1、摘要數(shù)字鐘山譯碼及顯示電路單元，時間計數(shù)電路， 單元校時電路單元， 振蕩電路單 元組成。該系統(tǒng)工作原理是：振蕩器產(chǎn)生的穩(wěn)定高頻脈沖信號，為數(shù)字鐘的時間基準，在經(jīng)過分頻器輸出標準秒脈沖。譯碼驅(qū)動及顯示單元選擇74ls48作為顯示譯碼，選擇l e d數(shù)碼管作為顯示單元電路。時間計數(shù)單元分為時，分，秒的計數(shù)單元，基本都是采用74ls90芯片 實現(xiàn)的。校時電路單元是先截斷正常的訃數(shù)通路，然后再進行人工出觸發(fā)計數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號加到需要校正的計數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉入正常計時狀態(tài)即可。振蕩器是數(shù)字鐘的核心，振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘訃時的準確程度，本電路選用由555構成的多諧

2、振蕩器，設其振蕩頻率為1khz,能很好的實現(xiàn)時鐘功能。用protel制作完原理圖后，導入產(chǎn)生pcb板，然后運用multism軟件進行仿真，一個簡單的仿真模型就展現(xiàn)在眼前了。關鍵詞 :protel x數(shù)字鐘、仿真、mult ism 目錄引言1 1. 數(shù)字鐘電路設計1 1.1數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的組成框圖1 1. 2譯碼驅(qū)動及顯示單元2 1.3時間計數(shù)單元34校時電路62調(diào)試及制作215振蕩電路6整點報時電路7總體電路原理圖設計11 1建立工程文件、原理圖文件 , 設置編輯環(huán)境11 2元件擺放布局、繪制原理圖11 3電路圖的檢查12 4生成材料清單和建立網(wǎng)絡表13 protel pcb印制板電路14 1

3、創(chuàng)建pcb板14 2加載網(wǎng)絡表14 3布局與布線15 4 3d圖展示效果18 利用mult ism軟件對該電路仿真18 1仿真18 1. 1. 1. 1. 2. 2. 2. 2. 2. 3. 3. 3. 3. 3. 4. 4.4. 5.心得體會21參考文獻23 引言protel99se是澳大利亞protel technology公司推出的一個全32位的電路板設計軟計。該軟件功能強大，人機界面友好，易學易用，使用該軟件的設計者可以容易地設訃出電路原理圖和畫出軟件設訃電路版面。而且山于其高度的集成性和擴展性，一經(jīng)推出，立即為廣大用戶所接受，很快就成為世界pc平臺上最流行的電子設計自動化軟降，并成為

4、新一代電氣原理圖工業(yè)標準。protel99se主要有兩大部分組成，每一部分各有兒個模塊。笫一部分是電路設計部分，主要有：原理圖設計系統(tǒng)，包括用于設訃原理圖的原理圖編輯器sch, 用于修改和生成原理圖元件的元件編輯器，以及各種報表的生成器schlibo印刷 電路板設計系統(tǒng)，包括用于設訃電路板的電路板編輯器pcb以及用于修改，生成元件封裝的元件封裝編輯器pcblibo第二部分是電路仿真與可編程邏輯器件設計，主要有：電路仿真系統(tǒng)，包括一個功能強大的數(shù) / 模混合信號電路仿真器，能在原理圖基礎上進行連續(xù)的模擬信號和數(shù)字信號仿真。可編程邏輯器件設訃，包括一個文本編輯器，用于編譯和仿真設訃結果的pcd設訃

5、以及觀察仿真結果的波形。在protel99se的電路設計的學習過程中，基本概念的理解和掌握是重中之重，只有這樣，設計思路才能清晰，設計才能規(guī)范。本設計以能顯示時，分，秒的數(shù)字鐘為例來介紹protel99se的使用方法。1. 數(shù)字鐘電路設計1.1數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的組成框圖該系統(tǒng)匸作原理是：振蕩器產(chǎn)生的穩(wěn)定高頻脈沖信號，為數(shù)字鐘的時間基準，在經(jīng)過分頻器輸出標準秒脈沖。秒計數(shù)器訃滿60后向頻計數(shù)器進位，分計數(shù)器計滿60后向時計數(shù)器進位 , 小時計數(shù)器按照“12翻1”的規(guī)律計數(shù)。 計數(shù)器的 輸岀經(jīng)過譯碼器送顯示器。計時出現(xiàn)誤差時可以用校正電路進行校時、分、秒。校時電路回s 振蕩器分頻器圖1.1多功能數(shù)字

