基于Proteus的八路彩燈控制電路設計仿真與制作

陳家敏 李建蘭

摘 要：本文采用555定時器外接電阻、電容等元件構成多諧振蕩器，產生時鐘脈沖信號，采用雙向移位寄存器74LS194和門電路構成循環(huán)移位控制電路，可實現八路彩燈循環(huán)左移、右移。在電路設計仿真時使用Proteus仿真軟件，制作時使用面包板作為載體，能夠提高電路設計制作的效率，降低電路調試難度。

關鍵詞：74LS194；555定時器；八路彩燈；Proteus；面包板

中圖分類號：TN710 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）03-0026-03

Simulation and Production of Eight-way Color Lamp Control Circuit Design

Based on Proteus

CHEN Jiamin，LI Jianlan

（Yunnan Vocational College of Mechanical and Electrical Technology，Kunming 650203，China）

Abstract：In this paper，555 timer external resistors，capacitors and other components are used to form a multi-resonator to generate clock pulse signals. Bidirectional shift register 74LS194 and gate circuit are used to form a cyclic shift control circuit which can realize the cyclic left-shift and right-shift of eight-way color lamps. Proteus simulation software is used in circuit design and simulation. Breadboard is used as carrier in circuit design and simulation，which can improve the efficiency of circuit design and manufacture and reduce the difficulty of circuit debugging.

Keywords：74LS194；555 timer；eight-way color lamp；Proteus；breadboard

0 引 言

Proteus是英國Labcenter electrical公司研發(fā)的EDA軟件，它是一個集模擬電路、數字電路、模數混合電路以及多種微控制器系統(tǒng)為一體的系統(tǒng)設計和仿真平臺。Proteus提供了實驗室無法相比的大量的元器件庫，提供了修改電路設計的靈活性、提供了實驗室在數量、質量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養(yǎng)學生實踐精神、創(chuàng)造精神的平臺。

本文使用Proteus進行八彩燈控制電路的設計與仿真，使用面包板進行電路搭接、測試與功能驗證。

1 系統(tǒng)構成

八路彩燈控制電路總體框圖如圖1所示。系統(tǒng)由USB電源模塊進行供電，其中時鐘電路為系統(tǒng)提供時鐘信號；循環(huán)移位電路用來產生8個節(jié)拍的移位信號；彩燈顯示電路用發(fā)光二極管顯示循環(huán)移位的效果。

2 時鐘電路

時鐘電路為整個系統(tǒng)提供脈沖信號，它控制著整個系統(tǒng)的工作節(jié)奏以及彩燈的移位速度[1]。由555定時器構成多諧振蕩器，不需要外加觸發(fā)信號，只要一接通電源，就能自動產生一定頻率和脈寬的矩形波，該電路沒有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)，輸出端的狀態(tài)不斷在“1”和“0”之間變換。時鐘電路如圖2所示，圖中555定時器高電平觸發(fā)端TH和低電平觸發(fā)端TR直接連接，電阻R11、R12，電容C1為定時元件，利用電源對R11、R12，向電容C1循環(huán)充電和放電，使電路在兩個暫穩(wěn)態(tài)間交替變換產生振蕩，輸出矩形脈沖。該電路產生的時鐘信號頻率由電阻R11、R12和電容C1的參數決定。

3 循環(huán)移位電路和彩燈顯示電路

循環(huán)移位電路如圖3所示。因為彩燈路數少，花型要求不多，宜選用移位寄存器輸出8路數字信號控制彩燈發(fā)光。循環(huán)移位電路由兩片移位寄存器74LS194和反相器74LS04組成，74LS194具有異步清零、同步置數、左移、右移、保持等多種功能，控制方便靈活[2]。

左片74LS194（U1）用于控制發(fā)光二極管D1、D2、D3、D4的循環(huán)點亮，右片74LS194（U2）用于控制發(fā)光二極管D5、D6、D7、D8的循環(huán)點亮；S1、S0為移位寄存器工作方式控制端；SR為右移串行數據輸入端，SL為左移串行數據輸入端。借助74LS04的取反功能，將左片74LS194（U1）的輸出Q0取反后送入右片74LS194（U2）的左移串行數據輸入端SL，實現八路彩燈循環(huán)左移點亮和熄滅；將右片74LS194（U2）的輸出Q3取反后送入左片74LS194（U1）的右移串行數據輸入端SR，實現八路彩燈循環(huán)右移點亮和熄滅。

循環(huán)移位電路的工作過程如下：當S1=1，S0=0時，在連續(xù)時鐘信號CP上升沿的作用下，將SR右移串行數據輸入端輸入的數碼，依次從寄存器的低位輸出端Q0向高位輸出端Q3右移輸出，八路彩燈D8-D1顯示花樣為：10000000→11000000→11100000→11110000→11111000→11111100

→11111110→11111111→01111111→00111111→00011111→

00001111→00000111→00000011→00000001→00000000，八路彩燈從D8開始順次點亮，當八路彩燈全部點亮后，從D8開始順次熄滅，直至八路彩燈全部熄滅，如此循環(huán)往復，實現八路彩燈循環(huán)右移點亮和熄滅；當S1=0，S0=1時，在連續(xù)時鐘信號CP上升沿的作用下，將SL左移串行數據輸入端輸入的數碼，依次從寄存器的高位輸出端Q3向低位輸出端Q0右移輸出，八路彩燈D8-D1顯示花樣為：00000001

→00000011→00000111→00001111→00011111→00111111→

01111111→11111111→11111110→11111100→11111000→11110000→11100000→11000000→10000000→00000000。 此時八路彩燈從D1開始順次點亮，當八路彩燈全部點亮后，從D1開始順次熄滅，直至八路彩燈全部熄滅，如此循環(huán)往復，實現八路彩燈循環(huán)左移點亮和熄滅。

4 電路仿真過程

根據上述分析設計仿真電路如圖4所示。由555定時器及外圍電路構成的時鐘電路能夠產生脈沖信號為移位寄存器提供脈沖信號源，通過調節(jié)移位寄存器工作方式控制端S1，S0的電平，可實現八路彩燈D8-D1循環(huán)左移點亮熄滅或循環(huán)右移點亮熄滅，達到了設計要求。

5 電路制作

上述電路經Proteus仿真成功后，利用面包板進行該電路的搭接、測試和功能驗證?！懊姘濉奔慈f用實驗電路板，是能夠實現元器件電氣連接，構成電路的載體，可將小功率的常規(guī)電子元器件直接插入，搭接出各式各樣的實驗電路，各種元器件隨意插、拔無需焊接，可節(jié)省電路組裝及調試的時間，元器件可重復使用，且演示效果非常形象、直觀[3]。

6 結 論

本文采用555定時器、移位寄存器和門電路構成一個簡單的八路彩燈控制電路，采用元器件少，接線簡單，電路穩(wěn)定可靠，經濟實用，在教學中亦可作為“數字電子技術”課程實訓項目使用。

參考文獻：

[1] 宮玉芳.基于Multisim的八路彩燈控制系統(tǒng)的設計與仿真 [J].自動化與儀器儀表，2012（2）：129+133.

[2] 鐘天云.彩燈控制器的設計 [J].電子技術，2018，47（1）：72-74.

[3] 袁藝丹.一種基于通用面包板的教學模式應用 [J].電腦知識與技術，2016，12（22）：152-153.

作者簡介：陳家敏（1982-），女，漢族，云南昆明人，講師，碩士，研究方向：數字電子技術、單片機控制系統(tǒng)、嵌入式控制系統(tǒng)。