湖南工业大学
数字电路课程设计
指导老师：张学毅
学院：电气与信息工程
班级：电气工程1001
姓名：席献斌
学号：10401701008
一、 制作任务
制作一个时间计时器，用于篮球赛控制时间的限时警示电路。
二、 设计要求
1、具有24秒计时功能
2、设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续功能。
3、在直接清零时，要求数码显示器灭灯。
4、计时器为24秒递减时，计时间隔为1秒。
5、计时器递减到零时，数码显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号。
三、总体参考方案
时间计时器原理框图
秒脉冲
发生器
计数器 译码显示
外部操
作开关 控制电路 灯管显示
包括秒脉冲发生器、计数器、译码与显示电路、报警电路和控制电路（辅助时序控
制电路）等五个部分组成。计时电路递减计时，每隔1秒钟，计时器减1。其中计数器
和控制电路是系统的主要部分。计数器完成24秒计时功能，而控制电路完成计数器的
直接清零、启动计数器、暂停/连续计数、译码显示电路的显示与灭灯等功能。当计时器
递减计时到零（既定时时间到）时，显示器上显示00，同时二极管闪亮。
设计思路：秒脉冲信号经过递减计数器，译码器，再由数码管显示出来，中间包
括控制电路。
四、主要元器件原理介绍
1、共阴极数码管
数码显示器可显示系统的运行状态及工作数据，我们所选用的是发光二极管
（LED）显示器，它分为两种，共阴极（BS201/202）与共阳极（BS211/212），我们所
选的是共阴极，它是将发光二极管的阴极短接后作为公共极，当驱动信号为高电平时，
阴极必须接低电平，才能够发光显示。共阴极数码管的外引脚及内部电路如下图：
2、七段显示译码器74LS48
驱动共阴极显示器的译码器输出为高电平有效，所以选用74LS48驱动共阴极的发
光二极管显示器。
下图是74LS48外引线排列图与功能表：
74LS48工作原理：译码器输入端为二进制码，经译码器后，输出端分别与七段显
示器的的输入端对应连接。⑴消隐（灭灯）输入端BI为低电平有效。当消隐（灭灯）
输入端BI =0 时，不论其余输入端状态如何，所有输出为零，数码管七段全暗，无任何
显示；当消隐输入端BI =1 时译码器译码。⑵灯测试（试灯）输入端LT 为低电平有效。
当灯测试（试灯）输入端=0（/ =1）时，不论其余输入端状态如何，所有输出为1，数
码管七段全亮，显示8。可用来检查数码管、译码器有无故障；当灯测试输入端LT =1 时
译码器译码。⑶脉冲消隐（动态灭灯）输入RBI 为低电平有效。当RBI =1时，对译码
器无影响；当BI =LT =1 时，若RBI =0，输入数码是十进制的零时，数码管七段全暗，
不显示；输入数码不为零时，则照常显示。在实际使用中有些零是可以不显示的，如
004.50 中的百位的零可不显示；若百位的零可不显示，则十位的零也可不显示；小数
点后第二位的零，不考虑有效位时也可不显示。脉冲消隐输入RBI =0 时，可使不显示
的零消隐。
3、8421BCD码递减计数器
计数器选用中规模集成电路74LS192进行设计较为简便。74LS192是十进制可编
程同步加锁计数器，它采用8421码二-十进制编码，并具有直接清零、置数、加锁计数
功能。其中CPU、CPD分别是加计数、减计数的时钟脉冲输入端 (上升沿有效)。LD 是
异步并行置数控制端 (低电平有效), CO、BO 分别是进位、借位输出端 (低电平有效),CR
是异步清除端,D0～D3是并\行数据输入端，Q3～Q0是输出端。我们将用到的是它的减
计数功能。下图是74LS192外引线排列图与功能表：
74LS192 的工作原理是：当/LD =1,CR=0时，若时钟脉冲加入到CPU端，且CP
置数= 1, 则计数器在预置数的基础上完成加计数功能，当加计数到9时，/CO端发出进
位下跳变脉冲；若时钟脉冲加入到CPD端，且CPU=1，则计数器在预置数的基础上完成
减计数功能，当减计数到0时，/BO端发出借位下跳变脉冲。由74LS192 构成的24递
减计数器其预置数为N=(00100100)8421BCD=(24)10。它的计数原理是：只有当低位/BO1端
发出借位脉冲时，高位计数器才作减计数。当高、低位计数器处于全零，且CPD为0时，
置数端/LD2=0, 计数器完成并行置数，在CPD端的输入时钟脉冲作用下，计数器再次进
入下一循环减计数。
4、555振荡模块
如下图，由NE555构成的多谐振振荡器，接通电源后，电容C1被充电，VC上升，
当VC上升到2/3VCC时，触发器被复位，同时放电BJTT导通，此时V0为低电平，电
容C通过R2和T放电，使VC下降，当下降至1/3 VCC时，触发器又被置位，V0翻转
为高电平。当C放电结束时，T截止，VCC将通过R2和R1、RE向电容器充电，VC由
1/3VCC上升到2/3VCC。当VC上升到2/3VCC时，触发器又发生翻转，如此周而复始，
在输出端就得到一个周期性的方波，其频率为：f=1.43/[(R1+2R2)C]。
在这里我们选择R2=68K，C1=10uf，只要用一个可变电阻器代替R1，并将它调至7K
即可输出1HZ，达到要求。
5、篮球竞赛24秒计时器总电路图、
五、所用元器件的编号列表
元件名称 型号 数量
备注
数码管 共阴极 2
七段译码显示器 74LS48 2 16脚
8421BCD码计数器 74LS192 2 16脚
脉冲电路 555 1 8脚
三输入与非门
74LS10 1
反相器 74LS04 1
电容 电解 若干
色环电阻 Rest 若干
发光二极管 LED 1
开关 按键、拨动 2
电线 若干