基于Multisim的彩燈控制系統(tǒng)的仿真

摘要：Multisim是目前各種電子電路輔助分析與設(shè)計(jì)軟件中最優(yōu)秀的軟件之一，該軟件具有模擬和數(shù)字電路的設(shè)計(jì)、分析、仿真功能。提出了一種基于Multisim的四路彩燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真方法，并在實(shí)際中得到了測(cè)試和應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)；Multisim；四路彩燈

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)，以四路彩燈為實(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)四路彩燈控制器。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：四路彩燈從左向右逐次漸亮，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。


    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?？捎呻p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。