基于Multisim的計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)與仿真

　　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(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐能力的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。文中針對(duì)數(shù)字電路綜合知識(shí)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(jiǎn)單應(yīng)用，在設(shè)計(jì)過(guò)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。

　　圖1 24秒計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)框圖

　　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(mén)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(hào)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(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，555定時(shí)器產(chǎn)生周期為1秒的脈沖;當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電路無(wú)信號(hào)輸出，故74LS192計(jì)數(shù)器中無(wú)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。

　　圖2信號(hào)發(fā)生電路

　　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(lái)進(jìn)行預(yù)置數(shù)。時(shí)鐘脈沖分別通過(guò)兩個(gè)與門(mén)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(lái)停止信號(hào)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(hào)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(mén)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(kāi)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。

　　圖3計(jì)數(shù)電路

　　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?！，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(mén)，當(dāng)計(jì)數(shù)器從“00”狀態(tài)轉(zhuǎn)換到“99”時(shí)，用與非門(mén)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(guò)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。

　　圖4停止控制電路