Protel应用实践课程设计数字钟.docx
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Protel应用实践课程设计数字钟
课程设计任务书
学生姓名:
熊昌青专业班级:
通信1102班
指导教师:
艾青松工作单位:
信息工程学院
题目:
基于Protel应用的数字时钟的设计
设计任务:
绘制具有一定规模、一定复杂程度的电路原理图*.sch(自选)。
可以涉及模拟、数字、高频、单片机、或者一个具有完备功能的电子电路系统。
1绘制具有一定规模、一定复杂程度的电路原理图。
2绘制相应电路原理图的双面印刷版图。
3对电路原理图进行仿真,给出仿真结果,并说明是否达到设计意图。
要求完成的主要功能指标:
1电路图的规模要比较大、电路比较复杂。
2制图要美观、可读性要好。
3电路选择不可过分简单,元件种类(包括电源和信号源)不能少于5种而且元件个数不能少于10个。
4设计的数字钟有60进制和24进制计数功能并通过译码器和七段数码管可以显示。
时间安排:
第17—18周:
安排课程设计任务、电路设计调试、答辩
指导教师签名:
年月日
系主任(或责任教师)签名:
年月日
摘要
数字钟是采用数字电路实现对时,分,秒数字显示的计时装置,广泛用于个人家庭,车站,码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表,钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便,而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。
诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等,所有这些,都是以钟表数字化为基础的。
因此,研究数字钟及扩大其应用,有着非常现实的意义。
Protel99SE是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件,采用设计库管理模式,可以进行联网设计,具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能,是一个32位的设计软件,可以完成电路原理图设计,印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作,可以设计32个信号层,16个电源地层和16个机加工层。
关键词:
数字钟;Protel应用;PCB制作
Abstract
Thedigitalclockusesthedigitalcircuitrealizesto,divides,theseconddigitaldemonstration'stimingunit,widelyusesinindividualfamily,thestation,thewharfofficeandsoonpublicplace,becomesinthepeopledailylifethenecessaryessentialitem,asaresultofdigitalintegratedcircuit'sdevelopmentandthequartzcrystaloscillator'swidespreadapplication,causesthedigitalclock'sprecision,wentfarbeyondtheoldstyleclockandwatch,clock'sandwatch'sdigitizationproducesthelifeforthepeopletobringenormousconvenient,moreoverexpandedtheclockandwatchoriginaltoreporttimegreatlythefunction.Suchasfixedtimetheauto-alarm,ontimeautomaticallyhitsthebell,thetimesequencingautomaticcontrol,fixedtimetobroadcast,tobeautomaticshutsthestreetlight,thetimecut-outdryingoven,themake-and-breakpowerequipment,eveneachkindoffixedtimeelectricityautomaticallytobeginusingandsoon,allthese,aretaketheclockandwatchdigitizationasthefoundation.Therefore,theresearchdigitclockandexpandsitsapplication,hastheveryrealisticsignificance.
Protel99SEappliesinWindows9X/2000/NTunderoperatingsystem'sEDAdesignsoftware,usesthedesignstorehousemanagementpattern,maycarryonthenetworkingdesign,hastheverystrongdataexchangeabilityandopennessandthe3Danaloguefunction,isa32designsoftware,maycompletetheelectriccircuitschematicdiagramdesign,printworkandsooncircuitwaferdesignandprogrammablelogicalcomponentdesign,maydesign32signallevels,16powersources--Stratumand16machininglevel.
Keywords:
digitalclock;Protel;PCB
目录
1Protel的简要介绍1
1.1Protel的发展历程1
2设计任务及要求3
2.1设计任务3
2.2设计要求3
3电路原理介绍4
3.1脉冲产生电路4
3.2时钟电路4
3.3主要元器件6
4绘制电路原理图8
4.1建立sch文件并装入所需元件库8
4.2放置元件并调整元件位置8
4.3放置导线及元件序号的自动标注9
4.4编辑元件属性10
5印刷版图的绘制11
5.1准备电路原理图和网络表11
5.2创建PCB文件以及网络表的装入14
5.3元件的布局以及印刷板的布线14
6仿真结果及分析16
6.1仿真参数设置16
6.2仿真结果及分析17
6.2.1脉冲产生电路仿真结果及分析17
6.2.260进制及24进制电路仿真及分析17
6.2.3数字钟整体电路仿真及分析19
7元器件清单20
8收获建议和体会21
参考文献22
基于Protel应用的数字时钟的设计
1Protel的简要介绍
1.1Protel的发展历程
初期ProtelWindows版本:
八十年代末期推出了Windows版本下的ProtelForWindows1.0、ProtelForWindows1.5等版本。
中期ProtelWindows版本:
开发了与Windows95对应的3.X版本。
近期版本:
98年推出的Proel98,开始基本满足了大多数使用者的需求,特别是出色的自动布线功能得到了用户的支持。
99年推出的Proel99及后来的Proel99SE让Protel用户耳目一新,因为在其中新增了很多全新的功能。
2002年下半年推出了最新版本ProtelDXP,该版本耗时2年多,无论在功能、规模上都比Protel99SE,有极大的飞跃,主要在仿真与布线方面有了较大的提高。
2004年最新产品Protel2004.