6、鐘系統(tǒng)組成框圖主體電路是有功能電路部件或單元電路組成的。在設汁時選用了相同的元器件，以避免不匹配。下面介紹各功能部件與單元電路的設計。數(shù)字鐘實際上是一個對標準頻率（1hz）進行計數(shù)的計數(shù)電路。在其進位計數(shù)的基本功能上，同時標準的1hz時間信號必須做到準確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構成數(shù)字鐘。數(shù)字鐘的結構組成：1）譯碼及顯示電路單元2）時間計 ?數(shù)電路單元3）校時電路單元4）振蕩電路單元1. 2譯碼驅(qū)動及顯示單元選擇74ls48作為顯示譯碼電路如圖2. 2所示；選擇l e d數(shù)碼管作為顯示單元電路。由74ls48把輸進來的二進制信號翻譯成十進制數(shù)字，再山數(shù)碼管顯示出來。這里的led數(shù)碼管是

7、采用共陰的方法連接的。在lt二rbi二1的條件下，及使能輸入bi/bro二1時，鎖存器不工作，譯碼器的輸出隨輸入碼的變化而變化。而七段數(shù)字顯示器共陰極，輸入高電平有效，發(fā)光二極管導通發(fā)亮圖1? 2 譯碼電路1? 3時間計數(shù)單元1）秒與分的個位與十位的連線電路圖1.3秒的個位與十位連線電路計數(shù)器芯片74ls90的r01和r02是清零端，當兩端都為1時，將清零，r91 和r92是置“9”端。清零時r91和r92中至少有一個端為0,不使置1以保證清 零可靠進行。 當給計數(shù)器的秒個位cp0端施加脈沖信號時，開始訃數(shù)，輸出端qa ?qd將結果輸出給譯碼器。當秒個位輸出結果是1010時，一方面將qb, q

8、d的低電平通過與非門后的結果1再通過非門后的結果0輸送給秒十位的計數(shù)器cp0端，實現(xiàn)進位，并驅(qū)動秒十位計數(shù)器工作。另一方面qb,qd的高電平接到ro1和r02上， 使秒個位自動清零。由此，達到秒個位清零，并同時向十位進位的目的。同理于秒十位，當其輸出端結果為0110時，其qb, qc的結果接到ro1和r02上，使秒自動清零，分個位進位。此時數(shù)碼顯示器的秒個位的數(shù)字從0變化到9,十進制狀態(tài)；秒十位在個位的進位下從0變化到5,六進制狀態(tài)。2）分的進位方法同秒一樣。具體圖如下:圖1? 4分的連線電路3）時個位是十進制，而十位是三進制，所以當個位的輸出端結果分別是1010,個位向十位進位，同時當十位為

9、0010,個位為0100時，十位的qb端結果輸給ro1,同時也輸給個位的r02,個位的qc端結果輸給r01,同時輸給十位r02,兩者同時作用 , 使數(shù)字到達24時而清零 , 實現(xiàn)24小時的功能。圖1.5時的連線電路1.4校時電路當重新接通電源或走時出現(xiàn)誤差時都需要對時間進行校正。通常，校正時間的方法是：首先截斷正常的計數(shù)通路，然后再進行人工出觸發(fā)計數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號加到需要校正的計數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉入正常計時狀態(tài)即可。圖1.6校時控制電路根據(jù)要求，數(shù)字鐘應具有分校正和時校正功能，因此，應截斷分個位和時個位的直接計數(shù)通路，并采用正常訃時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。

