基于Multisim的計時器設計與仿真

　　電子設計與仿真是電子技術基礎學習中的重點內容，是將理論知識轉化為實踐能力的一個關鍵環節。文中針對數字電路綜合知識的實驗要求，設計了籃球賽24 s計時器，并利用Multisim軟件進行了仿真。

　　1設計方案與電路組成

　　籃球賽24秒計時器是數字電路的簡單應用，在設計過程中，采用模塊化的設計思路，將該電路劃分為：計時電路、控制電路、顯示電路及報警電路四部分。

　　設計方案框圖如圖1所示。計時電路和控制電路是設計方案中的主要模塊，其中計時電路由秒脈沖發生器、計數器構成。計數器完成24 s計時功能，控制電路主要完成計數器的直接清零、啟動計數、暫停/連續計數等功能。

　　圖1 24秒計時器設計框圖

　　在設計中，結合實際需求，計數器選取74LS192集成芯片，74LS192是十進制可編程同步加法計數器，它采用8421碼十進制編碼，并具有直接清零、置數、加減計數功能。利用反饋端和置數端實現進制的轉換;秒脈沖發生器由555集成電路或由，TTL與非門組成的多諧振蕩器構成。顯示電路由74LS48譯碼器和共陰極七段LED顯示器組成。報警電路在試驗中可用發光二極管和蜂鳴器代替。

　　2單元電路設計

　　2.1信號發生電路

　　秒脈沖的產生是由555定時器所組成的多諧振蕩電路完成。電路圖如圖2所示。當開關斷開時，555定時器產生周期為1秒的脈沖;當開關閉合時，電路無信號輸出，故74LS192計數器中無脈沖輸入，74LS192計數器維持在保持狀態，即實現暫停功能。

　　圖2信號發生電路

　　2.2計數電路

　　用兩片74LS192計數器分別作為個位(低位)和十位(高位)的倒計時計數器，本設計只需要從“24”計數到“00”止，因為預置數不為“00”，故選用置數端(LOAD)來進行預置數。時鐘脈沖分別通過兩個與門輸入到74LS192計數器個位(低位)的DOWN端，當停止控制電路傳來停止信號時，將中斷時鐘脈沖，從而實現電路的停止功能。其中，低位的借位輸出信號用作高位的時鐘脈沖。

　　兩片741S192計數器具體接法：

　　Vcc、UP接+5V電源，GND接地;

　　時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C的活動端，C的另外兩引腳分別接G的活動端和地。G的另外兩個引腳分別接到電源和地。電路如圖3所示。

　　圖3計數電路

　　2.3停止控制電路

　　計數器倒數到“0”時，需要將電路強制轉換到“24”并暫停。現選取計數器到零的狀態24秒計時到“00”，從各引腳接到二與非門，當計數器從“00”狀態轉換到“99”時，用與非門把該狀態轉換成低電平(其余時間為高電平)控制LD，使電路轉換到“24”。由于數字“99”顯示時間很短，因此在實現從“00”到“24”的轉換過程中看不到“99”狀態。觸發器的輸出端輸出低電平，使74LS192處于保持狀態。這樣就實現了轉換并停止的控制電路。電路如圖4所示。

　　圖4停止控制電路