1.2Protel99SE简介
Protel99SE是PROTEL公司在80年代末推出的EDA软件,应用广泛功能强大,是个完整的板级全方位电子设计系统。
它包含了电原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计(包含印制电路板自动布线)、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能。
可见Protel99SE不仅在绘制原理图、PCB版布局布线等方面功能更加完善,而且为用户提供功能强大、使用方便的仿真器,它可以对当前所画的电路原理图进行即时仿真,因此在电路的整个设计周期都可以仿真查看和分析其性能指标,以便及时发现设计中存在的问题并加以改正,从而更好的完成电路设计。
下面我们将对Protel99SE做个简介。
Protel99se软件中提供了SIM99se数模混合仿真器集成软件可以对许多电子线路进行模拟设计,模拟运行,反复修改。
提供了接近6000各仿真元件和大量的数学模型期间,可以对电工电路,低频电子线路、高频电子线路和脉冲数字电路在一定范围内进行仿真分析。
仿真结果以多种图形方式输出,直观明了,可以单图精细分析,也可以多图综合比较分析、并可通过不同的角度进行分析,以获得对电路设计的准确判断。
Protel99se仿真方面其具有的特点有:
1强大的分析功能
用户可以根据Protel99SE电路仿真器所提供的功能,分析设计电路的各方面性能,如电路的交直流特性、温度漂移、噪声、失真、容差、最坏情况等特性。
2丰富的信号源
其中包括基本信号源:
直流源、正弦源、脉冲源、指数源、单频调频源、分段线性源,同时还提供了齐全的线性和非线性受控源。
3充分的仿真模型库
Protel99SE提供了20多个模拟和数字仿真元件库,共包含6000多个常用元器件。
这些组件库包括了常用二极管、三极管、单结晶体管、变压器,晶闸管、双向晶闸管等分立组件,还有大量的数字器件和其它集成电路器件。
同时Protel99SE提供了一个开放的库维护环境,允许设计者改变原有器件模型,也可创建新器件模型。
4友好的操作界面
(1)无需手工编写电路网表文件。
系统将根据所画电路原理图自动生成网表文件并进行仿真。
(2)通过对话框完成电路分析各参数设置。
(3)方便地观察波形信号。
可同时显示多个波形,也可单独显示某个波形;可对波形进行多次局部放大,也可将两个波形放置于同一单元格内进行显示并分析比较两者的差别。
(4)强大的波形信号后处理,可利用各种数学函数对波形进行各种分析运算并创建一个新的波形。
(5)方便地测量输出波形。
Protel99SE提供了两个测量光标,打开它们可测量波形数据。
2设计任务及要求
2.1设计任务
1绘制具有一定规模、一定复杂程度的电路原理图。
2绘制相应电路原理图的双面印刷版图。
3对电路原理图进行仿真,给出仿真结果,并说明是否达到设计意图。
2.2设计要求
1电路图的规模要比较大、电路比较复杂。
2制图要美观、可读性要好。
3电路选择不可过分简单,元件种类(包括电源和信号源)不能少于5种而且元件个数不能少于10个。
4设计的数字钟有60进制和24进制计数功能并通过译码器和七段数码管可以显示。
3电路原理介绍
3.1脉冲产生电路
脉冲产生电路采用555定时器构成的多谐振荡器,通过对电路中电阻和电容取值的设置,可使振荡器的频率为1Hz,这样就可把振荡器输出直接作为时钟脉冲信号,而不需分频器分频。
为了方便仿真,采用555定时器与定时元件RC组成多谐振荡器,它的输出信号频率为f0=1.43/[(R2+2R1)C1]。
取R1=68kΩ,R2=15kΩ,C1=10uF(滤波电容C2=0.1uF),则电路的振荡频率为f0=1Hz,输出信号为周期为1s的脉冲信号,这样输出就可以直接用来作为数字钟计数器的输入信号。
脉冲产生电路如图3.1所示。
图3.1脉冲产生电路
3.2时钟电路
秒和分电路都是六十进制计数器,计数规律为00-01…58-59-00。
可由一级十进制计数器和一级六进制计数器级联而成。
设计电路采用两片异步二—五—十进制加法计数器74LS90级联构成60进制分、秒计数器。
两片74LS90芯片都接成8421BCD码输出的十进制计数形式,一片控制个位,为十进制;一片控制十位,为六进制。
利用74LS90本身的两控制端完成十进制,在达到1001时,给第二片一下降脉冲,这样反复,直到第二片达到0110时第二片自身清零,这样完成一次60的计数,且回到初态,两片74LS90都清零,然后继续重复计数。
由两片74LS90构成的秒(分)计数器如图3.2所示。
