摘要：計(jì)時(shí)器是數(shù)字電路的重要組成部分，本文基于Multisim仿真軟件以及數(shù)字電路相關(guān)理論知識，完成了24秒計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)與仿真，實(shí)現(xiàn)了直接清零、啟動(dòng)、暫停、斷點(diǎn)計(jì)時(shí)、自動(dòng)報(bào)警等功能，大大提高了學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：計(jì)數(shù)器：555定時(shí)器;門電路;Multisim

電子設(shè)計(jì)與仿真是電子技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)中的重點(diǎn)內(nèi)容，是將理論知識轉(zhuǎn)化為實(shí)踐能力的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。文中針對數(shù)字電路綜合知識的實(shí)驗(yàn)要求，設(shè)計(jì)了籃球賽24 s計(jì)時(shí)器，并利用Multisim軟件進(jìn)行了仿真。

1 設(shè)計(jì)方案與電路組成

籃球賽24秒計(jì)時(shí)器是數(shù)字電路的簡單應(yīng)用，在設(shè)計(jì)過程中，采用模塊化的設(shè)計(jì)思路，將該電路劃分為：計(jì)時(shí)電路、控制電路、顯示電路及報(bào)警電路四部分。

設(shè)計(jì)方案框圖如圖1所示。計(jì)時(shí)電路和控制電路是設(shè)計(jì)方案中的主要模塊，其中計(jì)時(shí)電路由秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器構(gòu)成。計(jì)數(shù)器完成24 s計(jì)時(shí)功能，控制電路主要完成計(jì)數(shù)器的直接清零、啟動(dòng)計(jì)數(shù)、暫停/連續(xù)計(jì)數(shù)等功能。

在設(shè)計(jì)中，結(jié)合實(shí)際需求，計(jì)數(shù)器選取74LS192集成芯片，74LS192是十進(jìn)制可編程同步加法計(jì)數(shù)器，它采用8421碼十進(jìn)制編碼，并具有直接清零、置數(shù)、加減計(jì)數(shù)功能。利用反饋端和置數(shù)端實(shí)現(xiàn)進(jìn)制的轉(zhuǎn)換;秒脈沖發(fā)生器由555集成電路或由，TTL與非門組成的多諧振蕩器構(gòu)成。顯示電路由74LS48譯碼器和共陰極七段LED顯示器組成。報(bào)警電路在試驗(yàn)中可用發(fā)光二極管和蜂鳴器代替。

2 單元電路設(shè)計(jì)

2.1 信號發(fā)生電路

秒脈沖的產(chǎn)生是由555定時(shí)器所組成的多諧振蕩電路完成。電路圖如圖2所示。當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，555定時(shí)器產(chǎn)生周期為1秒的脈沖;當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，電路無信號輸出，故74LS192計(jì)數(shù)器中無脈沖輸入，74LS192計(jì)數(shù)器維持在保持狀態(tài)，即實(shí)現(xiàn)暫停功能。

2.2 計(jì)數(shù)電路

用兩片74LS192計(jì)數(shù)器分別作為個(gè)位(低位)和十位(高位)的倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器，本設(shè)計(jì)只需要從“24”計(jì)數(shù)到“00”止，因?yàn)轭A(yù)置數(shù)不為“00”，故選用置數(shù)端(LOAD)來進(jìn)行預(yù)置數(shù)。時(shí)鐘脈沖分別通過兩個(gè)與門輸入到74LS192計(jì)數(shù)器個(gè)位(低位)的DOWN端，當(dāng)停止控制電路傳來停止信號時(shí)，將中斷時(shí)鐘脈沖，從而實(shí)現(xiàn)電路的停止功能。其中，低位的借位輸出信號用作高位的時(shí)鐘脈沖。

兩片741S192計(jì)數(shù)器具體接法：

Vcc、UP接+5V電源，GND接地;

時(shí)鐘脈沖自與門輸出后，連接到低位的DOWN，然后從低位BO’接到高位的DOWN;

