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1、 数电课程设计之multisim仿真题目： 循环彩灯控制器 班级：xxxx班 姓名： xxx 学号： xxxxxxx 循环彩灯控制器一、题目：循环彩灯控制器的设计二、设计任务与要求（1）共有红、绿、黄3色彩灯各9个，要求按一定顺序和时间关系运行。（2）动作要求：先红灯，后绿灯，再黄灯，分别按0.5s的速度跑动一次，然后，全部红灯亮5s，再黄灯，后绿灯，各一次。以此循环。（3）对各组灯的控制，要求有驱动电路。（4）对跑动电路，可以每3个一组，交叉安装，分别点亮每一组，利用视觉暂停，达到跑动的效果。（5）系统要求仿真实验。三、设计与论证1、设计要求分析：该循环彩灯控制器要求电路中有三种颜色的彩灯红
2、、绿、黄各9个。运行的时候，先红灯亮，后绿灯亮，再到黄灯亮，分别按0.5s的速度跑动一次，然后，全部红灯亮5s，再黄灯，后绿灯，各一次。以此循环。这样就要求我们在电路中要设计有2个时间脉冲控制，首先是用0.5s的频率脉冲控制，使红灯、绿灯、黄灯依次跑动一次，然后换成用5s的频率脉冲控制，全部红灯亮5s，然后到全部黄灯亮5s，最后到绿灯亮5s。等全部的绿灯亮5s后，电路又换回用0.5s的频率脉冲控制，如此循环下去。2、总体电路结构框图：由以上两个步骤的分析以及对电路的功能描述，初步确定，总的电路主要是由5个单元电路组成，画出电路的结构框图，如下图所示。整个电路可由时钟脉冲产生电路、脉冲选择电路、
3、计数器、译码器以及彩灯电路5个部分组成。3、方案设计（1）时间脉冲电路的选择：由集成施密特触发器组成多谐振荡器。通过电容值和可调的电阻值来确定输出矩形波的频率值（通常为10HZ），并且集成施密特触发器具有较好的性能，其正向阈值电压UT+和负向阈值电压UT-也很稳定，有很强的抗干扰能力，使用方便，电路简单可调。（2）计数器的选择：74LS161芯片，是一个具有异步清零、同步置数、可预置的四位二进制计数器。（3）译码器的选择：用译码器74LS154。74154是4线-16线译码器，当选通端（G1、G2）均为低电平时，可将地址端（ABCD）的二进制编码在一个对应的输出端，以低电平译出。如果将G1和G
4、2中的一个作为数据输入端，由ABCD对输出寻址，74LS154还可作1线-16线数据分配器。（4）脉冲选择电路：单纯用简单的门电路来控制脉冲源的选择。用门电路再结合译码器几个输出端共同控制脉冲源的选择，相当于组成了一个选频网络。（5）总电路原理设计的方案：1 27个彩灯分组，红灯每3个为一组，有3组，绿灯每3个为一组，有3组，黄灯每3个为一组，有3组，共9组； 2 需要两个555多谐振荡器，一个实现0.5s的跑动频率以及另一个实现5s的跑动频率； 3 需要一个脉冲选择控制电路，来达到选频功能。需要一个加法计数器和一个译码器。 4 一个12进制的加法计数器，再通过一个译码器，输出Q0-Q11，其
5、中Q0-Q8的输出实行第一个跑动效果，Q9-Q11的输出实现第二个跑动效果。 5 利用前面的两个555多谐振荡器，使输出Q0-Q8时用0.5s的跑动频率，输出Q9-Q11时用5s的跑动频率。四、元器件清单及总电路工作原理1、元件清单元件序号型号主要参数数量备注1R1-R52 31.5k 20k 15k 350k5555多谐振荡组成以及彩灯保护电阻2C1-C410nf4555多谐振荡组成374161N4位二进制1计数器474154N4线16线1译码器5NAND29二输入与非门6AND22二输入与门7NOT1非门8NANND31三输入与非门9NAND41四输入与非门10OR21二输入或门11LED
6、Ledred Ledgreen Ledyellow27彩灯2、仿真电路图如图所示：3、电路完整工作过程描述 电路上有两个用555定时器构成的多谐振荡器，分别为2kHz和200Hz。一个计数器、一个译码器，再加上一系列的彩灯电路。 接通电源的时候，首先是频率为2kHz的多谐振荡器产生脉冲CP，送到74161计数器的CLK端，使计数器从0000开始计算，分别产生0000到1000的计算输出量，分别送到译码器74154的输入端，控制9组彩灯分别以0.5S的时间各自量一次，由于译码器输出是低电平有效，所以译码器的输出端要接非门再接彩灯。当计算到1001到1011的时候，此时通过一个三输入端的与非门，使
7、电平由0变为1，再通过一个非门，这样就使得计数器的CLK端由频率为2kHz的多谐振荡器换成频率为200Hz的脉冲，译码器Q9为有效电平。当计数到1011的时候，产生置数信号，由于74161是低电平同步置数的，所以要用一个与非门，把电平由1转变为0，从而把计数器1置数到0000，重新开始计算。此时，由于译码器Q9Q10Q11输出都为高电平，通过与非门，再通过一个二端口的与门和频率为200Hz的多谐振荡器连接，它们总的输出端变为0，相反，而频率为2KHz的多谐振荡器那边为1，所以当重新计算的时候，脉冲又换回了0.5S的。如此往复，最终就实现了总的电路设计。五、结论 在仿真运行的过程中，电路运行总体结果基本符合要求，各组彩灯都能按要求的顺序跑动点亮，元件也没有出现烧坏的现象。电路中唯一不够理想的是各组彩灯跑动时间不够准确，尤其是5S脉冲控制各组颜色彩灯同时亮的时候，时间不够准确而且不稳定。经分析认为这是由于各个模块的电路都存在延时现象，所以导致总的电路运行起来时间不够准确而且不稳定。
