基于Multisim的燈光循環(huán)顯示電路資料.doc

電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目：基于Multisim的燈光循環(huán)顯示電路 課 程： 學(xué)生姓名： xxxx 學(xué)生學(xué)號： xxxxxxxxxx 年 級： 20xx 專 業(yè)： 自動化 班 級： 1 班 指導(dǎo)教師： xxxxxxx 機(jī)械與電氣工程學(xué)院制2015年3月基于Multisim的燈光循環(huán)顯示電路 學(xué)生：xxx指導(dǎo)教師：xxx機(jī)械與電氣工程學(xué)院 自動化專業(yè)1 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求1. 掌握計(jì)數(shù)、譯碼1、顯示驅(qū)動電路2的設(shè)計(jì)與調(diào)試方法。2. 根據(jù)不同的要求實(shí)現(xiàn)不同的輸出。2 設(shè)計(jì)的原理及方案制定2.1課程設(shè)計(jì)的原理根據(jù)燈光顯示狀態(tài)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，可表示為000001010100111100010001000這樣一個(gè)七進(jìn)制循環(huán)。將74LS160計(jì)數(shù)器改造成000001010011100101110111000的七進(jìn)制循環(huán)計(jì)數(shù)器，再將計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)用74LS138譯碼器轉(zhuǎn)換成八個(gè)輸出狀態(tài)，將該輸出狀態(tài)通過邏輯運(yùn)算轉(zhuǎn)化成具有三個(gè)輸出狀態(tài)的且與燈光顯示狀態(tài)一一對應(yīng)的狀態(tài)信號。三個(gè)彩燈紅、綠、黃循環(huán)顯示3。彩燈顯示的狀態(tài)表如表所示。表1 彩燈顯示狀態(tài)表CLKBR循環(huán)顯示2.2課程設(shè)計(jì)方案制定 根據(jù)彩燈顯示的狀態(tài)表分析，該電路由計(jì)數(shù)器、顯示譯碼模塊、顯示驅(qū)動電路構(gòu)成。計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)000111狀態(tài)的輸出，顯示譯碼模塊把計(jì)數(shù)器的輸出轉(zhuǎn)換成彩燈顯示狀態(tài)，由發(fā)光二極管顯示輸出。彩燈顯示電路框圖如圖1所示。計(jì) 數(shù) 器顯示譯碼模塊 彩燈顯示圖1 彩燈顯示電路框圖 3 設(shè)計(jì)方案實(shí)施3.1.1 集成555定時(shí)器多諧振蕩器555定時(shí)器4 5多諧振蕩器6 是能產(chǎn)生矩形波的一種自激振蕩器電路，由于矩形波中除基波外還含有豐富的高次諧波，故稱為多諧振蕩器。多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，在自身因素的作用下，電路就在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間來回轉(zhuǎn)換。多諧振蕩器是能產(chǎn)生矩形波的一種自激振蕩器電路，由于矩形波中除基波外還含有豐富的高次諧波，故 稱為多諧振蕩器。多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，在自身因素的作用下，電路就在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之 間來回轉(zhuǎn)換，故又稱它為無穩(wěn)態(tài)電路。由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖2所示，R1，R2和C是外接定時(shí)元件，電路中將高電平觸發(fā)端和低電平觸發(fā)端并接后接到R2和C的連接處，將放電端接到R1，R2的連接處。