基于Multisim 10的LED彩控变换电路的设计与仿真

Bazinga

0 引言

目前的数字集成电路的设计都比较模块化。EDA技术是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。利用EDA 工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成.

Multisim 10是电子电路设计与仿真工具。科研方面主要利用电路仿真工具进行电路设计与仿真.相对于其他EDA 软件，它具有更加形象直观的人机交互界面，特别是其仪器仪表库中的各仪器仪表与操作真实实验中的实际仪器仪表完全没有两样.

LED 电子显示屏是由半导体发光二极管像素点均匀排列组成。利用不同的材料可以制造不同色彩的LED 像素点。LED 显示屏显示画面色彩鲜艳，立体感强，静如油画，动如电影，广泛应用于车站、码头、机场、商场、宾馆、证券市场、工业企业管理和其他公共场所。

如在广告牌或娱乐场所，往往把LED 显示屏设计成按照一定规律不断循环变化，以获得良好的观赏性。

下面介绍以Multisim 10为设计平台利用双向通用移动寄存器74LS194,LED和字符信号发生器设计一个8×8 LED点阵的控制器，实现多组发光二极管按照一定规律循环显示。

1 彩控变换电路设计与仿真

彩控变换电路主要由三部分组成：字符信号发生器的设置，双向通用移位寄存器组的设置和8×8点阵LED管的设置。

1.1 字符信号发生器的设置

字符信号发生器(Word Generator)是一个能够产生32 路(位)同步逻辑信号的仪器，又称为数字逻辑信号源，可用于对数字逻辑电路的测试。字符信号发生器可将数字或二进制数字信号送入电路，用来驱动或测试电路。

在此电路中，字符信号发生器的0~7引脚分别对应第一个74LS194 的A,B,C,D,SL,SR,S0,S1;8~15 引脚分别对应第二个74LS194 的A,B,C,D,SL,SR,S0,S1;16~23 引脚分别对应第三个74LS194 的A,B,C,D,SL,SR,S0,S1;24~31引脚分别对应第四个74LS194的A,B,C,D,SL,SR,S0,S1.所以，字符信号信号的变换就是这四个74LS194输入端的变换。如图1所示。


1.2 主控制电路和仿真设计结果

8×8 点阵LED 彩灯变换控制电路是由字符信号发生器，双向移动寄存器和LED 点阵组成的电路。

1.2.1 74LS194的逻辑功能及电路设计过程

74LS194有三种功能：并入并出，左移，右移。其中A~D 为并行输入端，QA~QD 是并行输出端，S1、S0是模式控制端，当~CLR 为1,时钟上升沿到来时，若S1S0=11,则并入并出，QD~QA=D~A;若S1S0=10,左移，QD~QA=QC~QASL; 若S1S0=00, 右移， QD~QA=SRQC~QA.SR 右移串行输入端，SL 为左移串行输入端，~CLR 为直接无条件清零端，CLR 为时钟脉冲输入端，VCC是接电源，GND是接地。

在此电路中，第一个74LS194 的输出端QA,QB,QC,QD 分别对应LED 矩阵的第1 行，第2 行，第3 行，第4行;第二个74LS194的输出端QA,QB,QC,QD 分别对应LED矩阵的第5行，第6行，第7行，第8行;第三个74LS194 的输出端QA,QB,QC,QD 分别对应LED 矩阵的第1列，第2列，第3列，第4列;第四个74LS194的输出端QA,QB,QC,QD 分别对应LED 矩阵的第5列，第6列，第7 列，第8 列。所以，74LS194 的QA,QB,QC,QD值决定了LED发光二极管的状态。

1.2.2 8×8 LED点阵的设计和工作原理

8×8点阵LED显示器共需要64个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上。

当对应的某一行置高电平，某一列置低电平，则行线和列线的交叉点上的发光二极管被点亮;若要某一行的发光二极管都点亮，则对应的行置高电平，所有的列置低电平;若要某一列的发光二极管都点亮，则所有的行置高电平，对应的列置低电平。
1.2.3 仿真结果

彩灯的变换，主要是通过处理字符信号发生器的参数值，控制LED发光管的亮或灭来实现滚动显示，其结果和字符信号发生器的参数值如下所述。

(1)逐行滚动功能(滚动顺序为由上到下，再由下到上)：

①采用并入并出功能实现逐行滚动功能。字符信号参数值如表1所示，从上到下，从左到右循环表示。


②使用并入并出，右移，左移功能。字符信号参数值如表2所示，从上到下，从左到右循环表示。


(2)使用并入并出、左移，右移功能实现逐列滚动功能(滚动顺序为由左到右，再由右到左)。字符信号参数值如表3所示，从上到下，从左到右循环表示。


(3)使用并入并出功能实现逐点滚动显示(滚动顺序为第1行第1列，第1行第2列…第8行第8列)。

字符信号参数值如表4 所示，从上到下，从左到右循环表示。


2 结语

利用Multisim 10对彩灯变换控制电路各个单元电路和整体电路进行设计和仿真，能方便、快捷地搭建电路，并能快速的查找和修改电路。在电路设计仿真完成后再搭建实际电路，从而减低了成本，提高了设计效率。