基于Multisim的移位寄存器型彩燈控制電路設計與仿真

王強

（渤海大學 數理學院物理系，遼寧 錦州 121000）

Multisim仿真軟件是由加拿大Interactive Image Technologies公司開發的一種基于SPICE工業標準的EDA軟件，它就像一個真正的實驗工作臺，將電路原理圖的輸入、虛擬儀器的測試分析和結果的圖形顯示等集成到一個設計窗口[1，3]。

利用Multisim仿真軟件，不僅可以清楚地了解電路的工作狀態，還可以測量電路的性能指標，極大地方便了電子電路的分析設設計[3-8]。

文中以移位寄存器型彩燈控制電路為例,介紹了基于Multisim的電路設計與仿真。

1 基于Multisim彩燈閃爍電路設計與仿真

1.1 設計任務與要求

用移位寄存器74LS194為核心元件設計一個8路彩燈控制器[1-2]。 要求：

1）控制8個彩燈，組成2種花型，每種花型連續循環2次，各種花型輪流交替，用指示燈模擬彩燈；

2）花型I—8路彩燈由中間到兩邊對稱地依次亮，全亮后仍由中間到兩邊對稱地依次滅；

3）花型II—8路彩燈分成兩半，從左自右順序亮，再順序滅。

狀態編碼表如表1所示。

表1 8路彩燈輸出狀態編碼表Tab.1 Encoding table of 8 lantern output state

1.2 設計原理

1.2.1 系統的邏輯功能分析

彩燈控制器的原理如圖1所示，主要由控制器、編碼器和脈沖信號發生器等部分組成。

編碼器根據花型按節拍輸出8路編碼信號，控制彩燈按規定的規律亮、滅；控制器為編碼器提供所需的節拍脈沖及控制信號，控制整個系統工作；脈沖信號發生器為系統提供時鐘脈沖信號。

圖1 彩燈控制器原理框圖Fig.1 Block diagram of the controller lights

1.2.2 設計方案

1）編碼器的設計 分析表1，實現花型I時，前4位Q0Q1Q2Q3為模8左移扭環形計數器的計數規律，后4位Q4Q5Q6Q7為模8右移扭環形計數器的計數規律；實現花型II時，前4位Q0Q1Q2Q3為模8右移扭環形計數器的計數規律，后4位Q4Q5Q6Q7為模8右移扭環形計數器的計數規律。

編碼器的Multisim仿真電路圖如圖2所示。

圖2 編碼器的Multisim仿真Fig.2 Encoder Multisim simulation

編碼器選用2片4位雙向移位寄存器74LS194組成2個扭環形計數器。其中，U1片74LS194的工作方式控制端S1、S0由控制器控制，仿真圖2時分別使S1=1、S0=0及S1=0、S0=1，數據左移串行輸入端SL=Qn7、數據右移串行輸入端SR=Qn7；U2片74LS194的工作方式控制端S1=0、S0=1，數據右移串行輸入端SR=Q7，數據左移串行輸入端SL=×。各片的數據并行輸入端 D0D1D2D3=××××。

2）控制器的設計 分析表 1，花型 I、花型 II經 8個 CLK脈沖信號作用循環一次。由顯示方式要求，每種花型連續循環2次需經過16個CP脈沖信號作用，實現一次大循環需32個CLK脈沖信號作用。

控制器需產生一個32拍的節拍脈沖用于控制U1片74LS194的工作方式控制端S1、S0，從而控制彩燈的花型。

控制器的時序如圖3所示。

圖3 控制器的時序圖Fig.3 Controller timing diagram

32拍的節拍脈沖，可通過計數器對CLK時鐘脈沖信號進行32分頻的方法產生，用2片4位二進制計數器74LS161級聯成8位二進制計數器，控制器的Multisim仿真電路圖如圖4所示，CLK32端的輸出即為32拍的節拍脈沖。

3）時鐘脈沖信號 時鐘脈沖信號源選用Multisim中時鐘電壓源，振蕩頻率設置在100 Hz左右。亦可由555定時器外接電阻、電容元件構成多諧振蕩器產生時鐘脈沖信號。

1.3 總體電路的設計與仿真

各單元電路的設計與仿真完成后,最后連接各單元電路，實現整個彩燈控制電路系統。系統的總體Multisim仿真電路如圖5所示。

由圖5中，U1片74LS194的工作方式控制端S1、S0與節拍脈沖CLK32的邏輯關系為：

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

圖5 移位寄存器型彩燈控制電路的Multisim仿真Fig.5 Shift-register control circuit Multisim simulation Lantern

用一個與非門實現式（1）。將節拍脈沖邏輯電路的CLK32輸出端直接連接在第U1片74LS194的S0控制端實現式（2）。仿真電路工作時，8路指示燈按設計要求的規律閃爍。

2 結束語

移位寄存器型彩燈控制電路，有機地將移位寄存器、集成計數器等單元電路相結合。將計算機仿真軟件Multisim引入到電子電路設計中，使電子電路的設計、仿真、測試非常方便，從而提高了解決實際問題的能力。

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