10、圖5所示該校時控制電路能實現(xiàn)對時部分的校時工作，當按space時，開關乂端閉合信號源直接給時的計數(shù)器脈沖信號。這樣，小時數(shù)自動上升，實現(xiàn)校時功能。圖1.7校分控制電路1.5振蕩電路振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘汁時的準確程度。 通常選用石英晶體振蕩器電路。一般來說，振蕩器的頻率越高，技術 精度越好。常取晶振的頻率為32768h乙 有15級2分頻集成電路，輸出端正好可以得到1hz的標準脈沖。我們還可以采用用集成邏輯門與r、c組成的時鐘源振蕩器或用用集成電路定時器555與r、c組成的多諧振蕩器。這里選用iii 555構成的 多諧振蕩器，設其振蕩頻率為1khz,電路如

11、圖所示。仿真時為了方便未設計555, 而是以信號發(fā)生器代替。同樣能夠?qū)崿F(xiàn)時鐘功能。圖1. 8 555振蕩器1.6整點報時電路整點報時是數(shù)字鐘最基本的功能之一，即當數(shù)字鐘顯示整點時，應能報時。要求當數(shù)字鐘的“分”和“秒”計數(shù)器計到59分50秒（數(shù)字鐘電路要求在離整點差10秒）時，驅(qū)動音響電路，在每隔1秒音響電路鳴叫一次，每次叫聲的持續(xù)時間為1秒，10秒鐘內(nèi)自動發(fā)出五聲鳴叫， 前四次為低音500hz,最后一聲為高音1000hz,即 前四聲低，最后一聲高”，正好報整點。因此整點報時電路主要由控制門電路和音響電路兩部分組成，圖2. 9所示為整點報時電路的原理圖。但山于整點報時的功能不能再仿真圖里面實現(xiàn)

12、，而必須做出實物才可以實現(xiàn)，所以總體圖中沒有加入此電路，但如果連上此電路既可實現(xiàn)整點報時的功能，各設計方案也是通過參考文獻研究出來的。圖1.9整點報時電路1.7總體電路此電路由芯片數(shù)碼顯示器7seg、譯碼器74ls248,計數(shù)器74ls290 （依次從 上而下），兩個校正電路（分別能單獨地對分和時校時），函數(shù)信號發(fā)生器（產(chǎn)生1hz信號），2個與非門，4個與門，2個非門，2個異或門。由于時間緊迫，沒有把整點報時電路加入原理圖中，但是具體設計步驟已經(jīng)給出。元件清單：6個數(shù)碼顯示器6個74ls48譯碼器6個74ls90計數(shù)器2個74ls00與非門芯片1個74ls04非門芯片1個74ls02異或門芯片

13、46個500歐姆的電阻圖1. 10總體圖2. 原理圖設計2. 1建立工程文件、原理圖文件，設置編輯環(huán)境（1）建立工程文件及原理圖文件。圖2. 1創(chuàng)建文件(2)設置編輯環(huán)境。圖2? 2 design/option菜單顯示的sheet 2. 2元件擺放布局、繪制原理圖首先添加庫文件umiscellaneous devices, ddb v和uprotel dos schematic, libraries, ddb到protel庫中。單擊add按鈕，即可把元件庫增加到元件庫管理器中。但要注意在仿真時我們要選sim元件庫，根據(jù)電路的需要，到元件庫中找出所需要的元件，然后用元件管理器中的place按鈕將

14、元件放置在工作平面上。通過space, x和y三種鍵來改變元件放置位置，其中space是讓元件做90度旋轉，x是使元件左右對調(diào)，y則是上下對調(diào)，再根據(jù)元件之間的走線把元件調(diào)整好。添加元件庫完成后，并分別對元件編號和輸入相應的封裝號。強調(diào)：選擇菜單【place】/ 【power port,進入放置電源端口狀態(tài)。按tab鍵進入其屬性對話框，電源端口類型分為：circle, arrow, bar, wave, power ground, signal ground, earth 7種類型。 元件布局結束后， 就可以對器件間的管腳進行電氣連接。選擇菜單 【place/wireless,連接完畢后，如不

