数字钟的设计文档格式.docx

数字钟的设计文档格式.docx

《数字钟的设计文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字钟的设计文档格式.docx（23页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

（4）第17-18周：

撰写报告及答辩。

指导教师签名：

2010年3月1日

系主任（或责任教师）签名：

年月日

摘要

PROTEL是PORTEL公司在80年代末推出的EDA软件，在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件，它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，有些高校的电子专业还专门开设了课程来学习它，几乎所有的电子公司都要用到它，许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使用PROTEL。

现今的PROTEL已发展到PROTEL99，是个庞大的EDA软件，完全安装有200多M，它工作在WINDOWS95环境下，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电路原理图绘制、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，并具有Client/Server（客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100％布通率。

Protel99SE主要有两大部分组成，每一部分个有几个模块。

第一部分是电路设计部分，主要有：

原理图设计系统，包括用于设计原理图的原理图编辑器Sch，用于修改和生成原理图元件的元件编辑器。

印刷电路板设计系统，包括用于设计电路板的电路板编辑器PCB以及用于修改，生成元件封装的元件封装编辑器PCBLib。

第二部分是电路仿真与可编程逻辑器件设计，主要有：

电路仿真系统，包括一个功能强大的数/模混合信号电路仿真器，能在原理图基础上进行连续的模拟信号和数字信号仿真。

本设计以能显示时、分、秒的数字钟来熟悉protel的使用方法。

Abstract

PROTELisPORTELcompanylaunchedinthelate80'

sEDAsoftware,CADsoftwareintheelectronicsindustry,anditdeservedlycameinfrontofmanyEDAsoftwareisthedesignerofchoiceforelectronicsoftware,whichstartedearlyoninthecountry,intheChina'

spenetrationrateishighest,somecollegesanduniversitiessetupaspeciale-professionalcoursestolearnit,andalmostalloftheelectronicscompanieshavetouseit,manylargecompaniesintherecruitmentofelectronicdesigntalentO'

clockbaritstermswillbewrittenontheChangrequirementswillusePROTEL.CurrentPROTELhasgrowntoPROTEL99,isahugeEDAsoftware,fullyequippedwithmorethan200M,itworksinWINDOWS95environment,isacompleteboard-levelcomprehensiveelectronicsdesignsystem,whichincludesthecircuitschematicdrawing,analogcircuitsandmixed-signalsimulationofdigitalcircuits,multilayerprintedcircuitboarddesign（includingautomaticroutingofprintedcircuitboard）,programmablelogicdevicedesign,graphicsgeneration,spreadsheetsgeneratedtosupportfeaturessuchasmacrooperations,andhaveClient/Server（Client/server）architecture,butalsocompatiblewithanumberofotherdesignsoftware,fileformats,suchasORCAD,PSPICE,EXCEL,etc.,themulti-layerprintedcircuitboardsenablestheautomaticroutingof100%high-densityPCBclothflux.

Protel99SEhastwomajorcomponents,eachpartofaseveralmodules.Thefirstpartispartofthecircuitdesign,including:

schematicdesignsystem,includingforthedesignoftheschematicdiagrameditorSch,usedtomodifyandbuildthecomponentpartsschematiceditor.Printedcircuitboarddesignsystem,includingforthedesignofthecircuitboardPCBandthecircuitboardeditorformodifying,generatingcomponentpackagingcomponentpackagingeditorPCBLib.Thesecondpartisthecircuitsimulationanddesignofprogrammablelogicdevices,including:

circuitsimulationsystem,includingapowerfulD/Amixed-signalcircuitsimulator,schematicdiagraminarowbasedonanalogsignalsanddigitalsignalsimulation.Thisdesigncandisplayhours,minutes,seconds,thenumberofminutestoknowhowtouseprotel.

