基于Multisim的计时器设计与仿真

电子设计与仿真是电子技术基础学习中的重点内容，是将理论知识转化为实践能力的一个关键环节。文中针对数字电路综合知识的实验要求，设计了篮球赛24 s计时器，并利用Multisim软件进行了仿真。

1设计方案与电路组成

篮球赛24秒计时器是数字电路的简单应用，在设计过程中，采用模块化的设计思路，将该电路划分为：计时电路、控制电路、显示电路及报警电路四部分。

设计方案框图如图1所示。计时电路和控制电路是设计方案中的主要模块，其中计时电路由秒脉冲发生器、计数器构成。计数器完成24 s计时功能，控制电路主要完成计数器的直接清零、启动计数、暂停/连续计数等功能。


图1 24秒计时器设计框图

在设计中，结合实际需求，计数器选取74LS192集成芯片，74LS192是十进制可编程同步加法计数器，它采用8421码十进制编码，并具有直接清零、置数、加减计数功能。利用反馈端和置数端实现进制的转换；秒脉冲发生器由555集成电路或由，TTL与非门组成的多谐振荡器构成。显示电路由74LS48译码器和共阴极七段LED显示器组成。报警电路在试验中可用发光二极管和蜂鸣器代替。

2单元电路设计

2.1信号发生电路

秒脉冲的产生是由555定时器所组成的多谐振荡电路完成。电路图如图2所示。当开关断开时，555定时器产生周期为1秒的脉冲；当开关闭合时，电路无信号输出，故74LS192计数器中无脉冲输入，74LS192计数器维持在保持状态，即实现暂停功能。


图2信号发生电路

2.2计数电路

用两片74LS192计数器分别作为个位（低位）和十位（高位）的倒计时计数器，本设计只需要从"24"计数到"00"止，因为预置数不为"00"，故选用置数端（LOAD）来进行预置数。时钟脉冲分别通过两个与门输入到74LS192计数器个位（低位）的DOWN端，当停止控制电路传来停止信号时，将中断时钟脉冲，从而实现电路的停止功能。其中，低位的借位输出信号用作高位的时钟脉冲。

两片741S192计数器具体接法：

Vcc、UP接+5V电源，GND接地；

时钟脉冲自与门输出后，连接到低位的DOWN，然后从低位BO‘接到高位的DOWN；

输入端低位C、高位B接电源，其他引脚和CLR接地；LOAD接开关C的活动端，C的另外两引脚分别接G的活动端和地。G的另外两个引脚分别接到电源和地。电路如图3所示。


图3计数电路

2.3停止控制电路

计数器倒数到"0"时，需要将电路强制转换到"24"并暂停。现选取计数器到零的状态24秒计时到"00"，从各引脚接到二与非门，当计数器从"00"状态转换到"99"时，用与非门把该状态转换成低电平（其余时间为高电平）控制LD，使电路转换到"24"。由于数字"99"显示时间很短，因此在实现从"00"到"24"的转换过程中看不到"99"状态。触发器的输出端输出低电平，使74LS192处于保持状态。这样就实现了转换并停止的控制电路。电路如图4所示。


图4停止控制电路

2.4警报提示电路

警报提示就是在完成任一计时任务结束时，系统发出连续的提示音。

当显示电路由"00"转换到"24"时，与非门输出低电平，而蜂呜器的和LED1的正极接入高电平，故蜂鸣器和LED1均正常工作。从而发出报警信号。如图5所示。


图5警报提示电路

3总体电路设计

由555定时器输出秒脉冲经过R30输入到计数器IC4的CD端，作为减计数脉冲。当计数器计数计到0时，IC4的13脚输出借位脉冲，使十位计数器IC3开始计数。当计数器计数到"00"时，使计数器复位并置数为"24"。本电路利用从"00"到"99"时，通过与非门，使电路置数到"24"并且保持该状态。"99"是一个过渡状态，不会显示出来，故本电路采用"99"作为计数器复位脉冲。当计数器由"00"跳变到"99"时，利用个位和十位的"9"即"1001"通过与非门IC5触发RS触发器，使电路发生翻转，从11脚输出低电平，使计数器置数，并保持为"24"，同时LED发光二极管亮，蜂鸣器发出报警声。

J1：手动复位按钮。当按下J1时，不管计数器处于什么工作状态，计数器立即复位到预置数值"24"，并开始计数。

J2：暂停按钮。当"暂停/连续"开关处于"暂停"时，振荡器停止振荡，计数器暂停计数，显示器保持不变，当此开关处于"连续"开关，计数器继续累计计数。

J3：启动按钮。J3处于断开位置时，当计数器递减计数到零时，控制电路发出声、光报警信号，计数器保持"24"状态不变，处于等待状态。当J3闭合时，计数器开始计数。

4结束语

本电路设计简单，并能较好的达到设计要求，通过将课本理论知识与Multisim仿真应用联系起来，能够有效增强学生的设计应用能力和创新能力培养。