基于multisim的倒計時電路的設計與改進

2020-11-26 09:21:26萬文，王煒，吳敏

通信電源技術 2020年15期

萬文，王煒，吳敏

（1.武漢軟件工程職業學院，湖北武漢 430205；2.武漢船舶通信研究所，湖北武漢 430205）

1 改進前的電路圖

1.1 計數器74LS192

集成芯片74LS192是同步計數器，雙時鐘輸入，并具有清零和置數等功能[1-3]。D～A是并行數據輸入端，D是最高位，A是最低位；QD～QA是數據輸出端，QD是最高位，QA是最低位；UP是加法計數脈沖輸入端；DOWN是減法計數脈沖輸入端；CLR是置零端（高電平有效）；置數端（低電平有效）；BO是減法計數時的借位輸出端，當輸出端等于0000時，BO=0；CO是加法計數時的進位輸出端，當輸出端等于1001時，CO=0。74LS192功能表，如表1所示。

1.2 數碼管顯示器

圖1 74LS192的引腳圖和邏輯符號

表1 74LS192功能表

設計中用到的是七段數碼管顯示器。七段數碼管顯示器有共陽極和共陰極兩種類型[4]。在multisim軟件中，選用的是共陰極的數碼管顯示器。圖2是multisim軟件中七段數碼管顯示器的模型圖。該模型是七段數碼管和譯碼器的合成器件，默認是共陰極的。系統默認該顯示器內部已連接電源和地，顯露在外的輸入端口有4個，從左到右依次是高位至低位[5]。讀數遵循8421BCD碼制，即輸入的是什么值，該顯示器就會顯示什么數值。例如：若輸入0101，則顯示器將顯示“5”。

1.3 倒計時電路

圖3是基于multisim軟件設計的倒計時電路，電路功能是實現59～00的倒計時顯示電路。圖3用到了2片74LS192計數器芯片，分別用來計數十位和個位；U1、U2的輸出端分別與U3、U4的輸入端依次連接，即U1、U2的計數值將通過U3、U4顯示。

圖2 數碼管顯示器

圖3 原倒計時電路

因為是倒計時電路，所以2片74LS192計數器芯片的計數脈沖都是通過引腳DOWN輸入。參照表1，此時UP引腳不起作用，都接高電平；U2的時鐘信號由multisim軟件的時鐘源提供，U1的時鐘信號由低位計數器U2的借位輸出端BO提供[6]。

2 原電路圖出現的問題

2.1 理論結果

根據計數器芯片74LS192的工作原理，計數器在倒計時過程中，輸出值為0001～0000～1001時，在輸出為0000的整個時間段，BO=0保持不變，具體波形圖如圖4所示，即在理論情況下兩片計數器的BO端口的輸出波形。在此理論基礎上，高位計數器芯片U1輸出端口QD～QA的數值將由0101～0100～0011～0010～0001～0000～0101依次循環。

2.2 實際仿真結果

圖5是計數器芯片U1輸出引腳的實際的波形圖。可以看出，借位端口BO輸出的一直為高電平，與理論不符合。從圖5還可以看出，計數器U1的輸出值實現的是1010～0000～1010的倒計時，并未實現0101～0000～0101的倒計時功能，不能滿足實驗要求。

3 問題分析

對比圖4和圖5不難發現，實際波形與理論波形出現的不符合，主要原因是U1的借位端口BO沒有等于低電平的階段。BO不能等于0，將導致U1的置數端口不能等于0，置數永遠無效，所以輸出不可能從0000跳轉到0101。

由于邏輯分析儀的主要功能是分析不同通道的邏輯關系，而這里要分析BO端口出現故障的原因，因此選用示波器更適合。

圖4 計數器BO端口理論波形圖

圖5 計數器輸出BO端口實際波形圖

在原電路圖中，將U1的倒計時時鐘輸入端口DOWN和借位端口BO接入示波器，可以觀察到如圖6所示的波形圖。通過原倒計時電路圖3易發現，十位DOWN和個位的BO連接在一起。那么，圖6的波形圖說明個位的BO端口只在極端的時間內等于0。由于這個時間太短暫，導致十位的借位輸出端BO來不及反應變為低電平，所以十位的BO一直等于高電平。

4 改進措施

通過以上分析，不能實現59～00倒計時的主要原因是U1的BO端口不能出現低電平。所以，要解決這個問題，最好要避開使用U1的BO端口。原電路U1的置數端LOAD與自身的BO相連，改進后的電路如圖7所示。其中，U1的置數端LOAD與自身的輸出端口QD、QA連接，其邏輯關系滿足即只有當QD=0且QA=0時，計數器U1同步置數。也就是只有輸出端等于1001時，U1立即置數，輸出立即等于置入的數值0101，由此十位計數器將實現倒計時0101～0000～0101的功能。