目录

摘要I

AbstractII

1设计任务与要求2

1.1设计任务2

1.2设计要求2

2数字钟的原理2

2.1时间计数电路2

2.1.1秒计数2

2.1.2分计数3

2.1.3时计数3

2.1.474ls90资料4

2.2译码电路5

3使用protel制作电原理图6

3.1新建文件6

3.2摆放元件6

3.3连线7

3.4电气规则检查8

3.5生成网络表9

4使用protel制作PCB图11

4.1创建PCB文件11

4.2加载网络表11

4.3元器件布局12

4.4自动布线13

4.5调整14

5使用protel进行电路仿真设计16

6元器件材料清单20

7总结21

8参考文献22

数字钟的设计

1设计任务与要求

1.1设计任务

设计一个数字钟，通过计数器，译码器，译码显示器实现数字钟计时的基本功能。

1.2设计要求

1.使用protel制作数字钟的电路原理图

2.使用protel制作数字钟的PCB图

3．使用protel对数字钟电路进行仿真

2数字钟的原理

2.1时间计数电路

时间计数电路由秒个位和秒十位计数器,分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成,其中秒个位和秒十位计数器,分个位和分十位计数器为60进制计数器,时个位和时十位计数器为24进制计数器.

六十进制计数器可由一个十进制计数器和一个六进制计数器连起来构成。

可选用两片集成电路74LS90串起来构成“秒”、“分”计数器。

2.1.1秒计数

秒个位计数单元为１０进制计数器，将QA与CPB相连形成十进制计数。

CPA与１ＨZ秒输入信号相连，ＱD可作为向上的进位信号与十位计数单元的CPA相连。

秒十位计数单元为６进制计数器，74LS90为异步清0.当CPA输人第六个脉冲触发时这时输出端状态为QDQcQBQA=0110，QB=QC＝1，合起来的信号分别送入个十两个计数器的Ro

（2），Ro

（1）清零端，清零后使计数器归零，完成六十进制计数功能，同时，还把这个信号作为进位信号输出。

图1秒计数电路图

2.1.2分计数

分计数电路图与秒计数相同，分个位的cpa信号为秒十位的进位信号。

2.1.3时计数

时个位计数单元电路结构仍与秒或个位计数单元相同，整个时计数单元应为24进制计数器，所以在两块74LS90取24进制，就在24的时候进行异步清零。

当“时”个位计数器输入端CPA到来第十个触发信号时，计数器复零，进位端ＱD向“时”十位计数器输人进位信号，进行“时”的计数。

当第二十四个来自“分”计数器的进位信号到来时，“时”个位计数器的输出状态为QDQcQBQA=0100,“时”十位计数器的输出状态为QDQcQBQA=0010，这时“时”个位计数器的QC和“时”十位计数器的ＱB输出均为“1”,

把这两个信号合起来，分别送到个和十计数器的清零端Ro

（1）、Ro

（2），计数器清零后完成二十四进制计数。

图2时计数电路图

2.1.474ls90资料

74LS90计数器是一种中规模二一五进制计数器，管脚引线如图，功能表

表17490功能表

复位输入

输出

R1R2S1S2

QDQCQBQA

HHL×

HH×

L

×

×

HH

XL×

L×

L×

LL×

LLLL

HLLH

计数

图374ls90引脚图

A．将输出QA与输入B相接，构成8421BCD码计数器；

B．将输出QD与输入A相接，构成5421BCD码计数器；

C．表中H为高电平、L为低电平、×

为不定状态。

74LS90逻辑电路图如图3.6-1所示，它由四个主从JK触发器和一些附加门电路组成，整个电路可分两部分，其中FA触发器构成一位二进制计数器；

FD、FC、FB构成异步五进制计数器，在74LS90计数器电路中，设有专用置“0”端R1、R2和置位（置“9”）端S1、S2。

74LS90具有如下的五种基本工作方式：

（1）五分频：

即由FD、FC、和FB组成的异步五进制计数器工作方式。

（2）十分频（8421码）：

将QA与CK2联接，可构成8421码十分频电路。

（3）六分频：

在十分频（8421码）的基础上，将QB端接R1，QC端接R2。

其计数顺序为000～101，当第六个脉冲作用后，出现状态QCQBQA=110，利用QBQC=11反馈到R1和R2的方式使电路置“0”。

1）九分频：

QA→R1、QD→R2，构成原理同六分频。

5）十分频（5421码）：

将五进制计数器的输出端QD接二进制计数器的脉冲输入端CK1，即可构成5421码十分频工作方式。

此外，据功能表可知，构成上述五种工作方式时，S1、S2端最少应有一端接地；

构成五分频和十分频时，R1、R2端亦必须有一端接地。

2.2译码电路

4线～7段译码器／驱动器，输人端A3、A2、A1、A0为8421BCD码输人，在与LED数码管连接时不需再外接限流电阻。

74LS48的译码输出（Ya～Ye）是高电平有效。

图474ls48引脚图

表274ls48真值表

3使用protel制作电原理图

3.1新建文件

选择newdesign和newdocument，在弹出的对话框中选择Sch格式

图5新建文件

3.2摆放元件

在设计管理器中选择BrowseSCH页面，在Browse区域中的下拉框中选择Library，然后单击ADD/Remove按钮，弹出的如下窗口，在窗口中寻找Protel99

