基于555定時(shí)器的籃球賽24s計時(shí)器設計方案

電子設計與仿真是電子技術(shù)基礎學(xué)習中的重點(diǎn)內容，是將理論知識轉化為實(shí)踐能力的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節。文中針對數字電路綜合知識的實(shí)驗要求，設計了籃球賽24 s計時(shí)器，并利用Multisim軟件進(jìn)行了仿真。

1設計方案與電路組成

籃球賽24秒計時(shí)器是數字電路的簡(jiǎn)單應用，在設計過(guò)程中，采用模塊化的設計思路，將該電路劃分為：計時(shí)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(shí)電路和控制電路是設計方案中的主要模塊，其中計時(shí)電路由秒脈沖發(fā)生器、計數器構成。計數器完成24 s計時(shí)功能，控制電路主要完成計數器的直接清零、啟動(dòng)計數、暫停/連續計數等功能。

圖1 24秒計時(shí)器設計框圖

在設計中，結合實(shí)際需求，計數器選取74LS192集成芯片，74LS192是十進(jìn)制可編程同步加法計數器，它采用8421碼十進(jìn)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(shí)現進(jìn)制的轉換;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(fā)光二極管和蜂鳴器代替。

2單元電路設計

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;當開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電路無(wú)信號輸出，故74LS192計數器中無(wú)脈沖輸入，74LS192計數器維持在保持狀態(tài)，即實(shí)現暫停功能。

圖2信號發(fā)生電路

2.2計數電路

用兩片74LS192計數器分別作為個(gè)位(低位)和十位(高位)的倒計時(shí)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(lái)進(jìn)行預置數。時(shí)鐘脈沖分別通過(guò)兩個(gè)與門(mén)輸入到74LS192計數器個(gè)位(低位)的DOWN端，當停止控制電路傳來(lái)停止信號時(shí)，將中斷時(shí)鐘脈沖，從而實(shí)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(shí)鐘脈沖。

兩片741S192計數器具體接法：

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計數電路

2.3停止控制電路

計數器倒數到“0”時(shí)，需要將電路強制轉換到“24”并暫?！，F選取計數器到零的狀態(tài)24秒計時(shí)到“00”，從各引腳接到二與非門(mén)，當計數器從“00”狀態(tài)轉換到“99”時(shí)，用與非門(mén)把該狀態(tài)轉換成低電平(其余時(shí)間為高電平)控制LD，使電路轉換到“24”。由于數字“99”顯示時(shí)間很短，因此在實(shí)現從 “00”到“24”的轉換過(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

增強計時(shí)器電路時(shí)效性 Multisim仿真“責無(wú)旁貸”#e#

2.4警報提示電路

警報提示就是在完成任一計時(shí)任務(wù)結束時(shí)，系統發(fā)出連續的提示音。

當顯示電路由“00”轉換到“24”時(shí)，與非門(mén)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)出報警信號。如圖5所示。

圖5警報提示電路

3總體電路設計

由555定時(shí)器輸出秒脈沖經(jīng)過(guò)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(shí)，IC4的13腳輸出借位脈沖，使十位計數器 IC3開(kāi)始計數。當計數器計數到“00”時(shí)，使計數器復位并置數為“24”。本電路利用從“00”到“99”時(shí)，通過(guò)與非門(mén)，使電路置數到“24”并且保持該狀態(tài)。“99”是一個(gè)過(guò)渡狀態(tài)，不會(huì )顯示出來(lái)，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(shí)，利用個(gè)位和十位的 “9”即“1001”通過(guò)與非門(mén)IC5觸發(fā)RS觸發(fā)器，使電路發(fā)生翻轉，從11腳輸出低電平，使計數器置數，并保持為“24”，同時(shí)LED發(fā)光二極管亮，蜂鳴器發(fā)出報警聲。

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

J2：暫停按鈕。當“暫停/連續”開(kāi)關(guān)處于“暫停”時(shí)，振蕩器停止振蕩，計數器暫停計數，顯示器保持不變，當此開(kāi)關(guān)處于“連續”開(kāi)關(guān)，計數器繼續累計計數。

J3：?jiǎn)?dòng)按鈕。J3處于斷開(kāi)位置時(shí)，當計數器遞減計數到零時(shí)，控制電路發(fā)出聲、光報警信號，計數器保持“24”狀態(tài)不變，處于等待狀態(tài)。當J3閉合時(shí)，計數器開(kāi)始計數。

4結束語(yǔ)

本電路設計簡(jiǎn)單，并能較好的達到設計要求，通過(guò)將課本理論知識與Multisim仿真應用聯(lián)系起來(lái)，能夠有效增強學(xué)生的設計應用能力和創(chuàng )新能力培養。