基于Multisim10的车载信息灯电路设计制作与仿真分析.docx
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基于Multisim10的车载信息灯电路设计制作与仿真分析
密级：
公开
NANCHANGUNIVERSITY
学士学位论文
THESISOFBACHELOR
（2012—2016年）
题目：
基于Multisim10的车载信息灯电路设计制作
与仿真分析
学院：
信息工程学院系电子信息工程系
专业班级：
电子信息工程2012级3班
学生姓名：
吴宇曦学号：
6100212261
指导教师：
叶小丽职称：
讲师
起讫日期：
2016.3.14——2016.6.3
南昌大学
学士学位论文原创性申明
本人郑重申明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果。
对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。
本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。
作者签名：
日期：
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权南昌大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
保密□，在年解密后适用本授权书。
本学位论文属于
不保密□。
（请在以上相应方框内打“√”）
作者签名：
日期：
导师签名：
日期：
基于Multisim10的车载信息灯电路设计制作
与仿真分析
专业：
电子信息工程学号：
6100212261
学生姓名：
吴宇曦指导教师：
叶小丽
摘要
在任务要求中，通过使用Multisim10设计中小规模集成电路，并且实现其所有功能。
如：
流动文字式发光；依次增加式发光；三次整体闪烁式发光。
本车载信息灯用于显示信息以及车辆行驶的指引，例如可以作为减速警示信号。
最后，利用51单片机模块设计并制作多功能车载信息灯。
本设计以单片机STC89C52RC为CPU，实现其所需要的功能。
另外还设计了五个功能键，可以控制实物的复位、模式选择暂停和加速减速。
在这篇文章中，以车载信息灯控制电路为例，我们介绍以Multisim10为基础的电路设计与仿真模拟。
关键词：
车载信息灯；电路设计；仿真；555定时器；移位寄存器。
ThedesignmanufactureandsimulationanalysisofthevehicleinformationlampcircuitbasedbyMultisim10
Abstract
Inthetaskrequirestheuseofsmallandmedium-scaleintegratedcircuits,andachieveallitsfeatures.Suchas:
mobiletextLuminous;increasedsuccessivelylight-emitting;threetimestheoveralllight-emittingflashes.Informationandguidanceofthevehiclelightusedtodisplayvehicleinformation,suchasadecelerationwarningsignal.
Finally,51singlemoduledesignandproductionofmulti-purposevehicleinformationlamp.ThedesignofthemicrocontrollerSTC89C52RCasCPU,realizethefunctiontheyneed.Italsodesignedthefivefunctionkeys,youcancontrolthephysicalreset,selectPausemodeandaccelerationanddeceleration.Inthisarticle,totelematicslightcontrolcircuit,forexample,weintroducetoMultisim10basedcircuitdesignandsimulation.
Keyword:
Vehiclemountedsignallamp；555timer；circuitdesign；Multisim；shifting register.
目录
摘要I
AbstractII
第一章绪论1
第二章Multisim10的介绍与发展2
