基于Multisim的移位寄存器型彩灯控制电路设计与仿真

王强

（渤海大学 数理学院物理系，辽宁 锦州 121000）

Multisim仿真软件是由加拿大Interactive Image Technologies公司开发的一种基于SPICE工业标准的EDA软件，它就像一个真正的实验工作台，将电路原理图的输入、虚拟仪器的测试分析和结果的图形显示等集成到一个设计窗口[1，3]。

利用Multisim仿真软件，不仅可以清楚地了解电路的工作状态，还可以测量电路的性能指标，极大地方便了电子电路的分析设设计[3-8]。

文中以移位寄存器型彩灯控制电路为例,介绍了基于Multisim的电路设计与仿真。

1 基于Multisim彩灯闪烁电路设计与仿真

1.1 设计任务与要求

用移位寄存器74LS194为核心元件设计一个8路彩灯控制器[1-2]。 要求：

1）控制8个彩灯，组成2种花型，每种花型连续循环2次，各种花型轮流交替，用指示灯模拟彩灯；

2）花型I—8路彩灯由中间到两边对称地依次亮，全亮后仍由中间到两边对称地依次灭；

3）花型II—8路彩灯分成两半，从左自右顺序亮，再顺序灭。

状态编码表如表1所示。

表1 8路彩灯输出状态编码表Tab.1 Encoding table of 8 lantern output state

1.2 设计原理

1.2.1 系统的逻辑功能分析

彩灯控制器的原理如图1所示，主要由控制器、编码器和脉冲信号发生器等部分组成。

编码器根据花型按节拍输出8路编码信号，控制彩灯按规定的规律亮、灭；控制器为编码器提供所需的节拍脉冲及控制信号，控制整个系统工作；脉冲信号发生器为系统提供时钟脉冲信号。

图1 彩灯控制器原理框图Fig.1 Block diagram of the controller lights

1.2.2 设计方案

1）编码器的设计 分析表1，实现花型I时，前4位Q0Q1Q2Q3为模8左移扭环形计数器的计数规律，后4位Q4Q5Q6Q7为模8右移扭环形计数器的计数规律；实现花型II时，前4位Q0Q1Q2Q3为模8右移扭环形计数器的计数规律，后4位Q4Q5Q6Q7为模8右移扭环形计数器的计数规律。

编码器的Multisim仿真电路图如图2所示。

图2 编码器的Multisim仿真Fig.2 Encoder Multisim simulation

编码器选用2片4位双向移位寄存器74LS194组成2个扭环形计数器。其中，U1片74LS194的工作方式控制端S1、S0由控制器控制，仿真图2时分别使S1=1、S0=0及S1=0、S0=1，数据左移串行输入端SL=Qn7、数据右移串行输入端SR=Qn7；U2片74LS194的工作方式控制端S1=0、S0=1，数据右移串行输入端SR=Q7，数据左移串行输入端SL=×。各片的数据并行输入端 D0D1D2D3=××××。

2）控制器的设计 分析表 1，花型 I、花型 II经 8个 CLK脉冲信号作用循环一次。由显示方式要求，每种花型连续循环2次需经过16个CP脉冲信号作用，实现一次大循环需32个CLK脉冲信号作用。

控制器需产生一个32拍的节拍脉冲用于控制U1片74LS194的工作方式控制端S1、S0，从而控制彩灯的花型。

控制器的时序如图3所示。

图3 控制器的时序图Fig.3 Controller timing diagram

32拍的节拍脉冲，可通过计数器对CLK时钟脉冲信号进行32分频的方法产生，用2片4位二进制计数器74LS161级联成8位二进制计数器，控制器的Multisim仿真电路图如图4所示，CLK32端的输出即为32拍的节拍脉冲。

3）时钟脉冲信号 时钟脉冲信号源选用Multisim中时钟电压源，振荡频率设置在100 Hz左右。亦可由555定时器外接电阻、电容元件构成多谐振荡器产生时钟脉冲信号。

1.3 总体电路的设计与仿真

各单元电路的设计与仿真完成后,最后连接各单元电路，实现整个彩灯控制电路系统。系统的总体Multisim仿真电路如图5所示。

由图5中，U1片74LS194的工作方式控制端S1、S0与节拍脉冲CLK32的逻辑关系为：

图4 控制器的Multisim仿真Fig.4 Multisim simulation controller

图5 移位寄存器型彩灯控制电路的Multisim仿真Fig.5 Shift-register control circuit Multisim simulation Lantern

用一个与非门实现式（1）。将节拍脉冲逻辑电路的CLK32输出端直接连接在第U1片74LS194的S0控制端实现式（2）。仿真电路工作时，8路指示灯按设计要求的规律闪烁。

2 结束语

移位寄存器型彩灯控制电路，有机地将移位寄存器、集成计数器等单元电路相结合。将计算机仿真软件Multisim引入到电子电路设计中，使电子电路的设计、仿真、测试非常方便，从而提高了解决实际问题的能力。

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