基于Proteus的八路彩灯控制电路设计仿真与制作

陈家敏 李建兰

摘 要：本文采用555定时器外接电阻、电容等元件构成多谐振荡器，产生时钟脉冲信号，采用双向移位寄存器74LS194和门电路构成循环移位控制电路，可实现八路彩灯循环左移、右移。在电路设计仿真时使用Proteus仿真软件，制作时使用面包板作为载体，能够提高电路设计制作的效率，降低电路调试难度。

关键词：74LS194；555定时器；八路彩灯；Proteus；面包板

中图分类号：TN710 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）03-0026-03

Simulation and Production of Eight-way Color Lamp Control Circuit Design

Based on Proteus

CHEN Jiamin，LI Jianlan

（Yunnan Vocational College of Mechanical and Electrical Technology，Kunming 650203，China）

Abstract：In this paper，555 timer external resistors，capacitors and other components are used to form a multi-resonator to generate clock pulse signals. Bidirectional shift register 74LS194 and gate circuit are used to form a cyclic shift control circuit which can realize the cyclic left-shift and right-shift of eight-way color lamps. Proteus simulation software is used in circuit design and simulation. Breadboard is used as carrier in circuit design and simulation，which can improve the efficiency of circuit design and manufacture and reduce the difficulty of circuit debugging.

Keywords：74LS194；555 timer；eight-way color lamp；Proteus；breadboard

0 引 言

Proteus是英国Labcenter electrical公司研发的EDA软件，它是一个集模拟电路、数字电路、模数混合电路以及多种微控制器系统为一体的系统设计和仿真平台。Proteus提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台。

本文使用Proteus进行八彩灯控制电路的设计与仿真，使用面包板进行电路搭接、测试与功能验证。

1 系统构成

八路彩灯控制电路总体框图如图1所示。系统由USB电源模块进行供电，其中时钟电路为系统提供时钟信号；循环移位电路用来产生8个节拍的移位信号；彩灯显示电路用发光二极管显示循环移位的效果。

2 时钟电路

时钟电路为整个系统提供脉冲信号，它控制着整个系统的工作节奏以及彩灯的移位速度[1]。由555定时器构成多谐振荡器，不需要外加触发信号，只要一接通电源，就能自动产生一定频率和脉宽的矩形波，该电路没有稳定状态，只有两个暂稳态，输出端的状态不断在“1”和“0”之间变换。时钟电路如图2所示，图中555定时器高电平触发端TH和低电平触发端TR直接连接，电阻R11、R12，电容C1为定时元件，利用電源对R11、R12，向电容C1循环充电和放电，使电路在两个暂稳态间交替变换产生振荡，输出矩形脉冲。该电路产生的时钟信号频率由电阻R11、R12和电容C1的参数决定。

3 循环移位电路和彩灯显示电路

循环移位电路如图3所示。因为彩灯路数少，花型要求不多，宜选用移位寄存器输出8路数字信号控制彩灯发光。循环移位电路由两片移位寄存器74LS194和反相器74LS04组成，74LS194具有异步清零、同步置数、左移、右移、保持等多种功能，控制方便灵活[2]。

左片74LS194（U1）用于控制发光二极管D1、D2、D3、D4的循环点亮，右片74LS194（U2）用于控制发光二极管D5、D6、D7、D8的循环点亮；S1、S0为移位寄存器工作方式控制端；SR为右移串行数据输入端，SL为左移串行数据输入端。借助74LS04的取反功能，将左片74LS194（U1）的输出Q0取反后送入右片74LS194（U2）的左移串行数据输入端SL，实现八路彩灯循环左移点亮和熄灭；将右片74LS194（U2）的输出Q3取反后送入左片74LS194（U1）的右移串行数据输入端SR，实现八路彩灯循环右移点亮和熄灭。

循环移位电路的工作过程如下：当S1=1，S0=0时，在连续时钟信号CP上升沿的作用下，将SR右移串行数据输入端输入的数码，依次从寄存器的低位输出端Q0向高位输出端Q3右移输出，八路彩灯D8-D1显示花样为：10000000→11000000→11100000→11110000→11111000→11111100

→11111110→11111111→01111111→00111111→00011111→

00001111→00000111→00000011→00000001→00000000，八路彩灯从D8开始顺次点亮，当八路彩灯全部点亮后，从D8开始顺次熄灭，直至八路彩灯全部熄灭，如此循环往复，实现八路彩灯循环右移点亮和熄灭；当S1=0，S0=1时，在连续时钟信号CP上升沿的作用下，将SL左移串行数据输入端输入的数码，依次从寄存器的高位输出端Q3向低位输出端Q0右移输出，八路彩灯D8-D1显示花样为：00000001

→00000011→00000111→00001111→00011111→00111111→

01111111→11111111→11111110→11111100→11111000→11110000→11100000→11000000→10000000→00000000。 此时八路彩灯从D1开始顺次点亮，当八路彩灯全部点亮后，从D1开始顺次熄灭，直至八路彩灯全部熄灭，如此循环往复，实现八路彩灯循环左移点亮和熄灭。

4 电路仿真过程

根据上述分析设计仿真电路如图4所示。由555定时器及外围电路构成的时钟电路能够产生脉冲信号为移位寄存器提供脉冲信号源，通过调节移位寄存器工作方式控制端S1，S0的电平，可实现八路彩灯D8-D1循环左移点亮熄灭或循环右移点亮熄灭，达到了设计要求。

5 电路制作

上述电路经Proteus仿真成功后，利用面包板进行该电路的搭接、测试和功能验证。“面包板”即万用实验电路板，是能够实现元器件电气连接，构成电路的载体，可将小功率的常规电子元器件直接插入，搭接出各式各样的实验电路，各种元器件随意插、拔无需焊接，可节省电路组装及调试的时间，元器件可重复使用，且演示效果非常形象、直观[3]。

6 结 论

本文采用555定时器、移位寄存器和门电路构成一个简单的八路彩灯控制电路，采用元器件少，接线简单，电路稳定可靠，经济实用，在教学中亦可作为“数字电子技术”课程实训项目使用。

参考文献：

[1] 宫玉芳.基于Multisim的八路彩灯控制系统的设计与仿真 [J].自动化与仪器仪表，2012（2）：129+133.

[2] 钟天云.彩灯控制器的设计 [J].电子技术，2018，47（1）：72-74.

[3] 袁艺丹.一种基于通用面包板的教学模式应用 [J].电脑知识与技术，2016，12（22）：152-153.

作者简介：陈家敏（1982-），女，汉族，云南昆明人，讲师，硕士，研究方向：数字电子技术、单片机控制系统、嵌入式控制系统。