基于Multisim 的速度可調(diào)節(jié)日彩燈控制電路設(shè)計(jì)與仿真＊

楊樹(shù)偉，高 進(jìn)

（濰坊學(xué)院，山東 濰坊 261061）

1 引言

電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化EDA 技術(shù)是現(xiàn)代電子技術(shù)和信息技術(shù)發(fā)展的杰出成果，它的出現(xiàn)極大的提高了電路設(shè)計(jì)的效率和可操作性。EDA 的工具軟件有很多，Multisim 是其中的一種。Multisim 是一種電子電路計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)軟件，被稱(chēng)為虛擬電子實(shí)驗(yàn)室。該軟件是Interactive Image Technologies公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的電路仿真工具，是一個(gè)完整的設(shè)計(jì)工具系統(tǒng)，具有豐富的元件庫(kù)、強(qiáng)大的分析功能、強(qiáng)大的虛擬儀器儀表功能等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用與電子電路設(shè)計(jì)與教學(xué)實(shí)踐中。借助此軟件，電子工程師可以進(jìn)行輔助分析，實(shí)驗(yàn)中不使用實(shí)際中的元器件，調(diào)試方便，可縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)調(diào)試周期、節(jié)約開(kāi)發(fā)成本，是一種創(chuàng)新型電子設(shè)計(jì)方向。本文將以Multisim 為工作平臺(tái)，設(shè)計(jì)七路速度可調(diào)節(jié)日彩燈控制電路，并進(jìn)行仿真，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。

2 設(shè)計(jì)方案

表1 七路彩燈輸出狀態(tài)編碼表

2.1 設(shè)計(jì)要求

以雙向移位寄存器74LS194為核心設(shè)計(jì)一速度可調(diào)七路節(jié)日彩燈循環(huán)控制電路。具體要求如下：

（1）在時(shí)鐘信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下，七個(gè)彩燈可以依次點(diǎn)亮，直至全部點(diǎn)亮；

（2）全部點(diǎn)亮后，七個(gè)彩燈再依次熄滅，直至全部熄滅；

（3）循環(huán)執(zhí)行以上兩步過(guò)程。

（4）彩燈顯示頻率快慢可調(diào)，彩燈用Multisim 器件庫(kù)中的探測(cè)器進(jìn)行模擬。

由以上的設(shè)計(jì)要求，我們可以得到節(jié)日彩燈控制電路的輸出狀態(tài)編碼表見(jiàn)表1。其中1代表對(duì)應(yīng)高電平，彩燈處于“燈亮”狀態(tài)；0代表對(duì)應(yīng)低電平，彩燈處于“燈滅”狀態(tài)。

2.2 設(shè)計(jì)總體框圖

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，循環(huán)彩燈控制電路應(yīng)該主要包括：時(shí)鐘電路、驅(qū)動(dòng)控制電路及顯示電路。在時(shí)鐘信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下，控制彩燈按要求顯示，故而節(jié)日彩燈控制器設(shè)計(jì)框圖可簡(jiǎn)單的用圖1來(lái)表示。

圖1 節(jié)日彩燈組成框圖

3 電路設(shè)計(jì)

3.1 振蕩電路設(shè)計(jì)

振蕩電路主要用來(lái)產(chǎn)生時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，因?yàn)楣?jié)日彩燈對(duì)頻率要求不高，只要能產(chǎn)生高低電平就可以了。555集成定時(shí)器是一種數(shù)字、模擬混合型的中規(guī)模集成電路，應(yīng)用十分廣泛，只需外接少量阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器，廣泛應(yīng)用于信號(hào)的產(chǎn)生、變換、控制和檢測(cè)，因此本文利用555定時(shí)器構(gòu)成信號(hào)產(chǎn)生電路。因設(shè)計(jì)要求彩燈顯示頻率快慢可調(diào)，故在多諧振蕩器中我們加一滑動(dòng)變阻器來(lái)控制輸出信號(hào)的占空比，電路設(shè)計(jì)及產(chǎn)生信號(hào)如圖2所示。

圖2 555定時(shí)器組成的振蕩電路

3.2 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

分析表1可以發(fā)現(xiàn)，隨著節(jié)拍脈沖，X1X2X3X4X5X6X7七路節(jié)日彩燈實(shí)現(xiàn)的是7位右移的計(jì)數(shù)規(guī)律。同時(shí)可以看出，節(jié)拍0至1過(guò)程中，右移串行輸入端SR 輸入的是1；節(jié)拍7至8過(guò)程中，右移串行輸入端SR 輸入的是0。從而，在全1或全0狀態(tài)右移串行輸入端SR 輸入的數(shù)據(jù)應(yīng)為的X7非處理。圖3中包含74LS194的引腳排列圖，表2是雙向移位寄存器的邏輯功能示意圖。因?yàn)?4LS194有四個(gè)并行輸出端，而設(shè)計(jì)要求是七路彩燈，所以驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)選用2片74LS194來(lái)構(gòu)成7位雙向移位寄存器，其設(shè)計(jì)如圖3。

表2 74LS194邏輯功能示意圖

圖3 節(jié)日彩燈驅(qū)動(dòng)電路

3.2 總體電路設(shè)計(jì)與仿真

振蕩電路、驅(qū)動(dòng)電路完成后，外加探測(cè)器模擬輸出，可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的節(jié)日彩燈電路，系統(tǒng)的總體Multisim 仿真電路如圖4。點(diǎn)擊Simulate菜單下的Run菜單，開(kāi)始節(jié)日彩燈電路的仿真。執(zhí)行以下操作，可以分別看到：

（1）通過(guò)Space鍵令～CLR 端接地，即低電平。觀(guān)察到七路彩燈處于熄滅狀態(tài)。

（2）通過(guò)Space鍵令～CLR 端接電源，即高電平。七路彩燈狀態(tài)按照表1依次點(diǎn)亮，全亮后再依次熄滅，然后循環(huán)1、2步過(guò)程。

（3）按下c鍵，觀(guān)察到七路彩燈點(diǎn)亮與熄滅的速度增快。

（4）同時(shí)按下shift和c鍵，觀(guān)察到七路彩燈點(diǎn)亮與熄滅的速度減慢，通過(guò)3、4步得到實(shí)現(xiàn)的電路速度可調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)了我們的設(shè)計(jì)要求。

圖4 速度可調(diào)節(jié)日彩燈控制器整體電路

4 結(jié)束語(yǔ)

本文利用Multisim 進(jìn)行節(jié)日彩燈電路設(shè)計(jì)，主要是通過(guò)模塊化思想，逐步實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)所需達(dá)到的功能要求。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)、仿真非常方便，節(jié)省了開(kāi)發(fā)時(shí)間，降低了成本，提高了開(kāi)發(fā)效率，從而提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

［1］渠云田，田慕琴，高妍.電工電子技術(shù)［M］.北京：高等教育出版社，2008.

［2］黃智偉，李傳琦.基于Multisim 2001的電子電路計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)與分析［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2004.

［3］閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［4］張晶，李心廣.基于Multisim 的電路設(shè)計(jì)與仿真［J］.計(jì)算機(jī)仿真，2005，22（5）：l09-152.