數(shù)電課程設(shè)計之multisim仿真循環(huán)彩燈控制器

1、 數(shù)電課程設(shè)計之multisim仿真題目： 循環(huán)彩燈控制器 班級：xxxx班 姓名： xxx 學號： xxxxxxx 循環(huán)彩燈控制器一、題目：循環(huán)彩燈控制器的設(shè)計二、設(shè)計任務(wù)與要求（1）共有紅、綠、黃3色彩燈各9個，要求按一定順序和時間關(guān)系運行。（2）動作要求：先紅燈，后綠燈，再黃燈，分別按0.5s的速度跑動一次，然后，全部紅燈亮5s，再黃燈，后綠燈，各一次。以此循環(huán)。（3）對各組燈的控制，要求有驅(qū)動電路。（4）對跑動電路，可以每3個一組，交叉安裝，分別點亮每一組，利用視覺暫停，達到跑動的效果。（5）系統(tǒng)要求仿真實驗。三、設(shè)計與論證1、設(shè)計要求分析：該循環(huán)彩燈控制器要求電路中有三種顏色的彩燈紅

2、、綠、黃各9個。運行的時候，先紅燈亮，后綠燈亮，再到黃燈亮，分別按0.5s的速度跑動一次，然后，全部紅燈亮5s，再黃燈，后綠燈，各一次。以此循環(huán)。這樣就要求我們在電路中要設(shè)計有2個時間脈沖控制，首先是用0.5s的頻率脈沖控制，使紅燈、綠燈、黃燈依次跑動一次，然后換成用5s的頻率脈沖控制，全部紅燈亮5s，然后到全部黃燈亮5s，最后到綠燈亮5s。等全部的綠燈亮5s后，電路又換回用0.5s的頻率脈沖控制，如此循環(huán)下去。2、總體電路結(jié)構(gòu)框圖：由以上兩個步驟的分析以及對電路的功能描述，初步確定，總的電路主要是由5個單元電路組成，畫出電路的結(jié)構(gòu)框圖，如下圖所示。整個電路可由時鐘脈沖產(chǎn)生電路、脈沖選擇電路、

3、計數(shù)器、譯碼器以及彩燈電路5個部分組成。3、方案設(shè)計（1）時間脈沖電路的選擇：由集成施密特觸發(fā)器組成多諧振蕩器。通過電容值和可調(diào)的電阻值來確定輸出矩形波的頻率值（通常為10hz），并且集成施密特觸發(fā)器具有較好的性能，其正向閾值電壓ut+和負向閾值電壓ut-也很穩(wěn)定，有很強的抗干擾能力，使用方便，電路簡單可調(diào)。（2）計數(shù)器的選擇：74ls161芯片，是一個具有異步清零、同步置數(shù)、可預(yù)置的四位二進制計數(shù)器。（3）譯碼器的選擇：用譯碼器74ls154。74154是4線-16線譯碼器，當選通端（g1、g2）均為低電平時，可將地址端（abcd）的二進制編碼在一個對應(yīng)的輸出端，以低電平譯出。如果將g1和g

4、2中的一個作為數(shù)據(jù)輸入端，由abcd對輸出尋址，74ls154還可作1線-16線數(shù)據(jù)分配器。（4）脈沖選擇電路：單純用簡單的門電路來控制脈沖源的選擇。用門電路再結(jié)合譯碼器幾個輸出端共同控制脈沖源的選擇，相當于組成了一個選頻網(wǎng)絡(luò)。（5）總電路原理設(shè)計的方案：1 27個彩燈分組，紅燈每3個為一組，有3組，綠燈每3個為一組，有3組，黃燈每3個為一組，有3組，共9組； 2 需要兩個555多諧振蕩器，一個實現(xiàn)0.5s的跑動頻率以及另一個實現(xiàn)5s的跑動頻率； 3 需要一個脈沖選擇控制電路，來達到選頻功能。需要一個加法計數(shù)器和一個譯碼器。 4 一個12進制的加法計數(shù)器，再通過一個譯碼器，輸出q0-q11，其

5、中q0-q8的輸出實行第一個跑動效果，q9-q11的輸出實現(xiàn)第二個跑動效果。 5 利用前面的兩個555多諧振蕩器，使輸出q0-q8時用0.5s的跑動頻率，輸出q9-q11時用5s的跑動頻率。四、元器件清單及總電路工作原理1、元件清單元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量備注1r1-r52 31.5k 20k 15k 350k5555多諧振蕩組成以及彩燈保護電阻2c1-c410nf4555多諧振蕩組成374161n4位二進制1計數(shù)器474154n4線16線1譯碼器5nand29二輸入與非門6and22二輸入與門7not1非門8nannd31三輸入與非門9nand41四輸入與非門10or21二輸入或門11led

6、ledred ledgreen ledyellow27彩燈2、仿真電路圖如圖所示：3、電路完整工作過程描述 電路上有兩個用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器，分別為2khz和200hz。一個計數(shù)器、一個譯碼器，再加上一系列的彩燈電路。 接通電源的時候，首先是頻率為2khz的多諧振蕩器產(chǎn)生脈沖cp，送到74161計數(shù)器的clk端，使計數(shù)器從0000開始計算，分別產(chǎn)生0000到1000的計算輸出量，分別送到譯碼器74154的輸入端，控制9組彩燈分別以0.5s的時間各自量一次，由于譯碼器輸出是低電平有效，所以譯碼器的輸出端要接非門再接彩燈。當計算到1001到1011的時候，此時通過一個三輸入端的與非門，使

7、電平由0變?yōu)?，再通過一個非門，這樣就使得計數(shù)器的clk端由頻率為2khz的多諧振蕩器換成頻率為200hz的脈沖，譯碼器q9為有效電平。當計數(shù)到1011的時候，產(chǎn)生置數(shù)信號，由于74161是低電平同步置數(shù)的，所以要用一個與非門，把電平由1轉(zhuǎn)變?yōu)?，從而把計數(shù)器1置數(shù)到0000，重新開始計算。此時，由于譯碼器q9q10q11輸出都為高電平，通過與非門，再通過一個二端口的與門和頻率為200hz的多諧振蕩器連接，它們總的輸出端變?yōu)?，相反，而頻率為2khz的多諧振蕩器那邊為1，所以當重新計算的時候，脈沖又換回了0.5s的。如此往復(fù)，最終就實現(xiàn)了總的電路設(shè)計。五、結(jié)論 在仿真運行的過程中，電路運行總體結(jié)果基本符合要求，各組彩燈都能按要求的順序跑動點亮，元件也沒有出現(xiàn)