基于Multisim的四路彩燈控制器設計

　　在設計控制系統電路時，用Multisim仿真軟件對控制系統電路進行設計、仿真、分析，可使工作大大降低成本、節省時間、提高設計質量。本文將以Multisim為工作平臺，以四路彩燈為實例，介紹控制系統的設計與仿真的過程。

　　1 系統的設計

　　利用Multisim設計一個四路彩燈控制器。它要求系統啟動后自動從初始狀態按規定程序完成3個節拍的循環演示。第一節拍：四路彩燈從左向右逐次漸亮，燈亮時間1s，共用4s;第二節拍：四路彩燈從右向左逐次漸滅。共需4s;第三節拍：四路彩燈同時亮0.5s后，同時變暗，進行4次，也需4s。

　　根據系統要求，設計系統硬件框圖如圖l所示。

　　其中信號發生器采用秒脈沖發生器。用以提供頻率為1Hz的時鐘信號;四進制分頻器將1Hz的時鐘信號四分頻，產生0.25Hz(即4S)的時鐘信號;三進制節拍控制器產生3個節拍循環的控制信號;節拍程序執行器完成在每個節拍下的系統動作，即數據的左移、右移、清零和送數功能?？捎呻p向移位寄存器 74LS194完成;燈光電路完成系統循環演示，這里采用LED模擬。

　　1.1 信號發生器

　　信號發生器是由555接成多諧振蕩器產生1Hz的脈沖信號。為了簡化電路設計，選用1Hz的脈沖信號源代替信號發生器。

　　1.2 四進制分頻器

　　分頻器可由各種類型的四進制計數器構成。在此，采用74LS74N中的D觸發器，連接成圖2所示的四進制異步減法計數器。

　　圖3為四進制異步減法計數器的波形。

　　1.3 三進制節拍控制器

　　此系統有3個不同的工作節拍，是由狀態(Q1、Q0)的三種編碼(10、01、11)表示的。選用74LS74N中的D觸發器和74LS00D中的與非門構成圖4所示的三進制計數器。

　　1.4 節拍程序控制器

　　雙相移位寄存器是74LSl94，是產生移動燈光信號的核心器件。圖5是74LS194的邏輯圖和功能表。該寄存器由4個RS觸發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，SL、SR分別為左移和右移串行輸入端;SO、S1為兩個控制輸入端，它們的狀態組合可以完成保持、右移、左移、并行輸入四種控制功能。當S1=0，S0=0時電路保持原來的狀態：當S1=0，SO=1時，數據從右移輸入端SR送入寄存器;當s1=1，S0=0時，數據從左移輸入端SL送入寄存器;當S1=1，S0=1 時，數據從DCBA并行輸入端預置數。

　　本設計利用74LS194寄存器來控制燈進行四個節拍的循環工作：

　　·QD、QC、QB、QA依次為1，相應燈依次點亮;

　　·QD、QC、QB、QA依次為0，相應燈依次熄滅;

　　·QD、QC、QB、QA同時為1，四燈同時點亮;

　　·QD、QC、QB、QA同時為O，四燈同時熄滅。

　　為了完成節拍程序執行器任務，必須使S1、SO、CLK的時序與輸入信號時序相配合。

　　2 系統仿真

　　創建仿真原理圖如圖6所示。

　　2.1 仿真調試

　　Multisim仿真軟件對電路的調試非常方便，可以隨時更改元件、修改參數、測量數據、觀察波形。本系統調試時不能正常工作，經示波器觀察后發現，信號有毛刺，加電阻和電容后系統正常工作;CLK經反相器反相后加載，可起到延時作用;節拍程序執行器用于完成每個節拍下的系統動作，即數據的左移、右移、清零和送數功能，QD、QC、QB、QA直接推動X1、X2、X3、X4完成系統循環演示。

　　3 結束語

　　借助Multisim仿真軟件展開設計，既可以驗證理論計算的正確性，減少電路器件參數拼湊的麻煩，也簡化了反復實驗的過程;還可以降低實驗成本，大大縮短研制周期。實踐證明，本設計達到了四路彩燈控制的目的。