2.1关于Multisim的介绍2
2.2国内外Multisim的发展与研究3
第三章多功能车载信息灯的设计5
3.1基于Multisim10的车载信息灯电路的设计内容与要求5
3.2各单元电路的设计5
3.3多功能车载信息灯电路的仿真和实现10
第四章多功能车载信息灯的制作13
4.1多功能车载信息灯的设计13
4.2多功能车载信息灯的要求13
4.3各单元电路的设计13
4.4工作原理17
第五章总结与展望19
参考文献20
附录21
附录A21
附录B23
致谢24
第一章绪论
Multisim10软件，是由美国国家仪器公司（NI）的电子工作小组开发的一个款软件。
而且，到目前为止，该软件已成为了以Windows操作系统为基础，并且是模拟与设计电路的最受欢迎的软件之一了。
它还是最普遍使用的的电子设计自动化（EDA）软件之一。
作为EDA仿真工具之一，Multisim软件采用图形方式创建电路、操作简单方便、生动、逼真的图像。
因此，它非常适合电子信息类专业的教学和模拟实验。
在基于个人计算机（PC）平台，Multisim10这一软件可以通过对绘图操作界面的使用才取模拟一个非常真实的电路实验平台。
这一短剑可以模拟电子元件和电子仪器，还可以实现“以软件作为元件”和“软件作为仪器”。
此外，该软件在试验中能设计几乎所有种类的电路，并被广泛用于对电路的仿真模拟，分析和设计之中。
通过Multisim10，进行各个单元电路和整体电路的设计和仿真，只要电脑就能设计电路图，若有需要修改，能快捷简单的进行操作。
设计实际电路之前，可以对电路进行仿真实验，这样能使成本大大降低，从而使得设计的效率有很快的提升。
Multisim拥有一个巨大的仿真元器件库，其中既有分立元件又包括集成元件，既有无源器件又有源器件，还有模拟器件和数字器件等，也为我们提供了一个强大的，完全具备虚拟仪器和可以满足各种分析方法的分析方法。
它便于我们随时按照预期的要求调整元器件参数。
工程技术人员常常需要在对电子产品的设计和开发的过程中，对他们所设计的电路进行实物安装和调试。
然而通常而言，传统的电子电路与电子系统设计耗时长、花费的人力物力多但效率却很低。
这是因为在传统的电子电路与系统的设计工作中，我们所依靠的主要设计者的设计技巧和实际经验，他们通过这些技巧和经验按逻辑功能将一些功能复杂的数字系统划分为多个子模块，然后对每一个模块进行电路实现，下一步便是设计出一个由子模块组合而成的完整数字系统。
但是在整机安装、调试后，我们可能会发现错误，若其原因原先设计的问题，就必须对原先设计的电路进行修改、调整、安装和调试，所以整个过程会十分麻烦。
通过使用Multisim10这一仿真软件，我们不仅可以清楚知道电路的工作状态，同时还可以测量出电路工作时的性能指数，它为我们提供了一个十分方便的方法，以便我们了解整个电路的设计思路。
在这篇文章中，以车载信息灯控制电路为例，我们介绍了以Multisim10为基础的电路设计与仿真模拟。
第二章Multisim10的介绍与发展
2.1关于Multisim的介绍
美国国家仪器有限公司（NI）推出一种仿真工具--Multisim，它是针对微软公司的Windows系统所制作对的仿真软件，许多电路仿真与设计都需要它。
它涵盖了所需要的电路设计图，它拥有较为强大的仿真功能。
在Windows系统下，Multisim10软件可以创造一个完善的集成开发环境，它将原理图的构造都能够完整呈现到Multisim窗口中。
构建真实的电路时，通过Multisim10仿真进行虚拟测试，可让测试和技能更加准确，增加容量测试，让试验有较为真实的内容，并且节约了试验资源，还可以提高了实验的效率。
快速发展的电子和PC行业，引领着电子技术高速成长，不管是人才需求还是技术需求，都更加EDA技术的重要性。
EDA现在开始慢慢的变的普遍，慢慢的被人们所接受和使用，当然，它的普遍使用离不开EDA技术方面的成熟。
这样就使得EDA技术在诸如教育、设计、商业、教学等行业展现出的举足轻重的作用。
现在市面上出现了一种操作极其便捷的特别适合专业的电子信息工程教学和实验的一种仿真EDA的工具，名叫Multisim，这个软件使用图形建造电路的方法，和EDA使用形象特别逼真。
由于Multisim的适应教学性，所以已经有很多大学都有开立这门课程，使它得到广泛的应用。
一场工业设计和制作的革命，由于电子设计自动化（EDA）技术的发展和应用正积极的开展，EDA是现代信息技术与电子技术发展的成果。
设计师能够通过Multisim得到实用的工具，同时也有虚拟电子实验室和电子创作工作平台之称。
