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(多图) 基于Multisim的彩灯控制系统的仿真

电子科技 蚌埠坦克学院 段永霞 孟建新 周建波?? 2010年12月27日 ?? 收藏0

  0 引言

  在设计控制系统电路时,用Multisim仿真软件对控制系统电路进行设计、仿真、分析,可使工作大大降低成本、节省时间、提高设计质量。本文将以Multisim为工作平台,以四路彩灯为实例,介绍控制系统的设计与仿真的过程。

  1 系统的设计

  利用Multisim设计一个四路彩灯控制器。它要求系统启动后自动从初始状态按规定程序完成3个节拍的循环演示。第一节拍:四路彩灯从左向右逐次渐亮,灯亮时间1s,共用4s;第二节拍:四路彩灯从右向左逐次渐灭。共需4s;第三节拍:四路彩灯同时亮0.5s后,同时变暗,进行4次,也需4s。

  根据系统要求,设计系统硬件框图如图l所示。

设计系统硬件框图

  其中信号发生器采用秒脉冲发生器。用以提供频率为1Hz的时钟信号;四进制分频器将1Hz的时钟信号四分频,产生0.25Hz(即4S)的时钟信号;三进制节拍控制器产生3个节拍循环的控制信号;节拍程序执行器完成在每个节拍下的系统动作,即数据的左移、右移、清零和送数功能。可由双向移位寄存器 74LS194完成;灯光电路完成系统循环演示,这里采用LED模拟。

  1.1 信号发生器

  信号发生器是由555接成多谐振荡器产生1Hz的脉冲信号。为了简化电路设计,选用1Hz的脉冲信号源代替信号发生器。

  1.2 四进制分频器

  分频器可由各种类型的四进制计数器构成。在此,采用74LS74N中的D触发器,连接成图2所示的四进制异步减法计数器。

四进制异步减法计数器

  图3为四进制异步减法计数器的波形。

四进制异步减法计数器的波形

  1.3 三进制节拍控制器

  此系统有3个不同的工作节拍,是由状态(Q1、Q0)的三种编码(10、01、11)表示的。选用74LS74N中的D触发器和74LS00D中的与非门构成图4所示的三进制计数器。

三进制计数器

  1.4 节拍程序控制器

  双相移位寄存器是74LSl94,是产生移动灯光信号的核心器件。图5是74LS194的逻辑图和功能表。该寄存器由4个RS触发器及它们的输入控制电路组成。具有并行寄存、左移寄存、右移寄存和保持四种工作模式。*****为清零端,低电平有效;CLK为上升沿触发,SL、SR分别为左移和右移串行输入端;SO、S1为两个控制输入端,它们的状态组合可以完成保持、右移、左移、并行输入四种控制功能。当S1=0,S0=0时电路保持原来的状态:当 S1=0,SO=1时,数据从右移输入端SR送入寄存器;当s1=1,S0=0时,数据从左移输入端SL送入寄存器;当S1=1,S0=1 时,数据从DCBA并行输入端预置数。

输入端预置数

  本设计利用74LS194寄存器来控制灯进行四个节拍的循环工作:

·QD、QC、QB、QA依次为1,相应灯依次点亮;
·QD、QC、QB、QA依次为0,相应灯依次熄灭;
·QD、QC、QB、QA同时为1,四灯同时点亮;
·QD、QC、QB、QA同时为O,四灯同时熄灭。

  为了完成节拍程序执行器任务,必须使S1、SO、CLK的时序与输入信号时序相配合。

  2 系统仿真

  创建仿真原理图如图6所示。

创建仿真原理图

  2.1 仿真调试

  Multisim仿真软件对电路的调试非常方便,可以随时更改元件、修改参数、测量数据、观察波形。本系统调试时不能正常工作,经示波器观察后发现,信号有毛刺,加电阻和电容后系统正常工作;CLK经反相器反相后加载,可起到延时作用;节拍程序执行器用于完成每个节拍下的系统动作,即数据的左移、右移、清零和送数功能,QD、QC、QB、QA直接推动X1、X2、X3、X4完成系统循环演示。

  3 结束语

  借助Multisim仿真软件展开设计,既可以验证理论计算的正确性,减少电路器件参数拼凑的麻烦,也简化了反复实验的过程;还可以降低实验成本,大大缩短研制周期。实践证明,本设计达到了四路彩灯控制的目的。


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Multisim的? 彩灯控制? 秒脉冲发生器?

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