由于接通電源瞬間，電容C來不及充電，電容器兩端電壓uc為低電平，小于（1/3）Vcc，故高電平觸發(fā) 端與低電平觸發(fā)端均為低電平，輸出uo為高電平，放電管VT截止。這時(shí)，電源經(jīng)R1，R2對電容C充電，使 電壓uc按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)uc上升到（2/3）Vcc時(shí)，輸出uo為低電平，放電管VT導(dǎo)通，把uc從（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc這段時(shí)間內(nèi)電路的狀態(tài)稱為第一暫穩(wěn)態(tài)，其維持時(shí)間TPH的長短與電容的充電時(shí)間有關(guān) 。充電時(shí)間常數(shù)T充=（R1R2）C。由于放電管VT導(dǎo)通，電容C通過電阻R2和放電管放電，電路進(jìn)人第二暫穩(wěn)態(tài).其維持時(shí)間TPL的長短與電 容的放電時(shí)間有關(guān)，放電時(shí)間常數(shù)T放R2C0隨著C的放電，uc下降，當(dāng)uc下降到（1/3）Vcc時(shí)，輸出uo。 為高電平，放電管VT截止，Vcc再次對電容c充電，電路又翻轉(zhuǎn)到第一暫穩(wěn)態(tài)。不難理解，接通電源后，電 路就在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間來回翻轉(zhuǎn)，則輸出可得矩形波。電路一旦起振后，uc電壓總是在（1/32/3）Vcc 之間變化。圖2多諧振蕩器電路圖如圖2所示，R1，R2，和C是外接定時(shí)元件，電路中將高電平觸發(fā)端（THR引腳）和低電平的觸發(fā)端（TRI）引腳并接后到R2和C的連接處，將放電端（DIS腳）接到R1，R2的連接處。根據(jù)555振蕩器周期公式T=（R1+2R2）*C*Ln2,由圖2中所示的各個(gè)元器件的參數(shù)，可以求出周期T=（28860+57720*2)*0.00001*0.7=1.0101s ，占空比=周期內(nèi)高電平所占時(shí)間/周期=（R1+R2）*C*Ln2/T=0.6由多諧振蕩器產(chǎn)生的暫穩(wěn)態(tài)電路的波形如圖3所示。圖3 暫穩(wěn)態(tài)電路的波形圖3.1.274LS160計(jì)數(shù)器74LS160計(jì)數(shù)器7不僅用于對時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)，還可以用于分頻，定時(shí)，產(chǎn)生節(jié)拍脈沖和脈沖序列以及數(shù)字運(yùn)算。74LS160是同步置數(shù)，異步清零的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。本次試驗(yàn)利用了同步置數(shù)法將160接成8進(jìn)制以實(shí)現(xiàn)控制循環(huán)。當(dāng)清零端CLR為低電平時(shí)，不管時(shí)鐘端CLK狀態(tài)如何，即可完成清零功能，并且使得清零端為低電平的狀態(tài)的時(shí)間極短，故較為穩(wěn)定。74LS160的預(yù)置是同步的。當(dāng)置入控制器為低電平時(shí)，必須等下一個(gè)時(shí)鐘信號到達(dá)，才能將其置零 ，故該狀態(tài)包含在穩(wěn)定的循環(huán)狀態(tài)內(nèi)74LS160的計(jì)數(shù)是同步的，靠CLK同時(shí)加在四個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)CEP,CET為高電平時(shí)，在CLK上升沿作用下Q0-Q3同時(shí)變化，從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。74LS160接成的同步計(jì)數(shù)器如圖4所示。圖4 74LS160同步計(jì)數(shù)器引腳圖3.1.374LS138譯碼器74LS138為3線-8線譯碼器。共有 54LS138和 74LS138 兩種線路結(jié)構(gòu)型式。