### EDA课程设计——数字时钟
#### 一、设计内容简介及要求
本设计旨在实现一个多功能数字计时器，其核心功能包括：
1. **0分00秒至9分59秒**的计时功能；
2. **开机清零**与**快速校分**功能；
3. **整点报时**功能。
具体的设计要求如下：
1. **脉冲发生电路**：用于产生秒脉冲以及为报时电路提供驱动蜂鸣器的脉冲信号。
2. **计时电路**：实现0分00秒至9分59秒的计时。
3. **报时电路**：当数字计时器到达9分53秒、9分55秒、9分57秒时发出低音(频率1KHz)，9分59秒时发出高音(频率2KHz)。
4. **校分电路**：允许用户在任何时刻调整分钟数值。
5. **清零电路**：具备开机自动清零及随时手动清零的功能。
6. **系统级联调试**：确保上述电路能够协同工作，完成计时器的所有功能。
7. **附加功能**：可选添加如定时、电路启停等功能。
#### 二、实验原理简介
该数字计时器主要由以下几个部分组成：
1. **计时电路**：负责计时的核心逻辑。
2. **译码显示电路**：将数字转换为直观的显示结果。
3. **脉冲发生电路**：产生计时所需的精确脉冲信号。
4. **控制电路**：包括校分电路、清零电路和报时电路等。
#### 三、单元电路设计详解
##### 4.1 脉冲发生电路
- **原理**：采用32768Hz的石英晶体多谐振荡器作为脉冲信号源，利用CD4060分频器进一步分频得到所需频率的信号。
- **实现**：首先使用CD4060实现214分频，得到最低频率端Q14的2Hz脉冲信号；接着使用一个D触发器实现倍频器，将D触发器的输出端与输入端相连，从而得到1Hz的秒脉冲信号。
- **作用**：为计时器提供秒脉冲信号，同时也为报时电路提供驱动蜂鸣器的脉冲信号。
##### 4.2 计时与显示电路
- **原理**：采用多个计数器进行计时，并通过译码显示电路将计数结果转化为易于读取的形式。
- **实现**：分计数器和秒十位计数器使用CD4518双十进制计数器实现；秒个位计数器使用74LS161四位二进制计数器实现，通过反馈复位法实现模6计数。
- **作用**：完成从0分00秒到9分59秒的准确计时，并通过三片CD4511显示译码器和三个七段共阴显示字进行显示。
##### 4.3 报时电路
- **原理**：通过组合逻辑电路实现特定时间点的报时功能。
- **实现**：利用与非门控制报时信号的选通。当计时器达到9分50秒后，若秒个位为3、5、7时，频率为1KHz的信号通过与门U2；若秒个位为9时，频率为2KHz的信号通过与门U3。
- **作用**：实现在9分53秒、9分55秒、9分57秒发出低音(1KHz)，9分59秒发出高音(2KHz)的报时功能。
##### 4.4 清零电路
- **原理**：实现开机自动清零和随时手动清零的功能。
- **实现**：开机清零利用电容两端电压的非调变特性实现；手动清零通过设置清零开关来实现。
- **作用**：确保计时器在开机或任何时候都能回到初始状态。
##### 4.5 校分电路
- **原理**：通过外部开关或按钮实现对分钟数值的快速调整。
- **实现**：在校分模式下，每当校分开关被激活时，分计数器将进行递增或递减操作，从而实现分钟数值的快速调整。
- **作用**：使用户能够在任何时刻轻松地调整分钟数值。
#### 四、附加功能
- **定时功能**：通过增加额外的计数器和控制逻辑，实现设定时间后的自动停止或报警功能。
- **电路启停功能**：增设一个启动/停止开关，控制整个计时器的运行状态。
- **动态显示**：使用动态扫描显示技术，提高显示效果的同时降低功耗。
#### 五、电路调试说明
- **调试步骤**：首先单独调试每个单元电路，确保各部分功能正常；然后进行整体系统的级联调试，确保所有电路能够协调工作。
- **注意事项**：调试过程中需仔细检查电路连接，避免短路或断路问题；确保脉冲信号的稳定性和准确性；注意各部分电路之间的同步和配合。
#### 六、器件清单
- **石英晶体**：32768Hz，用于脉冲发生电路。
- **CD4060**：214分频器，用于产生2Hz脉冲信号。
- **D触发器**：用于实现倍频器，产生1Hz秒脉冲信号。
- **CD4518**：双十进制计数器，用于实现分计数器和秒十位计数器。
- **74LS161**：四位二进制计数器，用于实现秒个位计数器。
- **CD4511**：显示译码器，用于驱动七段共阴显示字。
- **蜂鸣器**：用于报时功能。
- **电容**：用于开机清零电路。
- **开关**：用于手动清零和校分功能。
#### 七、参考资料
- **数字电路与逻辑设计**：本书详细介绍了数字电路的基本理论和实践技巧，对于理解本设计中的各个单元电路非常有帮助。
- **EDA技术应用**：涵盖了EDA技术的基本概念和应用案例，对于EDA课程设计项目的实施提供了宝贵的参考信息。
- **数字计时器设计实例**：通过具体的设计实例，帮助学生更好地理解和掌握数字计时器的设计方法和技术要点。
通过精心设计的各个单元电路以及合理的整体架构，本数字计时器不仅能够满足基本的计时需求，还具备了丰富的扩展功能，能够应用于多种场景之中。
