基于Multisim的計時器設計與仿真

申莉華，李曉輝，任小青，孫少林，李 悅

（總參謀部通信訓練基地 河北 張家口 075100）

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]。

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[2]。

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Fig.1 The 24 seconds timer design diagram

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[3]。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[4]。

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[5]。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Fig.2 Signal generating circuit

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[6]。

兩片74LS192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Fig.3 Counting circuit

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Fig.4 Stop control circuit

2.4 警報提示電路

警報提示就是在完成任一計時任務結束時，系統發出連續的提示音。

當顯示電路由“00”轉換到“24”時，與非門輸出低電平，而蜂鳴器的和LED1的正極接入高電平，故蜂鳴器和LED1均正常工作。從而發出報警信號。如圖5所示。

圖5 警報提示電路Fig.5 Alert notification circuit

3 總體電路設計

由555定時器輸出秒脈沖經過R30輸入到計數器IC4的CD端，作為減計數脈沖。當計數器計數計到0時，IC4的13腳輸出借位脈沖，使十位計數器IC3開始計數。當計數器計數到“00”時，使計數器復位并置數為“24”。本電路利用從“00”到“99”時，通過與非門，使電路置數到“24”并且保持該狀態?！?9”是一個過渡狀態，不會顯示出來，故本電路采用“99”作為計數器復位脈沖。當計數器由“00”跳變到“99”時，利用個位和十位的“9”即“1001”通過與非門IC5觸發RS觸發器，使電路發生翻轉，從11腳輸出低電平，使計數器置數，并保持為“24”，同時LED發光二極管亮，蜂鳴器發出報警聲。

J1：手動復位按鈕。當按下J1時，不管計數器處于什么工作狀態，計數器立即復位到預置數值 “24”，并開始計數。

J2：暫停按鈕。當“暫停/連續”開關處于“暫?！睍r，振蕩器停止振蕩，計數器暫停計數，顯示器保持不變，當此開關處于“連續”開關，計數器繼續累計計數。

J3：啟動按鈕。J3處于斷開位置時，當計數器遞減計數到零時，控制電路發出聲、光報警信號，計數器保持"24"狀態不變，處于等待狀態。當J3閉合時，計數器開始計數。

4 結束語

本電路設計簡單，并能較好的達到設計要求，通過將課本理論知識與Multisim仿真應用聯系起來，能夠有效增強學生的設計應用能力和創新能力培養。

[1]朱彩蓮.Multisim電子電路仿真教程[M].西安：西安電子科技大學出版社，2007.

[2]閻石.數字電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，1998.

[3]康華光，鄒壽彬，秦臻.電子技術基礎數字部分[M].5版.北京：高等教育出版社，2006.

[4]廖先蕓，郝軍.電子技術實踐與訓練[M].北京：高等教育出版社，2000.

[5]任駿原.74LS161異步置零法構成任意進制計數器的Multisim仿真[J].電子設計工程，2011，19（4）：135-137.REN Jun-yuan.Multisim simlulation of 74LS161 asynchronous reset method constitute arbitrary hexadecimal counter[J].Electronic Design Engineering，2011，19（4）：135-137.

[6]張宇珩，宋楊，王慧霖，等.競猜60秒動態限時聲光數碼顯示電路[J].數字技術與應用，2013，3:184-185.ZHANG Yu-heng，SONGYang，WANG Hui-lin，et al.Quiz 60 senconds dynamic timed acousto-optic digital display circuit[J].Technology and Application of Digital，2013，3:184-185.