主要是因为EDA有许多的工具软件，并且在许多不同的领域进行设计。
Multisim可以提供功能猛的虚拟仪器，装备全的元器件，还有各种各样的分析方法。
许多大件的元器件库，例如：
高频类元器件发展为机电类元器件，模拟器件发展为数字器件，无源器件发展为有源器件，分立元件发展为集成元件。
通过精密装备分析电路的稳定性和灵敏性，可以清晰的掌握电路的工作状态。
Multisim用于在“数字电子技术”、“电路基础”、“模拟电子技术”等电子事件教学里当做基础学习，并且通过计算机，能将电子实验室更好的想结合。
也可以作为一个专业的软件来模拟电路工作的实际分析，设计出的错误将尽可能在生产前尽可能地找出。
通过计算机，Multisim似乎像一个电子测试台，所需组件和测试仪器在组件库中找到的仿真需求，通过点击鼠标可以连接线。
软件器具上展示的操作方法和控制界面和实物非常相向，测试出来的曲线波形图、数据也就跟在真正的机器上看到的一样。
在如今的如此科技化时代里，人们的设计出各种各样的仿真软件，但Multisim与其他仿真软件不同的是，它不仅具备电丰富路仿真分析能力，对于新手来说非常容易上手，还拥有强大的器件库等其他软件所不能比拟的优点，在具备专业软件工具优势的同时，还具有教学软件的特点，适合于教学，可以帮助学生理解电路理论和行为。
为了更好解决实际教学和动手能力想结合，Multisim在这方面有着优越的表现。
学生通过Multisim轻松地将理论知识与实际计算机模拟，并可以利用虚拟仪器技术来创建自己的工具，提高学生对电子电工技术的熟练程度。
之前的电子教学授课往往比较单一，只有授课和实验这两个步骤，通过仿真软件，可以有效的将教学与实际相结合，使学生能够更清晰理解理论知识，这是相辅相成的。
2.2国内外Multisim的发展与研究
Multisim可以让设计员更方便的构建所需要的电路原理图，以此来进行仿真实验。
Multisim通过仿真的繁杂的电路图，使得工程师不需要过多了解原理便可以快速地进进行理解与设计，同样这也适合电子学教育。
经过Multisim的强大功能，通过Multisim，可以让工程师和电子教师们更加快捷，方便的将原理图进行仿真，再来去设计与测试等流程。
传统的实验教学比较单一，相对于仿真平台不容易理解,不利于学生自主创新。
实验教学的主要目的是要学生学会用实验的方法研究解决问题，培养综合能力和创新能力，为此应多开设设计型和综合型实验。
将Multisim带进课堂中，让每一个学生都能够自主学习设计，填补了之前传统教学的缺陷。
Multisim运用于各种实际电路中，例如：
在《基于Multisim的城市交通信号灯控制系统的仿真》，作者通过Multisim设计出交通信号灯定时控制设计方法的仿真设计，同时，对系统的各个单元进行详细的分析与实现，并进行了系统的功能仿真。
纵观整个设计过程思路来说，作者通过EWB软件设计，正是因为Multisim所设计的电路简单明了，并且易于掌握，对于高校电子类学生来说，这是最适合不过的仿真辅助软件了。
同样，《基于Multisim交通灯控制器设计仿真》，将Multisim11仿真为基础，仿真出关于交通灯的控制电路，其实验所得结果要求对应。
而使用Multisim软件可方便的使用各种器件并能灵活的对相关参数进行设置，使电子线路的设计变得便捷，更有利于实际问题的解决。
《基于Multisim彩灯循环闪烁电路设计仿真》中，把用单元电路本文（如定时器、译码显示和加法计数器等）设计的彩灯循环闪烁电路与单元电路（如加法计数器、555定时器等）有机的结合起来。
通过把互联网仿真软件Multisim与电路设计结合的成功引入，使得电路设计、测试、仿真等接下来的实验十分便利。
也是后面一些琐碎的任务，例如：
性能参数仿真、设计电子线路，变的十分简单。
也在实验经费不足与实验室元器件不够等限制上实现了突破，想要能够对一个问题给出若干种不一样的解决方法，提高自己的能力，需要学会就同一个问题学会从不同角度去思考。
Multisim10可以使电路设计过程更加简单而成为一种高效率报的仿真软件，提供设计员更加直白的设计元器件。
在仿真平台上，不惧怕电路元件，修改电路是很方便的，通过仿真测试，然后构建的实际电路，起到事半功倍的效果。
第三章多功能车载信息灯的设计
3.1基于Multisim10的车载信息灯电路的设计内容与要求
本车载信息灯用于显示信息以及车辆行驶的指引，例如可以作为减速警示信号。
在汽车后窗最显眼的位置上面，放上信息灯，这样可以相对减少发生交通事故的几率。
本次任务要求中，使用的是中小规模集成电路，并且实现其所有功能。
任务要求：
（1）电源为5V，显示信息为“STOP”。
