基于Multisim的纯数字电路循环彩灯设计仿真设计

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查看1 | 回复0 | 2021-4-14 17:21:16 | 显示全部楼层 |阅读模式

(1) 不少于八个彩灯。

(2) 实现一一两灭-偶数灯亮-奇数灯亮如此循环。


2  电路总体设计


设计框图:

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图1

总体原理说明:

脉冲发生电路:脉冲发生电路产生标准1HZ脉冲,供计数器进行计数,即彩灯循环频率。

循环计数电路:一个计数器对脉冲发生电路产生的脉冲进行0-7循环计数,并且输入译码器。另一个计数器对0-7循环计数计数器循环次数进行计数。

3-8译码器电路:选用74LS138译码器,将计数器输入的信号进行译码,再将译码结果作为彩灯的循环信号。

开关:选用两档开关,两档分别接地与VCC,公共端接入计数器置数端,控制计数器是否置数成0,从而控制彩灯是否循环。

循环花样判断电路:判断0-2循环计数器输出,实现循环花样变化。

LED灯:LED阳极接VCC,阴极串联一个330Ω电阻作为限流电阻,一共八路。



3各部分电路设计
3.1 脉冲发生电路设计

脉冲发生电路采用555构成的多谐振荡电路。

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图2

用 555 定时器构成的多谐振荡器电路如图所示:图中电容 C、电阻 R1 和 R2 作 为振荡器的定时元件,决定着输出矩形波正、负脉冲的宽度。定时器的触发输入端(2脚)和阀 值输入端(6 脚)与电容相连;集电极开路输出端(7脚)接 R1、R2 相连处,用以控制电容 C 的充、放电;外界控制输入端(5脚)通过 0.01uF 电容接地。

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图3

多谐振荡器的工作波形如图 6-11(b) 所示: 电路接通电源的瞬间,由于电容 C 来不及充电, Vc=0v ,所以 555 定时器状态为 1,输出 Vo为高电平。同时,集电极输出端(7 脚)对地断开,电源 Vcc 对电容 C 充电,电路进入暂稳态 I,此后,电路周而复始地产生周期性的输出脉冲。多谐振荡器两个暂稳态的维持时间取决于 RC 充、放电回路的参数。暂稳态Ⅰ的维持时间,即输出 Vo 的正向脉冲宽度 T1≈0.7(R1+R 2)C; 暂稳态Ⅱ的维持时间,即输出 Vo 的负向脉冲宽度 T2≈0.7R 2C。

因此, 振荡周期 T=T 1+T 2=0.7(R 1+2R 2 )C,振荡频率 f=1/T 。正向脉冲宽度 T1 与振荡周期 T 之比称矩形波的 占空比D ,由上述条件可得 D=(R1+R2)/(R1+2R 2),若使 R2>>R 1,则 D≈1/2, 即输出信号的正负向脉冲宽度相等的矩形波(方波)。

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图4多谐振荡电路仿真电路图

3.2 循环计数电路设计

              循环计数电路采用74LS160计数器。

              74LS160 芯片同步十进制计数器(直接清零)。用于快速计数的内部超前进位 ,用于n 位级联的进位输出,同步可编程序 ,有置数控制线 ,二极管箝位输入 ,直接清零 ,同步计数 。

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74LS160引脚功能:

RCO 进位输出端

ENP 计数控制端

QA-QD 输出端 ENT 计数控制端

CLK 时钟输入端

CLR 异步清零端(低电平有效)

LOAD 同步并行置入端(低电平有效)

              本次设计分别有0-7循环计数作为彩灯循环信号,和0-2循环计数作为三种循环花样判断信号。

              0-7循环计数采用异步清零计数方式,当74LS160计数器计数到8时即计数器输出为1000时,计数器74LS160 CLR端置低电平,从而实现0-7循环计数。

              0-2循环计数采用异步清零计数方式,当74LS160计数器计数到3时即计数器输出为0011时,计数器74LS160 CLR端置低电平,从而实现0-2循环计数。


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图5循环计数仿真电路图

3.3  3-8线译码器电路设计

3-8线译码器电路采用74LS138 3-8译码器。

74LS138 为3 线-8 线译码器,共有 54/74S138和 54/74LS138两种线路结构型式,其工作原理如下:

①当一个选通端(E1)为高电平,另两个选通端((/E2))和(/E3))为低电平时,可将地址端(A0、A1、A2)的二进制编码在Y0至Y7对应的输出端以低电平译出。(即输出为Y0至Y7的非)比如:A2A1A0=110时,则Y6输出端输出低电平信号。

②利用 E1、E2和E3可级联扩展成 24 线译码器;若外接一个反相器还可级联扩展成 32 线译码器。

  ③若将选通端中的一个作为数据输入端时,74LS138还可作数据分配器。

④可用在8086的译码电路中,扩展内存。

74LS138功能表如下表1所示:

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表1

74LS138将0-7循环计数器输出进行译码,译码结果如上表所示。

仿真电路如下图6:

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图6译码器仿真电路

3.4 循环花样判断单元电路设计

              循环花样判断电路只需对0-2循环计数电路输出进行判断,判断则用或门即可,当0-2循环计数电路输出为0000时或门输出不变,则LED灯皆可亮。当输出为0001时偶数灯或门输出为1,则偶数位LED灯不亮。当输出为0010时奇数位或门输出为1,则奇数位LED灯不亮。

              仿真电路如下图7所示:

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图7 循环花样判断仿真电路

3.5 LED灯单元电路设计

LED做为循环彩灯的载体,发光二极管简称为LED。

LED阳极接VCC,阴极串联一个330Ω电阻作为限流电阻,一共八路。

仿真电路如下图8所示:

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图8蜂鸣器报警仿真电路

3.6  开关控制单元电路设计

              开关控制电路采用一个双刀开关,两档分别接电源的地与VCC,公共端接入0-7循环计数器74LS160的置数端,并且计数器输入端为0000,置数端低电平有效。当开关打到VCC端时循环计数器不计数,则彩灯不循环。当开关打到地端时循环计数器开始计数,则彩灯开始循环。

              仿真电路如下图9所示:

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图9蜂鸣器报警仿真电路





4 结论

通过对软件 Multisim 的学习和使用, 进一步加深了对数字电路的认识。 在仿真过程中遇到许 多困难,但通过自己的努力和同学的帮助都一一克服了。布局的时候因元件比较多,整体布局比 较困难,因子电路不如原电路直观,最后在不断努力下,终于不用子电路布好整个电路。 调试时有的器件在理论上可行,但在实际运行中就无法看到效果,所以得换不少器件,有时 无法找出错误便更换器件重新接线以使电路正常运行。同时,在最后仿真时,预置的频率一开始 用的是 1Hz,结果仿真结果反应很慢, 后把频率加大, 这才在短时间内就能看到全部结果。 总之, 通过这次对数字时钟的设计与仿真,为以后的电路设计打下良好的基础,一些经验和教训,将成 为宝贵的学习财富。


附录A  整体逻辑电路图(Multisim绘制)

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