15、滿意可以對其進行編輯和調(diào)整， 利用protel 99 se所提供的各種強大的功能對原理圖進一步調(diào)整和修改以保證其美觀，最終畫出電路圖。封裝。圖2. 3元件封裝2.3電路圖的檢查原理圖繪制完成之后，還需要對原理圖進行編譯并對其連接進行檢查，檢查無誤后才能進入pcb班的設計階段，系統(tǒng)會按照用戶的設置及問題的嚴重性，分別 以“error ”（錯誤）或“warning”（警告）等信息來提醒用戶。選擇【tools】/ 【erc】菜單，保留默認設置，單擊“0k”，進行電氣規(guī)則設計檢查。檢查后會生成與電路圖同名、后綴為“erc ”的文件。至此原理圖設計完成。圖2? 4 erc檢查2. 4生成材料清單和建立網(wǎng)

16、絡表網(wǎng)絡表是電路原理圖設計和印刷電路板設計之間的橋梁，是pcb中自動布線的靈魂所以必須生成網(wǎng)絡表。網(wǎng)絡表提供了電路的元件清單以及元件之間的互聯(lián)關系。圖2. 5部分網(wǎng)絡表網(wǎng)絡表文件包含兩種內(nèi)容：一對方括號之間表示一個元件的屬性，有序號、封裝好和參數(shù)； 一對圓括號之間是通過一個點的連接線，包括從哪個點出發(fā)， 接到 哪里。至此，我們的.sch原理圖就基本完成了。3. protel pcb印制板電路電路設計的最終口的是為了設計出電子產(chǎn)品，而電子產(chǎn)品的物理結構是通過印刷電路板來實現(xiàn)的。protel 99se為設計者提供了一個完整的電路板設計環(huán)境，使電路設計更加方便有效。應用protel 99se設計印刷

17、電路板過程如下：3. 1創(chuàng)建pcb板執(zhí)行菜單f ile/new命令，彈出如下對話框，從框中選擇pcb設計服務器圖標，雙擊該圖標，建立pcb設計文檔。雙擊文檔圖標，進入pcb設計服務器界面，此界面同sch設計主界面，但增加了板層標簽，用來在設計時快速地選擇板層。板層就是電路文件中可分層顯示的電路板結構圖，不同類板層有不同的專用意義。下面再介紹一些與pcb相關的名詞。板框：就是規(guī)范自動放置和自動布線功能的合法區(qū)域，在此規(guī)定的區(qū)域內(nèi)放置元件和布線。飛線：常稱之為與拉線，是引入網(wǎng)絡表后，布線之前，系統(tǒng)根據(jù)網(wǎng)絡關系生成的一種虛擬的線，只表示一種連接關系。銅膜走線：簡稱導線，是實際存在的，用來連接各個焊點

18、，是印刷電路板較重要的部分，印刷電路板的設訃都是靠導線來進行的。焊點：用來放置焊錫、連接導線和零件的引腳。導孔：連接不同板層間的導線孔。3.2加載網(wǎng)絡表在設計工作區(qū)的板層標簽上選擇keepoutlayer,這是一個在閉合框內(nèi)支持自動布線的層，然后選擇工具條placement tools 的0 按鈕，畫邊框，邊框按系統(tǒng)設定的顏色是紫色。此時畫出只是一個粗略的邊框，雖然沒必要太精確，但不能太大。帶到布線完成后，再來畫精確的邊框。執(zhí)行菜單design/load nets命令，然后再彈出的創(chuàng)建偶中單擊browse按 鈕，彈出的窗口，選擇電路原理設計生成的網(wǎng)絡表文件sheet1.net,若有錯誤，必須更

19、改。出現(xiàn)兩種錯誤 :footprint not available（封裝元件遺漏）、node not found（引腳遺漏）。在加載的時候，應該注意改正錯誤，得到正確的網(wǎng)絡表。圖3. 1正確的網(wǎng)絡表3. 3布局與布線protel 99 se是其可以進行自動布局也可以手工布局，執(zhí)行菜單命令tools/auto place/auto placer可以進行自動布局。布局是布線關鍵性的一步, 為使布局更加合理，多數(shù)人采用自動布局方式。先把重疊的元件拖開，用鼠標左鍵點鐘任何重疊元件時，將彈出小的對話框，表示當前點鐘的地方重疊了兒個元件，當移動鼠標到相應字體上，字全變藍, 單擊鼠標左鍵，便可獲得一個元件，