（2）多功能车载信息灯显示方式共有三种顺序，如下：
a.流动文字式发光；
b.依次增加式发光；
c.三次整体闪烁式发光；
此次设计的难点主要是如何实现流动文字式、依次增加式和三次整体闪烁式等这三种发光顺序的逻辑控制功能，所以，在此可采用4位环形计数器来实现这个功能。
根据设计任务和要求，确定了系统的示意图（图3-1）。
电路由电源电路、信息灯显示电路、环形计数器、时钟信号发生器及发光模式转换控制电路这五个主要部分构成的。
图3-1电路原理框图
3.2各单元电路的设计
3.2.15V电源电路
一个好的系统，必须要有一个好的电源。
在电源的选择上，我们有多种选择，这里我们使用5V的7805集成直流稳压电源的电路。
由于7805三端稳压IC内部结构含过热保护、过流保护、过压保护等能力，这使它具有强大的稳定性。
使得7805集成能够通过输出电流在1A以上的，且温度系数较为良好，所以被广泛使用。
3.2.2时钟信号发生器
本次仿真的时钟信号发生器电路具有复位功能，它是一个555定时器所设计出的多谐振荡器。
555定时器性能稳定却价格低廉，常作为定时器被广泛的应用于家用电器、仪表仪器、自动控制及电子测量等方面。
实现单稳态触发器、多谐振荡器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路只需要通过外接几个电容、电阻。
两个比较器确定了555的主要功能。
放电管和RS触发器的状态由它们的输出电压控制。
电压施加在电源和地之间，此时若5脚处于悬空状态，2VCC/3为电压比较器C1的同相输入端电压，此时C2的反相输入端电压为VCC/3。
如果触发输入TR端与电压相比VCC/3更小，那么比较器C2的输出显示为0，RS触发器，输出端都会为1。
阈值输入端TH的电压若较2VCC/3高，并且TR端电压是比VCC/3高，此时输出C1变为0，C2为1，RS触发器为0时，低电平输出。
它的定时元件，通过改变R1、R2的阻值或者C的电容值大小即可以调节时钟信号的脉冲宽度，继而控制LED点阵发光时间的长短。
接通电源时，555的3脚输出高电平，同时，电源通过R1、R2给电容C充电，当电压达到555集成电路6脚的阈值电压（2/3的电源电压），电容的电量在555的7脚被放掉，3脚变成低电平。
当电容的电压降到1/3电源电压时，3脚又变为高电平，同时电源再次经R1、R2向电容充电。
这样周而复始，从而形成振荡，产生信号。
振荡周期的计算：
振荡周期T=T1+T2。
T1为电容充电时间，T2为电容放电时间。
充电时间：
T1=（R1+R2）Cln2
0.7（R1+R2）C
放电时间：
T2=R2Cln2
0.7R2C
矩形波的振荡周期：
T=T1+T2=ln2（R1+2R2）C
0.7（R1+2R2）C
若把电容C和R1、R2和值，这样矩形波的频率和周期便能由此而改变。
3.2.3计数器
计数器是一种的逻辑电路，在数字系统中对脉冲个数进行计数、控制和测量。
它是一种具有分频功能的且最简易基础运算。
同时，其基本构成如下图2-2所示：
图3-2计数器的基本结构
计数器应用非常普遍，比如对在数字仪器中统计脉冲次数，电子计算机的指令地址可以进行统计，等等。
本次仿真用到的是74LS160D型号，如下图2-3所示，脉冲输入端为CLK；进位信号输出端为RCO；计数器工作状态端为ENP和ENT；异步清零端为CLR；接地为GND；接正电源VCC；置数端为LOAD；数据输入端为A～D，计数器状态输出端为QA～QD。
74LS160D是十进制计数器。
图3-374LS160D引脚和74LS160D逻辑符号图
3.2.4移位寄存器
移位寄存器基于一个触发装置在多个时间间隔相等的脉冲工作时，其效果不仅在于数据存储，也可以使数据在时钟作用下顺次向左或向右移动。
在数字电路中，数据以串行或者并行的形式输入移位寄存器，每段时间脉冲序列依次向一个方向（左或右）移动1bit，在输出端完成输出，这种形式的称之为一维的移位寄存器。
与之相对应的，还有多维，不同之处在于其原始数据存在一些列位，在这种情况下，需要有相同位数的移位寄存器进行并联。
移位寄存器不仅能寄存数据，并可以使它们在时钟信号的作用下实现数据的依次左移或右移。
本次仿真使用74LS194四位双向移位存器，如下图3-4。
其中，左移串行输入端由SL控制，SR控制右移串行输入端，并行输入端由D0、D1控制，并行输出端由Q0~Q3控制，操作模式控制器由S1、S2控制，由CR控制直接无条件清零端，CP控制时钟脉冲输入端。
移位寄存器将输出传送到它的串行输入端，此时循环移位便可以产生。
图3-474LS194引脚和74LS194逻辑符号图