譯碼器是將每個(gè)輸入的二進(jìn)制代碼譯成對應(yīng)輸出高低電平信號或另一個(gè)代碼。74LS138譯碼器的工作原理：當(dāng)一個(gè)選通端（E1）為高電平，另兩個(gè)選通端（(/E2)和(/E3)）為低電平時(shí)，可將地址端（A0、A1、A2）的二進(jìn)制編碼在Y0至Y7對應(yīng)的輸出端以低電平譯出。比如：A2A1A0=110時(shí)，則Y6輸出端輸出低電平信號。利用 E1、E2和E3可級聯(lián)擴(kuò)展成 24 線譯碼器；若外接一個(gè)反相器還可級聯(lián)擴(kuò)展成 32 線譯碼器。若將選通端中的一個(gè)作為數(shù)據(jù)輸入端時(shí)，74LS138還可作數(shù)據(jù)分配器?？捎迷?086的譯碼電路中，擴(kuò)展內(nèi)存。關(guān)于74LS138的引腳功能介紹：A0A2：地址輸入端 STA（E1）：選通端/STB（/E2）、/STC（/E3）：選通端（低電平有效）/Y0/Y7：輸出端（低電平有效）VCC：電源正GND：地A0A2對應(yīng)Y0Y7；A0,A1,A2以二進(jìn)制形式輸入，然后轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制，對應(yīng)相應(yīng)Y的序號輸出低電平，其他均為高電平；下圖為74LS138的邏輯圖。圖5 74LS138譯碼器的邏輯圖此次實(shí)驗(yàn)將計(jì)數(shù)器的輸出端信號作為譯碼器的輸入信號，G1接高電平G2接低電平，譯碼器處于工作狀態(tài)，A,B,C地址輸入端對應(yīng)著一個(gè)輸出Y。3.1.4 顯示驅(qū)動電路顯示驅(qū)動電路由譯碼器分別連接三個(gè)不同顏色的LED燈即紅藍(lán)黃各一個(gè)構(gòu)成，在實(shí)驗(yàn)仿真過程中，譯碼器的輸出信號將轉(zhuǎn)化為驅(qū)動燈管8發(fā)光的信號，譯碼器的輸出每次只能有一個(gè)狀態(tài)，通過一個(gè)與非門9可以達(dá)到輸出的循環(huán)顯示，即三個(gè)不同顏色的紅藍(lán)黃LED彩燈循環(huán)顯示。根據(jù)555振蕩器周期公式T=（R1+2R2）*C*Ln2,由圖2中所示的各個(gè)元器件數(shù)，可以求出周期T=（28860+57720*2)*0.00001*0.7=1.0101s及每隔周期T即1.0101s，三個(gè)不同顏色的紅藍(lán)黃LED彩燈循環(huán)顯示的時(shí)間間隔為1.0101s。3.2元器件選擇表2 元件清單表元器件名稱元器件所需數(shù)量555定時(shí)器多諧振蕩器（相關(guān)參數(shù)需改動）一個(gè)74LS138 3-8線譯碼器一個(gè)三輸入端與非門元器件四個(gè)74LS160計(jì)數(shù)器一個(gè)LED顯示燈紅藍(lán)黃各一個(gè)5V電源一個(gè)電容兩個(gè)導(dǎo)線若干3.3 系統(tǒng)整體電路圖圖6系統(tǒng)的整體電路圖4 設(shè)計(jì)的仿真實(shí)現(xiàn)4.1 仿真軟件介紹本次試驗(yàn)是利用Multisim1010軟件完成的一個(gè)電路仿真實(shí)驗(yàn)，Multisim10軟件是一個(gè)專門用于電子線路仿真與設(shè)計(jì)的EDA工具軟件。作為Windows下運(yùn)行的個(gè)人桌面電子設(shè)計(jì)工具，Multisim是一個(gè)完整的集成化設(shè)計(jì)環(huán)境。Multisim計(jì)算機(jī)仿真與虛擬儀器技術(shù)可以很好地解決理論教學(xué)與實(shí)際動手實(shí)驗(yàn)相脫節(jié)的這一問題。學(xué)生可以很方便地把剛剛學(xué)到的理論知識用計(jì)算機(jī)仿真真實(shí)的再現(xiàn)出來，并且可以用虛擬儀器技術(shù)創(chuàng)造出真正屬于自己的儀表。