SE子目录，在该目录中选择Library＼SCH路径，在元件库列表中选择所需的元件库，比如Miscellaneousdevicesddb，TIDatabook库等，单击ADD按钮，即可把元件库增加到元件库管理器中。

为便于仿真，此设计选择Sim元件库。

根据此实验电路的需要，到元件库中找出所需的元件，然后用元件管理器的Place按钮将元件放置在工作平面上

图6添加元件库

3.3连线

利用Protel99SE提供的各种工具指令进行布线，将工作平面上的器件用具有电气意义的导线、符号连接起来，构成一个完整的电路原理图。

注意节点。

在连线的同时也要注意元件的标号不能重复，而且原件封装要正确，比如一些芯片的封装就是DIP14或DIP16

图7电路总原理图

3.4电气规则检查

使用Protel99SE的电气规则，即执行菜单命令Tools/ERC对画好的电路原理图进行电气规则检查。

主要是检查电路中是否有电气特性不一致的情况（如元件的序列号重复），ERC检查依据问题的严重性分别以错误（Error）或警告（Warning）信息来提示用户。

选择Tools菜单下的ERC项，则弹出如图对话框，直接点击OK即可进行ERC检查。

ERC检查文件时，如果有问题将用坐标标注重名元件的位置。

返回电路原理图，改正错误的元件属性后，再次进行ERC检查。

图8电气规则检查

图9显示没有错误

3.5生成网络表

网络表是电路原理图设计和印刷电路板设计之间的桥梁,是PCB中自动布线的灵魂。

所以必须生成网络表。

选取Design设计菜单下的CreateNetlist选项则会弹

出如下对话框

图10建立网络表

图11网络表文件

4使用protel制作PCB图

4.1创建PCB文件

执行菜单File/New命令，弹出如下对话框，从框中选择PCB设计服务器（PCBDocument）图标，双击该图标，建立PCB设计文档。

双击文档图标，进入PCB设计服务器界面。

如下图所示，

图12新建pcb图

4.2加载网络表

在设计工作区的板层标签上选择KeepOutLayer，然后选择工具条PlacementTools上的

按钮，画边框（边框按系统设定的颜色应是紫色）。

此时画的只是一个粗略的边框，虽然没必要太精确，但不能太大。

待到布线完成后，再来画精确的边框。

执行菜单Design/LoadNets命令，然后在弹出的窗口中单击Browse按钮，再在弹出的窗口中选择电路原理图设计生成的网络表文件XIN.Net，若出现错误提示，必须更改错误。

