74ls160設(shè)計(jì)數(shù)字秒表方案匯總（二）

　　數(shù)字秒表是一種常用的計(jì)時(shí)工具，以其價(jià)格低廉、走時(shí)精確、使用方便、功能多而廣泛應(yīng)用于體育比賽中。下文介紹了如何利用中小規(guī)模集成電路和半導(dǎo)體器件進(jìn)行數(shù)字秒表的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)中數(shù)字秒表的最大計(jì)時(shí)為 99. 99s，分辨率為 0. 01s，數(shù)碼管顯示，具有清零、啟動(dòng)計(jì)時(shí)、暫停及繼續(xù)計(jì)時(shí)等功能。當(dāng)計(jì)時(shí)停止時(shí)，秒表保持所計(jì)時(shí)間直至被清零復(fù)位。本設(shè)計(jì)由四個(gè) 74LS160 計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能，一個(gè)555 定時(shí)器產(chǎn)生 100 Hz 脈沖，四個(gè)數(shù)碼顯像管顯示計(jì)時(shí)，再加兩個(gè)控制開關(guān)，一個(gè)控制啟動(dòng)和暫停，另一個(gè)控制清零。

　　1、數(shù)字秒表的工作原理

　　電子秒表要求能夠?qū)r(shí)間進(jìn)行精確記時(shí)并顯示出來，因此要有時(shí)鐘發(fā)生器，記數(shù)及譯碼顯示，控制等模塊，系統(tǒng)框圖如下 ：

　　1. 1 秒信號發(fā)生器

　　利用 555 定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生秒脈沖發(fā)生器。由于 555 定時(shí)器的比較器靈敏度高，輸出驅(qū)動(dòng)電流大，功能靈活，再加上電路結(jié)構(gòu)簡單，計(jì)算比較簡單。利用 555 定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩，在電路中我們選擇數(shù)據(jù)如下 ： C = 1 uF， R1 = R2 。利用公式 ： f = 1/ （ R1 + 2 R2） Cl n2根據(jù) 設(shè) 計(jì) 要 求， 需 要 精 確 到 0. 01s， 故 f =100Hz，帶入上式得 ：R1 = R2 = 4. 8 KΩ。在 Multisim環(huán)境下的原理圖中，取 R1 = R2 = 4. 7 KΩ，并且在 R1支路串聯(lián)一個(gè) 1 KΩ的電位器，來調(diào)節(jié)脈沖信號的精度。此信號從 555 定時(shí)器的 3 引腳 OU T 端輸出，送到計(jì)數(shù)器 74LS160 的脈沖輸入端 CP，作為計(jì)時(shí)脈沖。

　　1. 2 計(jì)數(shù)進(jìn)位部分

　　利用 74LS160 同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能。這個(gè)計(jì)數(shù)器是十進(jìn)制的，在設(shè)計(jì)時(shí)電路比較簡單。而且可以實(shí)現(xiàn)清零功能， EP， ET，可以實(shí)現(xiàn)保持功能。可以很方便的實(shí)現(xiàn)清零，開始，暫停和繼續(xù)這四個(gè)功能。具體電路原理如圖 2 所示。

　　1. 3 譯碼及顯示電路

　　將秒計(jì)時(shí)器 74LS160 的 4 個(gè)輸出端 QD、QC、QB 和 QA 分別對應(yīng)接至譯碼器 74LS48 的輸入端，譯碼后的輸出端接至共陰級 7 段數(shù)碼管的 a～g 端，則顯示器將進(jìn)行 0～9 十進(jìn)制數(shù)字顯示。我們在Multisim 環(huán)境下繪制原 理 圖 的 過 程 中， 選 用 將74LS48 和 7 段數(shù)碼管合二為一的 DCD -HEX。

　　1. 4 控制電路

　　采用J1 和 J2 這樣 2 個(gè)開關(guān)，實(shí)現(xiàn)相關(guān)的控制功能。J1 接高電平時(shí)，與非門 U4A 打開，時(shí)鐘脈沖送入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)顯示 ;J1 接低電平時(shí)，與非門U4A 被封鎖，計(jì)數(shù)器保持原來計(jì)數(shù)狀態(tài)暫停計(jì)數(shù)。J2 接高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù) ;J2 接低電平時(shí)，所有計(jì)數(shù)器清零，實(shí)現(xiàn)清零復(fù)位的功能。

　　2、Multisim 環(huán)境下的原理圖與仿真

　　電路的四個(gè) 74LS160 計(jì)數(shù)器從右往左，分別為0. 01s，0. 1s，1s，10s 的計(jì)數(shù)器。同時(shí)四個(gè)計(jì)數(shù)器都為十進(jìn)制。每個(gè)計(jì)數(shù)器均有四個(gè)接口接到后面的顯示電路的 QD、QC、QB 和 QA。74LS160 具有自啟動(dòng)，避免電路進(jìn)入死鎖狀態(tài)。顯示電路由四個(gè)七段譯碼顯示管組成，并由數(shù)字電子實(shí)驗(yàn)箱集成。整個(gè)電路由 555 定時(shí)器產(chǎn)生 100Hz 時(shí)鐘信號，對電路進(jìn)行時(shí)鐘控制。邏輯開關(guān)由高低電平控制電路的開始暫停以及復(fù)位清零。當(dāng)開關(guān)J1 處于高電平時(shí)，電路正常計(jì)數(shù) ;轉(zhuǎn)換為低電平時(shí)開始暫停保持 ;再次換為高電平繼續(xù)計(jì)數(shù)。開關(guān)J2 處于高電平時(shí)，電路正常工作 ;處于低電平時(shí)，電路清零復(fù)位。Multisim 環(huán)境下數(shù)字秒表總電路原理圖如圖 2。