Multisim軟件特點(diǎn)：(1)直觀的圖形界面：整個(gè)操作界面就像一個(gè)電子實(shí)驗(yàn)工作臺，繪制電路所需的元器件和仿真所需的測試儀器均可直接拖放到屏幕上，輕點(diǎn)鼠標(biāo)可用導(dǎo)線將它們連接起來，軟件儀器的控制面板和操作方式都與實(shí)物相似，測量數(shù)據(jù)、波形和特性曲線如同在真實(shí)儀器上看到的一樣。(2)豐富的元器件庫：Multisim大大擴(kuò)充了EWB的元器件庫，Multisim提供了世界主流供應(yīng)商的超過17000多種元器件，同時(shí)能方便的對元器件的各種參數(shù)進(jìn)行修改能利用模型生成器以及代碼模型生成創(chuàng)建型等功能，創(chuàng)建自己需要的元器件。元件庫中包括基本元件、半導(dǎo)體器件、運(yùn)算放大器、TTL和CMOS數(shù)字IC、DAC、ADC及其他各種部件，且用戶可通過元件編輯器自行創(chuàng)建或修改所需元件模型，還可通過liT公司網(wǎng)站或其代理商獲得元件模型的擴(kuò)充和更新服務(wù)。(3)豐富的測試儀器：除EWB具備的數(shù)字萬用表、函數(shù)信號發(fā)生器、雙通道示波器、掃頻儀、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀和邏輯轉(zhuǎn)換儀外，Multisim新增了瓦特表、失真分析儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀。尤其與EWB不同的是：所有儀器均可多臺同時(shí)調(diào)用。(4)完備的分析手段：除了EWB提供的直流工作點(diǎn)分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅里葉分析、噪聲分析、失真分析、參數(shù)掃描分析、溫度掃描分析、極點(diǎn)一零點(diǎn)分析、傳輸函數(shù)分析、靈敏度分析、最壞情況分析和蒙特卡羅分析外，Multisim新增了直流掃描分析、批處理分析、用戶定義分析、噪聲圖形分析和射頻分析等，基本上能滿足一般電子電路的分析設(shè)計(jì)要求。(5)強(qiáng)大的仿真能力：Multisim既可對模擬電路或數(shù)字電路分別進(jìn)行仿真，也可進(jìn)行數(shù)?；旌戏抡?，尤其是新增了射頻(RF)電路的仿真功能。仿真失敗時(shí)會顯示出錯(cuò)信息、提示可能出錯(cuò)的原因，仿真結(jié)果可隨時(shí)儲存和打印。4.2設(shè)計(jì)仿真實(shí)現(xiàn)在Multisim10的元件庫中將元件清單表所需元器件一一找出，并在Multisim10的操作界面中將元器件按照電路仿真實(shí)驗(yàn)原理圖將各個(gè)元器件排列好。并用導(dǎo)線將其正確的連接好，然后點(diǎn)擊Multisim10軟件中的運(yùn)行按鈕，進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)仿真，電路仿真過程中可以觀察到燈光顯示電路中的紅，藍(lán)和黃LED燈循環(huán)閃爍顯示，顯示時(shí)間間隔為1.0101s即圖7所示現(xiàn)象，當(dāng)然也可根據(jù)555振蕩器周期公式T=（R1+2R2）*C*Ln2，通過改變電阻R1，R2及電容C的設(shè)定值從而改變這個(gè)循環(huán)的顯示周期，然后雙擊暫穩(wěn)態(tài)電路中的示波器，會觀察到循環(huán)顯示高低電平的方波即圖8所示現(xiàn)象，而且結(jié)合所學(xué)知識及電路實(shí)驗(yàn)原理可以得出示波器高電平的時(shí)候燈光顯示電路的LED燈才會循環(huán)顯示。下面是試驗(yàn)仿真過程中結(jié)果圖。圖7試驗(yàn)仿真時(shí)彩燈顯示電路圖圖8實(shí)驗(yàn)仿真時(shí)暫穩(wěn)態(tài)電路的輸出波形圖電路由計(jì)數(shù)器、顯示譯碼模塊、顯示驅(qū)動電路構(gòu)成。