如果发现错误应该到原理图去改正错误，再重新创建网络表才能真正解决。

我碰到的问题主要是封装和元件名称不正确的问题。

通过查找资料改正了一些问题。

图13加载网络表

4.3元器件布局

Protel99SE既可以进行自动布局也可以进行手工布局，执行菜单命令Tools/AutoPlacement/AutoPlacer可以自动布局。

先把重叠的元件拖开（当用鼠标左键点中任何重叠元件时，将弹出小的对话框，表示当前点中的地方重叠了几个元件）：

当移动鼠标到相应的字体上，字全变蓝，单击鼠标左键，便可获取一个元件，然后再将其拖走。

依据电路的功能及元件的大小，适当的摆放元件。

黄色的代表原件的实际封装，缆线就是飞仙，无论怎么样推动元件，飞线不会断开，他表示不同元件引脚的连接关系。

摆放应根据元件的功能和大小。

在实际生产中，元件的摆放没有规定，但应根据电磁干扰，发热元件和散热孔的距离，开关指示灯的特定位置，异性模具和特殊加工工艺的要求来摆放元件。

图14元件布局

4.4自动布线

执行菜单命令AutoRouting/All，弹出如下窗口，并在弹出的窗口中单击Routeall按钮，程序即对印刷电路板进行自动布线。

只要设置有关参数，元件布局合理，自动布线的成功率几乎是100%。

自动布线完成后，将弹出如下布线信息对话框，它指出了布线的相关信息，如不先完成的程度、布了多少线、还有几条没布完、布线所用的时间。

点击OK，则布线完成。

若对布线不满意，可在工具下拉菜单上选“撤销布线”，恢复飞线状态后可重新布线。

图15自动布线

图16布线结果

4.5调整

边框的修改一定要在KeepOutLayer来修改。

自动布线结束后，可能存在一些令人不满意的地方，可以手工调整，把电路板设计得尽善尽美。

首先，删除不理想的布线，点击Edit/Delete选项，左键点击要删除的导线即可删除。

删除导线后，焊点间以飞线连接，然后选取不同的层如toplayer（红线）、bottomlayer（蓝线），选择

来画飞线之间连接的导线，注意同一层内的导线不能交叉，直到将不满意的导线改到满意为止。

图17pcb图

图18pcb顶层

图19Pcb底层

5使用protel进行电路仿真设计

执行菜单Simulate下的Run命令，若有错误，则要根据给出的错误提示对原理图进行修改，所有元件都要用sim库里面的。

我的仿真不是很成功，只出现了信号源和VCC的波形

图20信号源波形

图19用于仿真的原理图

通过该仿真发现只有信号源的波形，由于对protel的仿真不是很熟悉，因此没有找出错误的原因，即使使用部分仿真也是没有看到正确的波形，分析在原理图正确的情况下应该是芯片没有正常工作或是信号源设置问题。

为了能完成仿真，我选择用ewb软件对该电路进行一次仿真。

　相对其它EDA软件而言，它是个较小巧的软件，只有16M，功能也比较单一，就是进行模拟电路和数字电路的混合仿真，它的仿真功能十分强大，可以几乎100％地仿真出真实电路的结果，而且它在桌面上提供了万用表、示波器、信号发生器、扫频仪、逻辑分析仪、数字信号发生器、逻辑转换器等工具，它的器件库中则包含了许多大公司的晶体管元器件、集成电路和数字门电路芯片，器件库中没有的元器件，还可以由外部模块导入，在众多的电路仿真软件中，EWB是最容易上手的，它的工作界面非常直观，原理图和各种工具都在同一个窗口内，未接触过它的人稍加学习就可以很熟练地使用该软件，对于电子设计工作者来说，它是个极好的EDA工具，而且若想更换元器件或改变元器件参数，只需点点鼠标即可，利用它可以直接从屏幕上看到各种电路的输出波形。

图20利用ewb做的电路图仿真

图21信号源波形

图22秒个位进位波形

图23秒位向分位进位波形

图24分个位进位波形

6元器件材料清单

执行Report/BillofMaterial命令，则可生成如下元器件清单，

表3原件清单

7总结

通过这次Protel99SE电路设计与制版实验课程设计，让我了解了制作与编辑元件电路原理图元器件库的方法—设计电路原理图的方法—对该电路原理图进行电气规则测试的方法—生成该电路原理图的网络表文件的方法—生成该电路原理图的元器件材料清单列表的方法；

制作与修改PCB元件封装的方法—设计PCB图的方法及电路原理图仿真的方法。

在设计过程中，自然会存在不少问题，比如仿真就没有成功。

在仿真上花了不少时间，可是最终还是没有做出正确的波形，这一点也比较遗憾。

在设计的时候有些地方很可能还不够完善，这一点请老师谅解。

通过这次学习，让我对如何运用Protel99SE进行电路原理图和印刷电路板设计及原理图的仿真都有了一定程度的了解，而且增强了自己的实践动手能力。

希望今后的课设能做的更加完美。

8参考文献

Protel99入门与提高.赵品编著.人民邮电出版社.2000.11

Protel99高级应用.赵品编著.人民邮电出版社.2000.11

Protel99SE电路设计与仿真应用

本科生课程设计成绩评定表

姓名

性别

男

专业、班级

通信0805班

课程设计题目：

课程设计答辩或质疑记录：

1..你用什么产生的计时信号?

答：

我用的555组成的多谐振荡器产生计时脉冲信号，通过电阻和电容的值来调节输出的频率。

2.。

你怎么样使74ls90产生60进制计数?

74ls90是异步清零，个位是10进制计数，不需清零，十位通过与门QB，QC

输出到清零端实现六进制

3.制作protel的pcb版的顺序是什么？

顺序为：

定义边框，加载网络表，摆放元件，自动布线，修改边框，手动修改导线

成绩评定依据：

最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）

指导教师签字：

年月日