图3.2分(秒)计数器电路
时电路是24进制的计数器,采用的是00-01-02…23-00-01…的计数规律。
设计电路采用两片异步二—五—十进制加法计数器74LS90级联构成24进制时计数器。
两片74LS90芯片都接成8421BCD码输出的十进制计数形式。
时计数器电路图如图3.3所示。
图3.3时计数器电路
3.3主要元器件
振荡器中用到的555定时器是一种多用途的数字—模拟混合集成电路,可以方便的构成施密特触发器,单稳态触发器和多谐振荡器。
用555组成的多谐振荡器的电路图和工作波形图如3.4和3.5所示,振荡周期T=0.7(R1+2R2)C。
图3.4555多谐振荡器电路图图3.5工作波形图
数字钟的设计中主要使用的器件为异步二—五—十进制加法计数器74LS90,它既可以作二进制加法计数器,又可以作五进制和十进制加法计数器。
图3.674LS90引脚排列
表3.774LS90功能表
通过不同的连接方式,74LS90可以实现四种不同的逻辑功能。
具体功能为:
(1)计数脉冲从CP1输入,QA作为输出端,为二进制计数器。
(2)计数脉冲从CP2输入,QDQLQH作为输出端,为异步五进制加法计数器。
(3)若将CP2和QA相连,计数脉冲由CP1输入,QD、QC、QB、QA作为输出端,则构成异步8421码十进制加法计数器。
(4)若将CP1与QD相连,计数脉冲由CP2输入,QA、QD、QC、QB作为输出端,则构成异步5421码十进制加法计数器。
(5)清零、置9功能。
当R0
(1)、R0
(2)均为“1”;S9
(1)、S9
(2)中有“0”时,实现异步清零功能,即QDQCQBQA=0000。
当S9
(1)、S9
(2)均为“1”;R0
(1)、R0
(2)中有“0”时,实现置9功能,即QDQCQBQA=1001.
4绘制电路原理图
4.1建立sch文件并装入所需元件库
通过主菜单【File】/【New】建立数字钟.ddb数据库,进入设计文件夹,双击Documents
图标,就进入了原理图设计系统,通过主菜单【File】/【New】选择SchematicDocuments
图标即可。
修改文件名称为数字钟,双击数字钟.Sch图标,就打开了设计系统窗口。
点击编辑界面左侧的
标签下的按钮
,在弹出的对话框“ChangeLibraryFileList”中,单击sim.lib元件库,然后点击Add和OK即可。
4.2放置元件并调整元件位置
利用编辑器界面左侧的place按钮:
点击所要的元件名称,然后按
就可以放置元件了。
将所需的元件拖出放置在编辑界面,完成后的图形如图4.1所示。
图4.1元件的放置
我们还要对元件进行位置的调整。
调整的方法主要有两种。
一是,鼠标拖动元件。
二是使用空格键或x键或y键。
按照原理图我们将元器件都排列好,完成后的图形如图4.2所示。
图4.2排列好的元件
4.3放置导线及元件序号的自动标注
下面就可以开始连线了。
利用工具条WiringTools
进行连线。
为了让原理图显得更加简洁和直观,在原理图中我们可以添加网络标号
,如图中的GND代表地,high代表高电平,555in代表555的输入信号,555out代表555的输出信号,即秒脉冲。
利用菜单命令【tools】/【annotate】可以完成元件序号的自动标注。
完成后的原理图如图4.3所示。
图4.3数字钟原理图
4.4编辑元件属性
双击元件,我们可以打开元件的属性框。
其中,Footprint是元件的封装名称,Designator是元件序号,如R1,第一个Part是元件型号,如LM324等。
我们可以依次将这三项填入属性框中。
原理图中使用到的元器件及其封装如下图
图4.4数字钟电路所用器件及封装号
5印刷版图的绘制
5.1准备电路原理图和网络表
原理图准备好后,使用菜单命令【Design】/【CreateNetlist...】,建网络表。
网络表是原理图和印刷电路板之间的一座桥梁,网络表提供了电路的元件清单以及元件之间的互联关系。
执行上述命令后,弹出NetlistCreation的对话框,点击OK即可生成与原理图同名的网络表文件,即数字钟.Net如下(分成6栏放置):
[
C1
RAD0.1
10u
]
[
C2
RAD0.1
0.1u
]
[
DS1
DIP14
AMBERCC
]
[
DS2
DIP14
AMBERCC
]
[
DS3
DIP14
AMBERCC
]
[
DS4
DIP14
AMBERCC
]
[
DS5
DIP14
AMBERCC
]
[
DS6
DIP14
AMBERCC
]
[