計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)000111狀態(tài)的循環(huán)輸出，顯示譯碼模塊把計(jì)數(shù)器的輸出轉(zhuǎn)換成彩燈顯示狀態(tài)，由LED燈顯示輸出，紅，黃，藍(lán)燈交替顯示，通過計(jì)算周期T為1.0101s，即三個(gè)不同顏色的紅藍(lán)黃LED彩燈循環(huán)顯示的時(shí)間間隔為1.0101s。而且仿真結(jié)果驗(yàn)證了試驗(yàn)設(shè)計(jì)的正確性。5 總結(jié)及體會通過這幾天的課程設(shè)計(jì)，讓我體會到要想制作一個(gè)正確的課程設(shè)計(jì)的困難，不僅需要很長的時(shí)間，還要很多的精力。由于沒有學(xué)過Multisim仿真軟件，所以剛開始的時(shí)候根本不會使用這個(gè)軟件，后來不斷的摸索，學(xué)習(xí)，終于對它有了一些了解，能夠更好的去利用它了。本來覺得很容易的電路圖但是進(jìn)行仿真的時(shí)候，各種問題都接踵而至，這時(shí)候才發(fā)現(xiàn)還有很多東西自己根本就不了解，想過放棄，但在同學(xué)的幫助下堅(jiān)持下來了，并且通過查閱書籍及各種資料完整的仿真出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，很開心。這次試驗(yàn)使我深刻認(rèn)識到理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性，光有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合，從理論中得出結(jié)論，才能真正掌握本領(lǐng)，從而提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力。通過這次課程設(shè)計(jì)，我們深感自己動手操作的重要性。我們在課堂上接觸到的多半是蒼白的理論，在實(shí)踐層面上只有一定的指導(dǎo)作用。但是真正在實(shí)際運(yùn)用過程中，我們?nèi)绻狈Ρ匾募皶r(shí)鍛煉，那將會感覺到力不從心。理工科本來就是一門集思維和動手能力于一體的學(xué)科，要想真正掌握好，思考、假設(shè)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證都是必不可少的。在通過很多的理論學(xué)習(xí)之后，我們通過課程設(shè)計(jì)和相關(guān)的實(shí)驗(yàn)把書本上的理論知識在實(shí)際運(yùn)用中加以利用，鞏固了理論知識的同時(shí)也增強(qiáng)了我們的動手能力。我們學(xué)習(xí)理論知識的最終目的還是要走向?qū)嶋H運(yùn)用，通過這種模擬式的學(xué)習(xí)，我們加深認(rèn)識到理論與實(shí)踐的差異。通過這個(gè)課程設(shè)計(jì)，我們大家把整個(gè)學(xué)習(xí)階段的各種學(xué)科知識竄聯(lián)在一起，更好地認(rèn)識到學(xué)習(xí)是一個(gè)系統(tǒng)工程。我們的每一個(gè)環(huán)節(jié)都是在為以后的實(shí)踐環(huán)節(jié)做鋪墊，我們的每一個(gè)環(huán)節(jié)都是要有所掌握才可以順利完成任務(wù)。遇到的各種問題都要親自去解決是一件很不容易的事情，同時(shí)我也在實(shí)踐過程中修復(fù)了以往學(xué)習(xí)的很多漏洞。自身也得到了不同程度的完善和提升。希望以后能多舉行多參與這類型的實(shí)踐活動。把理論知識結(jié)合到實(shí)踐層面去，理論結(jié)合實(shí)際學(xué)習(xí)才會更有聲有色。要把我們學(xué)到理論知識的真正利用到生產(chǎn)實(shí)際中還需要大量的實(shí)踐和運(yùn)用。我忘不了自己在這一過程中的努力與收獲，我們也相信付出與收獲成正比，我們付出的越多，相應(yīng)地收獲也就越多。我們有大塊的時(shí)間在準(zhǔn)備，在學(xué)習(xí)的過程中，我要不斷地改進(jìn)和學(xué)習(xí)，多多交流才能更好更輕松地學(xué)習(xí)。6參考文獻(xiàn)1 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