基于multisim的LED循环彩灯课程设计

课程设计报告

题目：基于Multisim的LED

循环彩灯设计与仿真课程名称：电子技术课程设计

学生姓名：程娅

学生学号：**********

年级：2014级

专业：电子信息工程

班级：2班

指导教师：王丽

电子工程学院制

2016年5月

基于Multisim的LED循环彩灯设计与仿真

学生：程娅

指导教师：王丽

电子工程学院电子信息工程专业

1 课程设计的任务与要求

1.1 课程设计的任务

(1)综合应用数字电路知识设计一个交通灯控制器。了解各种元器件的原理及其应用。

(2)深入了解交通灯的工作原理。

(3)锻炼自己的动手能力和实际解决问题的能力。

(4)掌握multisim软件的操作并对设计进行仿真。

(5)通过本设计熟悉中规模集成电路进行时序电路和组合电路设计的方法，掌握彩灯循环控制器的设计方法。

1.2 课程设计的要求

(1)有十只LED，L0 (9)

(2)显示方式：

①先奇数灯依次亮；

②再偶数灯依次亮；

③依次循环变化。

(3)显示间隔0.5s，1s可调。

2 LED循环彩灯系统方案制定

2.1 LED循环彩灯电路设计的原理

多谐振荡器是产生矩形脉冲的典型电路，常用来做脉冲信号源。多谢振荡器没有输入端，接通电源便自激振荡。多谢振荡器起振之后，电路没有稳态，只有两个暂稳态，他们交替变化，输出连续的矩形脉冲信号。

用555定时器构成的多谢振荡器，先用555定时器构成施密特触发器，然后将施密特触发器的输出端经RC积分电路接到施密特触发器的输入端。可以通过调节RC的大小来产生所需周期大小的脉冲信号。

2.2 LED循环彩灯电路的设计方案

根据设计要求，可画出此电路的整体框架图，如图1所示。

图1 系统实现流程

3 单元电路设计与分析

3.1 各功能模块的电路设计

（1）振荡电路

主要用来产生时间基准信号（脉冲信号）。因为循环彩灯对频率的要求不高，只要能产生高低电平就可以了，且脉冲信号的频率可调，所以采用555定时器组成的振荡器，其输出的脉冲作为下一级的时钟信号，电路如图2所示。

图2 振荡电路

（2）分频电路

用D触发器设置分频电路控制彩灯实现彩灯的显示时间。电路如图3所示。

图3 分频电路

其中开关C和B用来控制显示方式。

（3）计数器控制电路

用74LS161计数器转换脉冲信号用来控制彩灯的偶显示方式。电路如图4所示。

图4 计数器控制电路

（4）计数译码驱动电路

用74154译码74LS161计数器产生的信号驱动彩灯的显示。电路如图5所示。

图5 计数译码驱动电路（5）显示电路

用74154驱动彩灯的显示，电路如图6所示。

图6 显示电路

3.2 总体电路设计

总体电路设计如图7所示。

图7 总体电路

4 系统的仿真与结果分析

4.1 Multisim软件介绍

Multisim以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。所以可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。通Multisim和虚拟仪器技术，工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计。

4.2 仿真实现与结果分析

根据原理，用Multism软件绘制相应的逻辑电路图，并进行仿真。在各单元电路设计的基础上，按照总体电路图在仿真软件Multisim上选择芯片并进行连接，然后启动开关观察。将电路在Multisim上连接好后，为各个电阻和电容选取适当值，通过555定时器构成多谐振荡器产生周期为1s的矩形脉冲，然后打开Multisim的开关，观察现象。

通过仿真结果可以得到预想的结果，先奇数灯依次亮，再偶数灯依次亮，依次循环变化；如图8所示。

图8 仿真结果图

5 总结及体会

通过这次课程设计，我们真正认识到理论与实践结合的重要性。仅仅依靠上课所学的知识难以完成稍微复杂的电路设计，需要在今后的学习当中进一步获取相关的知识来完善自我。这次课程设计我们受益匪浅，进一步掌握了multisim仿真软件及与其相关的电路知识。在处理课程设计中的一系列问题的同时理解了整体与局部的关系、理论与应用的关系、团队协作精神的重要性。从中得出以下基本结论：数字电路课程设计中必须处理好主体与局部之间的协调完整，才能实现设计的理想效果。

（1）在设计之前必须要有一个缜密的全局构思，根据设计要求拟定设计流程分析各个阶段的具体问题及相应解决方法。

（2）画出设计流程图，根据流程图选用相应的方法完成设计。

(3)结合设计要求和原理绘制电路，运行仿真。

(4)根据仿真结果对设计中存在的问题进一步优化校正。

一定要完成理论到实践的跨越才能更好的运用所学的知识解决实际问题,才能提升自己的实际操作能力,才能结合实际条件来创新设计拓展思维。

遇到的最主要问题就是彩灯显示方式与时间控制的问题。解决方案：

(1)实际555定时器产生的脉冲信号与彩灯显示的有一定的误差，根据具体的要求调解相关参数达到设计要求。

(2)在彩灯显示方式与显示间隔时间上存在比较大的问题，采用了D触发器结合按键开关构造了分频电路来满足设计的要求。

此次课程设计总体来讲还是达到了可观的效果，基本完成了LED彩灯循环显示的设计要去求，但是在一些附加功能的设计上还存在很大的欠缺。由于在知识的掌握方面还不够到位未能更好的完成设计的扩展功能，感到非常遗憾。我对这个课程设计很感兴趣，因此我很努力，做好每一个步骤。在这次课程设计中进一步深入学习了multisim仿真软件的应用及其数电模电电路的知识，深刻理解了设计思想的重要性。通过对设计中出现问题的解决，学习到很多平时在没有学习到的知识。在今后的学习中一定要从各方面深入学习理论知识并加以实际应用，更认真，更努力，做到学以致用。