R1
AXIAL0.4
10k
]
[
R2
AXIAL0.4
15k
]
[
U1
DIP16
74LS48
]
[
U2
DIP16
74LS48
]
[
U3
DIP16
74LS48
]
[
U4
DIP16
74LS48
]
[
U5
DIP16
74LS48
]
[
U6
DIP16
74LS48
]
[
U7
DIP14
74LS90
]
[
U8
DIP14
74LS90
]
[
U9
DIP14
74LS90
]
[
U10
DIP14
74LS90
]
[
U11
DIP14
74LS90
]
[
U12
DIP14
74LS90
]
[
U13
DIP14
555
]
[
V1
VPULSE
]
[
V2
SIP2
+5V
]
(
555IN
U13-2
V1-1
)
(
555OUT
R1-1
U12-14
U13-3
)
(
A1
DS6-1
U6-13
)
(
A2
DS5-1
U5-13
)
(
A3
DS4-1
U4-13
)
(
A4
DS3-1
U3-13
)
(
A5
DS2-1
U2-13
)
(
A6
DS1-1
U1-13
)
(
B1
DS6-2
U6-12
)
(
B2
DS5-2
U5-12
)
(
B3
DS4-2
U4-12
)
(
B4
DS3-2
U3-12
)
(
B5
DS2-2
U2-12
)
(
B6
DS1-2
U1-12
)
(
C1
DS6-3
U6-11
)
(
C2
DS5-3
U5-11
)
(
C3
DS4-3
U4-11
)
(
C4
DS3-3
U3-11
)
(
C5
DS2-3
U2-11
)
(
C6
DS1-3
U1-11
)
(
D1
DS6-4
U6-10
)
(
D2
DS5-4
U5-10
)
(
D3
DS4-4
U4-10
)
(
D4
DS3-4
U3-10
)
(
D5
DS2-4
U2-10
)
(
D6
DS1-4
U1-10
)
(
E1
DS6-5
U6-9
)
(
E2
DS5-5
U5-9
)
(
E3
DS4-5
U4-9
)
(
E4
DS3-5
U3-9
)
(
E5
DS2-5
U2-9
)
(
E6
DS1-5
U1-9
)
(
F1
DS6-6
U6-15
)
(
F2
DS5-6
U5-15
)
(
F3
DS4-6
U4-15
)
(
F4
DS3-6
U3-15
)
(
F5
DS2-6
U2-15
)
(
F6
DS1-6
U1-15
)
(
G1
DS6-7
U6-14
)
(
G2
DS5-7
U5-14
)
(
G3
DS4-7
U4-14
)
(
G4
DS3-7
U3-14
)
(
G5
DS2-7
U2-14
)
(
G6
DS1-7
U1-14
)
(
GND
C1-2
C2-2
DS1-9
DS2-9
DS3-9
DS4-9
DS5-9
DS6-9
R1-2
U1-8
U2-8
U3-8
U4-8
U5-8
U6-8
U7-6
U7-7
U7-10
U8-6
U8-7
U8-10
U9-6
U9-7
U9-10
U10-2
U10-3
U10-6
U10-7
U10-10
U11-6
U11-7
U11-10
U12-2
U12-3
U12-6
U12-7
U12-10
U13-1
V1-2
V2-2
)
(
HIGH
R2-1
U1-3
U1-4
U1-5
U2-3
U2-4
U2-5
U3-3
U3-4
U3-5
U4-3
U4-4
U4-5
U5-3
U5-4
U5-5
U6-3
U6-4
U6-5
U13-4
U13-8
V2-1
)
(
NetU7_2
U1-1
U7-2
U7-9
U8-3
)
(
NetU7_3
U2-2
U7-3
U8-2
U8-8
)
(
NetU7_8
U1-2
U7-8
)
(
NetU7_11
U1-6
U7-11
)
(
NetU7_12
U1-7
U7-1
U7-12
)
(
NetU7_14
U2-6
U7-14
U8-11
)
(
NetU8_9
U2-1
U8-9
)
(
NetU8_12
U2-7
U8-1
U8-12
)
(
NetU8_14
U3-2
U8-14
U9-3
U9-8
)
(
NetU9_2
U3-1
U9-2
U9-9
)
(
NetU9_11
U3-6
U9-11
)
(
NetU9_12
U3-7
U9-1
U9-12
)
(
NetU9_14
U4-6
U9-14
U10-11
)
(
NetU1
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