　　3、Maxplus II 環(huán)境下的原理圖與仿真

　　圖 3 為 Maxplus II 環(huán)境下的原理圖。CL K 接100Hz 的時(shí)鐘脈沖，為了方便觀察結(jié)果，實(shí)驗(yàn)中設(shè)置的頻率可高于 100Hz。CLR 是清零按鈕。PAUSE是暫停繼續(xù)按鈕。74LS160 的輸出端 QD、QC、QB和 QA 從 0000 到 1001 從圖 2 可以看出在中水進(jìn)水溫度相同的條件下，熱泵機(jī)組制熱量隨冷凝器出水溫度的上升有所降低，而且蒸發(fā)器側(cè)中水進(jìn)水溫度的上升時(shí)，制熱量隨之上升的比較明顯。并從圖中知，在蒸發(fā)器側(cè)中水溫度從 13 ℃上升到 15 ℃時(shí)，制熱量的變化速度要小于從 15 ℃上升到 17 ℃的過程，說明蒸發(fā)器側(cè)中水進(jìn)水溫度愈高對制熱量越有幫助。

　　圖 3 可知 ：在蒸發(fā)器側(cè)中水進(jìn)水溫度不變的情況下，隨著冷凝器出水溫度的上升，機(jī)組的輸入功率呈明顯上升的趨勢，結(jié)合圖 2 中表現(xiàn)的制熱量下降的趨勢，導(dǎo)致了圖 4 中制熱性能系數(shù)下降 ;在冷凝器出水溫度不變時(shí)，隨著蒸發(fā)器側(cè)中水進(jìn)水溫度的上升，輸入功率呈緩慢增大的趨勢，機(jī)組的制熱量也在增大，對應(yīng)制熱工況下的性能系數(shù)曲線可看出性能系數(shù)也在上升，但它的上升趨勢比較平緩。說明制熱量的變化趨勢要快于輸入功率的變化趨勢，熱泵機(jī)組能夠以較高的性能運(yùn)行。

　　圖 4 為 Maxplus II 環(huán)境下仿真結(jié)果。仿真結(jié)果表明，所設(shè)計(jì) 99. 99 數(shù)字秒表電路可正常工作。編程下載后， 將 CL K 接固定頻率的信號， CLR 和PAUSE 分別接兩個(gè)開關(guān)。將 74LS160 的輸出端QD、QC、QB 和 QA 分別接不同的發(fā)光二極管以顯示各個(gè)計(jì)數(shù)狀態(tài)，或通過顯示譯碼器接數(shù)碼顯示。顯示結(jié)果驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)電路能夠正常計(jì)數(shù)。通過CLR 和 PAUSE 開關(guān)對電路工作狀態(tài)進(jìn)行控制實(shí)驗(yàn)，測試結(jié)果表明所設(shè)計(jì)控制單元電路能實(shí)現(xiàn)相關(guān)的控制功能。

　　3. 2、制冷工況下 ：保證中水源熱泵機(jī)組冷凝器側(cè)進(jìn)

　　水溫度相同進(jìn)行測試。圖 5、6、7 分別為制冷工況下制冷量、輸入功率和制冷性能系數(shù)的變化曲線。由圖 5 可以看出，在冷凝器進(jìn)水溫度相同條件下，制冷量隨蒸發(fā)器出水溫度的上升而增大 ;在蒸發(fā)器出水溫度不變時(shí)，機(jī)組制冷量隨冷凝器進(jìn)水溫度上升而減小趨勢很明顯。但機(jī)組的制冷量隨冷凝器進(jìn)水溫度的變化的過程中，其變化趨勢的大小是不同的，從圖中可看出 20～22 ℃的變化趨勢要比 22～24 ℃的趨勢要快一些。可見 ：中水溫度的變化對熱泵機(jī)組的制冷量產(chǎn)生十分重要的影響。由圖 6、7 可以看出 ：在蒸發(fā)器出水溫度不變的情況下，隨著冷凝器進(jìn)水溫度的上升，機(jī)組的輸入功率上升，制冷性能系數(shù)下降 ;在冷凝器進(jìn)水溫度不變，蒸發(fā)器出水溫度上升時(shí)，輸入功率增大緩慢，增長幅度低于制冷量上升幅度，因此，制冷性能系數(shù)呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。

　　4、結(jié)論

　　4. 1、對于供暖期較長的內(nèi)蒙古地區(qū)來說，由于中水的溫度高于同季節(jié)地表水、地下水的水溫，中水更適合作為熱泵機(jī)組的冷源。

　　4. 2、中水作為熱泵的冷熱源時(shí)，各種工況下熱泵機(jī)組均能在較高的性能下運(yùn)行，可以達(dá)到節(jié)能減排的目的。

　　4. 3、該實(shí)驗(yàn)研究為內(nèi)蒙古地區(qū)中水源熱泵的應(yīng)用提供了有價(jià)值的數(shù)據(jù)。