### 简易数字钟设计知识点详解
#### 实验背景及目标
本次实验的主要目的是设计一个简易数字钟，实现秒、分、时的计数显示功能。数字钟的设计基于数字电子技术，通过组合逻辑和时序逻辑电路实现精确的时间显示。实验要求设计的数字钟需具备以下特点：
- 秒、分为60进制计数。
- 时为24进制（或12进制）计数。
- 通过译码器和七段数码管进行时间显示。
#### 实验内容与要求
1. **电路设计**：设计出包含6位计数、译码和显示功能的电路图。
2. **工作原理说明**：详细解释设计电路的工作机制。
3. **实物构建**：根据设计图纸，在实验箱上搭建实际电路。
4. **功能测试与验证**：进行功能测试，确保数字钟的正确运行，并撰写结论与总结。
#### 设备与元器件
本实验所需的主要设备包括：
- 数字电路实验箱
- 2-5-10进制计数器（例如74LS90）
- 译码器
- 七段数码管
其中，74LS90是一种常用的二-五进制计数器，它可以通过不同的连接方式实现多种计数功能。下面详细介绍74LS90的基本特性和几种常用配置方式。
#### 74LS90计数器
- **基本特性**：74LS90是一个中规模集成计数器，能够实现二进制和五进制计数。它具有复位输入端R1、R2以及置位端S1、S2。
- **逻辑结构**：内部由四个主从JK触发器和一些附加门电路组成。FA触发器构成二进制计数器，而FD、FC、FB构成五进制计数器。
- **工作模式**：74LS90可以根据不同的连接方式实现五分频、十分频(8421码)、六分频、九分频和十分频(5421码)等多种工作模式。
#### 实验电路图设计
在设计数字钟时，需要考虑以下关键点：
- 使用74LS90计数器实现秒、分、时的计数功能。
- 通过译码器将计数器输出转换为适合七段数码管显示的信号。
- 设计适当的控制逻辑，实现12/24小时制切换、手动校时等功能。
#### 软件设计部分
在现代数字钟设计中，通常还会加入微控制器或者可编程逻辑器件(FPGA)来进行更复杂的功能实现。例如，实验中提到的EPM7128SLC84-15是一个FPGA芯片，可以用来实现数字钟的高级功能，如：
- **显示模块**：负责将内部计数结果转换成七段数码管的驱动信号。
- **按键防抖动**：处理用户输入，确保每次按键的有效性。
- **模式控制**：实现12/24小时计时制的手动切换。
- **计时校时**：允许用户手动调整时间。
- **显示输出**：控制数码管的显示内容。
#### 关键词解释
- **显示模块的刷新率**：定义了显示更新的速度，等于显示模块输入时钟频率除以数码管的数量。
- **防抖动模块的基准频率**：用于过滤无效按键输入，确保每次按键都有效。
- **正常计时的基准频率**：通常是1Hz，即每秒更新一次计数。
- **时钟状态**：区分正常计时和校时两种状态。
- **12/24小时制**：选择数字钟的计时方式。
- **选择位**：在手动校时状态下，用户正在调整的时间位。
#### 结论与展望
通过本次实验，不仅学习了基本的数字电子技术原理，还深入了解了74LS90计数器的应用及其与其他组件的配合使用方法。此外，引入FPGA等先进数字逻辑器件，使数字钟具备更多实用功能，为后续深入研究数字系统设计奠定了坚实的基础。
