng)為數(shù)字邏輯信號(hào)源，可用于對(duì)數(shù)字邏輯電路的測(cè)試。字符信號(hào)發(fā)生器可將數(shù)字或二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)送入電路，用來(lái)驅(qū)動(dòng)或測(cè)試電路。

在此電路中，字符信號(hào)發(fā)生器的0~7引腳分別對(duì)應(yīng)第一個(gè)74LS194 的A，B，C，D，SL，SR，S0，S1;8~15 引腳分別對(duì)應(yīng)第二個(gè)74LS194 的A，B，C，D，SL，SR，S0，S1;16~23 引腳分別對(duì)應(yīng)第三個(gè)74LS194 的A，B，C，D，SL，SR，S0，S1;24~31引腳分別對(duì)應(yīng)第四個(gè)74LS194的A，B，C，D，SL，SR，S0，S1.所以，字符信號(hào)信號(hào)的變換就是這四個(gè)74LS194輸入端的變換。如圖1所示。

1.2 主控制電路和仿真設(shè)計(jì)結(jié)果

8×8 點(diǎn)陣LED 彩燈變換控制電路是由字符信號(hào)發(fā)生器，雙向移動(dòng)寄存器和LED 點(diǎn)陣組成的電路。其設(shè)計(jì)如圖2所示。

1.2.1 74LS194的邏輯功能及電路設(shè)計(jì)過(guò)程

74LS194有三種功能：并入并出，左移，右移。其中A~D 為并行輸入端，QA~QD 是并行輸出端，S1、S0是模式控制端，當(dāng)~CLR 為1，時(shí)鐘上升沿到來(lái)時(shí)，若S1S0=11，則并入并出，QD~QA=D~A;若S1S0=10，左移，QD~QA=QC~QASL; 若S1S0=00， 右移， QD~QA=SRQC~QA.SR 右移串行輸入端，SL 為左移串行輸入端，~CLR 為直接無(wú)條件清零端，CLR 為時(shí)鐘脈沖輸入端，VCC是接電源，GND是接地。

在此電路中，第一個(gè)74LS194 的輸出端QA，QB，QC，QD 分別對(duì)應(yīng)LED 矩陣的第1 行，第2 行，第3 行，第4行;第二個(gè)74LS194的輸出端QA，QB，QC，QD 分別對(duì)應(yīng)LED矩陣的第5行，第6行，第7行，第8行;第三個(gè)74LS194 的輸出端QA，QB，QC，QD 分別對(duì)應(yīng)LED 矩陣的第1列，第2列，第3列，第4列;第四個(gè)74LS194的輸出端QA，QB，QC，QD 分別對(duì)應(yīng)LED 矩陣的第5列，第6列，第7 列，第8 列。所以，74LS194 的QA，QB，QC，QD值決定了LED發(fā)光二極管的狀態(tài)。

1.2.2 8×8 LED點(diǎn)陣的設(shè)計(jì)和工作原理

8×8點(diǎn)陣LED顯示器共需要64個(gè)發(fā)光二極管組成，且每個(gè)發(fā)光二極管是放置在行線(xiàn)和列線(xiàn)的交叉點(diǎn)上。

當(dāng)對(duì)應(yīng)的某一行置高電平，某一列置低電平，則行線(xiàn)和列線(xiàn)的交叉點(diǎn)上的發(fā)光二極管被點(diǎn)亮;若要某一行的發(fā)光二極管都點(diǎn)亮，則對(duì)應(yīng)的行置高電平，所有的列置低電平;若要某一列的發(fā)光二極管都點(diǎn)亮，則所有的行置高電平，對(duì)應(yīng)的列置低電平。

1.2.3 仿真結(jié)果

彩燈的變換，主要是通過(guò)處理字符信號(hào)發(fā)生器的參數(shù)值，控制LED發(fā)光管的亮或滅來(lái)實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)顯示，其結(jié)果和字符信號(hào)發(fā)生器的參數(shù)值如下所述。

(1)逐行滾動(dòng)功能(滾動(dòng)順序?yàn)橛缮系较拢儆上碌缴?：

①采用并入并出功能實(shí)現(xiàn)逐行滾動(dòng)功能。字符信號(hào)參數(shù)值如表1所示，從上到下，從左到右循環(huán)表示。

②使用并入并出，右移，左移功能。字符信號(hào)參數(shù)值如表2所示，從上到下，從左到右循環(huán)表示。

(2)使用并入并出、左移，右移功能實(shí)現(xiàn)逐列滾動(dòng)功能(滾動(dòng)順序?yàn)橛勺蟮接?，再由右到?。字符信號(hào)參數(shù)值如表3所示，從上到下，從左到右循環(huán)表示。

(3)使用并入并出功能實(shí)現(xiàn)逐點(diǎn)滾動(dòng)顯示(滾動(dòng)順序?yàn)榈?行第1列，第1行第2列…第8行第8列)。

字符信號(hào)參數(shù)值如表4 所示，從上到下，從左到右循環(huán)表示。

2 結(jié)語(yǔ)

利用Multisim 10對(duì)彩燈變換控制電路各個(gè)單元電路和整體電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真，能方便、快捷地搭建電路，并能快速的查找和修改電路。在電路設(shè)計(jì)仿真完成后再搭建實(shí)際電路，從而減低了成本，提高了設(shè)計(jì)效率。