3.2.5流动文字式发光电路
由于发光文字移动过程的流动性，因此在流动文字式发光实验设计中要结合移位寄存器，才能发挥它流动性的功效。
能成功将流动文字发光正是因为它使用了移位寄存器。
图中按照字母S，T，O，P的顺序依次发光，就需要分别用四次移位寄存器。
当然原理很简单，就是每次发光使用一次移位寄存器只能有一个字母显示出来，因此在这个过程中还需要做一个时钟脉冲的数据。
故而这种需要脉冲的移位寄存器还有另一种称法，即环形计数器。
3.2.6整体电路
电路原理，首先是由555定时器组成的多谐振荡器所产生的方波，这是由时钟产生的信号，然后通过2个计数器，一个是方式，一个是循环方式，时钟信号还用到移位寄存器，74LS194是一种循环信号，也就是通过时钟信号使计数器进行记数，产生一种方式循环记数和方式的记数，通过这种方式循环的记数产生的信号，驱动74LS194移位寄存器工作方式，有移位和记数。
然后信号发生在LED灯上，产生所需要的信息灯闪烁方式。
如下图3-5所示：
图3-5整体电路仿真图
表3-1工作状态表
74LS194
循环方式
B
A
计数
DCBA
S1S2
SLSR
CLR
流动文字式发光
0
0
0-4
0001
01
*0
1
依次增加式发光
0
1
0-4
0001
01
*1
1
三次整体闪烁式发光
1
0
0-4
1111
11
**
注：
当计数为0（即0000）时，进行对74LS194置数，然后在开始进行相应的控制。
通过正确设计并控制组合这三种发光方式后，显示电路和环形计数器之间必须组合译码器才能够显示出来。
3.3多功能车载信息灯电路的仿真和实现
Multisim10能对每一个单元进行仿真，并且在设计与制作方面有较好的效果。
每当有脉冲式，便会产生一个矩形波。
以下展示的便是流动文字式发光、依次增加式发光、三次整体闪烁式发光的仿真示意图，从图中可以看出各电路的功能实现情况。
图3-6流动文字式发光图
图3-7依次增加式发光图
图3-8三次整体闪烁式发光图
图3-9555多谐振荡器仿真图
图3-10控制电路仿真图
第四章多功能车载信息灯的制作
4.1多功能车载信息灯的设计
利用51单片机模块设计并制作多功能车载信息灯。
4.2多功能车载信息灯的要求
（1）电源为5V，显示信息为“STOP”。
（2）多功能车载信息灯显示方式共有五种顺序，如下：
a、流动文字式发光；
b、依次增加式发光；
c、三次整体闪烁式发光；
d、滚动文字式发光；
f、以上四种合并发光；
4.3各单元电路的设计
4.3.1信息灯显示电路
在本文中，采用了发光二极管点阵模块，它采用了8×8模块组合的模块组成模块，不仅对汉字、英文、图像等进行了分析，还可以显示静态、横向滚动、垂直滚动和页面显示模式。
单块模块控制驱动12块（最多可控制24块）8×8点阵，共16×48点阵（或32×48点阵）。
可以由任意大屏幕组成，而且效果好，耗电量小。
为了在尽可能远的地方看得见文字，可以采用四个8×8个点的模块方式组成文字，并将LED点阵安装在最醒目的地方显示“STOP”这4个字母以便提醒司机。
4.3.2单片机的选择
STC89C52RC，CMOS8位的控制器的一种，它功耗低，性能高，所以本次设计采用该单片机的主要原因。
另外，在单芯片上它拥有了8K字节系统，并且可编程Flash存储器技术，在嵌入式控制应用系统中，它能够发挥出高效效果。
如果在51单片机的基础上传统功能加强一些功能的话，那么就需要使用MCS-51内核。
很大程度降低制造过程的成本消耗，该控制器的软件与硬件都与MCS-51是兼容的。
在工作时高密度非易失存储器制造技术使得闪烁存储器和多功能8位CPU能够组合在同一个芯片中。
之所以能在中国很快的被广泛使用，正是因为STC89C52拥有其他单片机所不能及的功能，譬如拥有高效且灵活的应用。
STC89C52RC简介，RAM是512K，Flash是8K字节。
I/O口线为32位，看门狗定时器，4KB内置的EPROM，MAX810为复位电路，定时/计数器具有3个16位，外部中断共有4个，有一个7向量4级中断结构（能够兼容传统51单片机的5向量2级中断结构），全双工串行口。
除此之外，当STC89C52下降到0Hz时静态逻辑操作，有两种节电模式可供选择。
当处于空闲模式时，中央处理器（CPU，CentralProcessingUnit）将会停止工作，于此同时定时器/计数器、中断、串口、RAM还可以继续工作。
在断电保护下，可以有效保护的RAM内容，
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