20、然后再將其拖走。根據(jù)電路的功能及元件大小，適當擺放元件。protel 99 se采用世界最先進的無網(wǎng)格、基于形狀的對角線自動布線技術。執(zhí)行才按命令aut routing/all,彈出如下窗口，并在彈出窗口中單擊route all 圖3? 2布線按鈕，程序及對印刷電路板進行自動布線。只要設置有關參數(shù)，元件布局合理，自動布線的成功率兒乎100%。自動布線完成后，將彈出如下布線信息對話框圖3.3自動布線它指出了布線的相關信息，如布了多少根線，還有兒根沒布完，布線所用時間等。點擊0k,則布線完成。若對布線不滿意，可在工具下拉菜單上選撤銷布線，回復飛線狀態(tài)后可重新布線。邊框的修改一定要在keepoutl

21、ayer來修改，自動布線結束后，可能存在一些不滿意的地方，可以手工調(diào)整，吧電路板設計的盡善盡美。首先，刪除不理想的布線，點擊edit/delete選項，光標變成十字光標，做剪輯點要刪除的導線即可刪除。刪除導線后 ,焊點間以飛線連接，然后選取不同的層如top layer （紅線），bottom layer （藍線），選擇s 來畫得先之間連接的導線，注意同一層內(nèi)的導線不能交義，知道將不滿意的改滿意。布線完成后適當改變元件位置，使他美觀，山于圖的線很多，所以手動布線也不美觀，所以未手動布線。得到下圖，山于元件很多比較亂，希望老師諒解。圖3? 4 pcb圖將設訃工作區(qū)的板層標簽上有keepoutlay

22、er轉至toplayer,再選擇工具欄的a按鈕，將會彈出如下對話框，如圖在connect to net中選擇gnd,點擊圖3? 5鋪地最終得到了山原理圖到印刷電路板的設汁3.4 3d圖展示效果圖3? 6 pcb 3d視圖4.利用mult ism軟件對該電路仿真4.1仿真由于protel的仿真效果欠佳，所以采用multisim仿真，結果顯示比較明了環(huán)境：multisim軟件使用multisim軟件，從該軟件上找到所需的芯片及元器件，由秒向時部分依次進行設計并逐步仿真，從而發(fā)現(xiàn)問題能及時解決。multism軟件原理圖基本和protel 一樣，所以很快就繪制好了點擊上圖綠色開始按鈕即可出現(xiàn)下圖的仿真

23、圖4. 1 3s時的仿真圖約5分鐘后的仿真結果如下圖圖4. 2 約5分鐘后的仿真圖4.2調(diào)試及制作山于時間問題，制作實物就沒有進行了，希望老師能夠理解5.心得體會通過這次對數(shù)字電子鐘的設計作，讓我了解了電路設計的基本步驟，也讓我了解了關于數(shù)字鐘的原理與設計理念，在這次設計過程中，我也對word, protel 等軟件有了更進一步的了解，這使我在以后的工作中更加得心應手。我沉得做課程設計同時也是對課本知識的鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課間的學習并不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設計過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認

24、識。平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完課程設計，那些問題就迎刃而解to而且還可以記住很多東西。在這學期實習時接觸過protel,而這次是要靠自己去摸索，在完成課程設計的過程中，遇到了很多的困難。例如：在制作印刷電路板時，最經(jīng)常出現(xiàn)問題的是元件封裝號，如果元件的封裝號不正確，就無法從網(wǎng)絡表載入到pcb界面，一些常用器件的封裝號很容易查到，但是有些不常用的器件就很難找到，經(jīng)常在網(wǎng)上白度，翻看了很多的網(wǎng)站才能找到，甚至還找不到的。但也恰是如此，讓自己在不知不覺中學到了一些知識。并且由于對protel仿真不怎么熟悉，并自學了multism 軟件進行仿真，效果也是非常好的。通過這次學習和應用，我感受頗深。在繪制原理圖時，還是比較順利的，相關的器件能在元件