輸入端低位C、高位B接電源，其他引腳和CLR接地;LOAD接開關(guān)C的活動(dòng)端，C的另外兩引腳分別接G的活動(dòng)端和地.G的另外兩個(gè)引腳分別接到電源和地。電路如圖3所示。

2.3 停止控制電路

計(jì)數(shù)器倒數(shù)到“0”時(shí)，需要將電路強(qiáng)制轉(zhuǎn)換到“24”并暫停?，F(xiàn)選取計(jì)數(shù)器到零的狀態(tài)24秒計(jì)時(shí)到“00”，從各引腳接到二與非門，當(dāng)計(jì)數(shù)器從“00”狀態(tài)轉(zhuǎn)換到“99”時(shí)，用與非門把該狀態(tài)轉(zhuǎn)換成低電平(其余時(shí)間為高電平)控制LD，使電路轉(zhuǎn)換到“24”。由于數(shù)字“99”顯示時(shí)間很短，因此在實(shí)現(xiàn)從“00”到“24”的轉(zhuǎn)換過程中看不到“99”狀態(tài)。觸發(fā)器的輸出端輸出低電平，使74LS192處于保持狀態(tài)。這樣就實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)換并停止的控制電路。電路如圖4所示。

2.4 警報(bào)提示電路

警報(bào)提示就是在完成任一計(jì)時(shí)任務(wù)結(jié)束時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出連續(xù)的提示音。

當(dāng)顯示電路由“00”轉(zhuǎn)換到“24”時(shí)，與非門輸出低電平，而蜂嗚器的和LED1的正極接入高電平，故蜂鳴器和LED1均正常工作。從而發(fā)出報(bào)警信號。如圖5所示。

3 總體電路設(shè)計(jì)

由555定時(shí)器輸出秒脈沖經(jīng)過R30輸入到計(jì)數(shù)器IC4的CD端，作為減計(jì)數(shù)脈沖。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)計(jì)到0時(shí)，IC4的13腳輸出借位脈沖，使十位計(jì)數(shù)器IC3開始計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到“00”時(shí)，使計(jì)數(shù)器復(fù)位并置數(shù)為“24”。本電路利用從“00”到“99”時(shí)，通過與非門，使電路置數(shù)到“24”并且保持該狀態(tài)。“99”是一個(gè)過渡狀態(tài)，不會顯示出來，故本電路采用“99”作為計(jì)數(shù)器復(fù)位脈沖。當(dāng)計(jì)數(shù)器由“00”跳變到“99”時(shí)，利用個(gè)位和十位的“9”即“1001”通過與非門IC5觸發(fā)RS觸發(fā)器，使電路發(fā)生翻轉(zhuǎn)，從11腳輸出低電平，使計(jì)數(shù)器置數(shù)，并保持為“24”，同時(shí)LED發(fā)光二極管亮，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲。

J1：手動(dòng)復(fù)位按鈕。當(dāng)按下J1時(shí)，不管計(jì)數(shù)器處于什么工作狀態(tài)，計(jì)數(shù)器立即復(fù)位到預(yù)置數(shù)值“24”，并開始計(jì)數(shù)。

J2：暫停按鈕。當(dāng)“暫停/連續(xù)”開關(guān)處于“暫停”時(shí)，振蕩器停止振蕩，計(jì)數(shù)器暫停計(jì)數(shù)，顯示器保持不變，當(dāng)此開關(guān)處于“連續(xù)”開關(guān)，計(jì)數(shù)器繼續(xù)累計(jì)計(jì)數(shù)。

J3：啟動(dòng)按鈕。J3處于斷開位置時(shí)，當(dāng)計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)到零時(shí)，控制電路發(fā)出聲、光報(bào)警信號，計(jì)數(shù)器保持“24”狀態(tài)不變，處于等待狀態(tài)。當(dāng)J3閉合時(shí)，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。

4 結(jié)束語

本電路設(shè)計(jì)簡單，并能較好的達(dá)到設(shè)計(jì)要求，通過將課本理論知識與Multisim仿真應(yīng)用聯(lián)系起來，能夠有效增強(qiáng)學(xué)生的設(shè)計(jì)應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。