多功能数字钟的设计之欧阳物创编.docx
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多功能数字钟的设计之欧阳物创编
《Protel应用》课程设计任务书
时间：
2021.02.07
命题人：
欧阳物
学生姓名：
专业班级：
指导教师：
黄铮工作单位：
信息工程学院
题目：
多功能数字钟的设计
主要目的就是对学生进行基础课程、基本技能、基本动手能力的强化训练，提高学生的基础理论知识、基本动手能力，提高人才培养的基本素质。
一、训练内容和要求
1、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。
2、绘制相应电路原理图的双面印刷版图*.pcb。
对电路原理图进行仿真，给出仿真结果（如波形*.sdf、数据）并说明是否达到设计意图。
3、基本动手能力和知识应用能力强化训练
1）学习PROTEL软件；
2）绘制电路的原理图和PCB版图，要求图纸绘制清晰、布线合理、符合绘图规范；
4、查阅至少5篇参考文献，按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写基础强化训练报告书，全文用A4纸打印。
二、初始条件
模电数电基本知识；计算机；MULTISIM软件；PROTEL软件
时间安排：
6.13：
理论设计
6.14～6.17：
安装调试仿真
6.18～6.19：
撰写报告
6.20：
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
Protel99SE是当今最流行的电子电路计算机辅助设计软件之一，Protel99SE由两大部分组成：
电路原理图设计和多层印刷电路板设计。
其中电路原理图设计由两部分组成：
电路图编辑器和元件库编辑器。
这一部分的主要功能是：
绘制、修改和编辑电路原理图；更新和修改电路图零件库；查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。
而第二部分印刷电路板设计包括印刷电路板编辑器（简称PCB编辑器）、零件封装编辑器（简称PCBLib编辑器）和电路板组件管理器。
本系统的主要功能是：
绘制、修改和编辑电路板；更新和修改零件封装；管理电路板组件。
还有自动布线包含一个基于形状的无栅格自动布线器，用于印刷电路板的自动布线，以实我们此次实训就是利用它进行电路原理图的绘制及封装，印制电路板的设计等。
本次课程设计实现了数字时钟的仿真，使其准确计时，以数字形式显示时，分，秒的时间，并具有校验功能。
同时，还成功实现了其PCB制图。
关键词：
Protel99SEPCB数字时钟
Abstract
PROTEL99SEisthemostpopularelectroniccircuitcomputeraideddesignsoftware,oneofthetwomostProtel99SEofthecircuitprinciplediagramdesignandmulti-layerprintedcircuitboarddesign.Oneofthecircuitprinciplediagramdesignbytwogroupinto:
acircuitdiagrameditoranddatabaseeditor.Thispartofthemainfunctionisto:
draft,modifyandeditorofthecircuitprinciplediagram;Updatedandmodifydiagrampartslibrary;Toviewandeditthecircuitdiagramandpartslibraryvariousreports.Andthesecondpartofprintedcircuitboarddesignincludingprintedcircuitboardeditor（hereinafterreferredtoasthePCBeditor）,partsencapsulationeditor（hereinafterreferredtoasPCBLibeditor）andcircuitboardcomponentmanager.Thesystem'smainfunctioncanbe:
draft,modifyandeditPCB;Updatedandmodifypartspackaging;Managementcircuitboardcomponents.Andtobeautomaticwiringcontainsabasedontheshapeofthegridisnoautomaticwiring,usedinprintedcircuitboardofautomaticwiring,withrealwethetrainingistouseitforthecircuitprinciplechartdrawingandassembly,printedcircuitboarddesign,etc.
Keywords:
PROTEI99SEPCBdigitalclock
多功能数字钟的设计
1设计要求
本次设计要求：
（1）准确计时，以数字形式显示时，分，秒的时间。
（2）小时电路“二十四翻一”，分电路和秒电路“六十翻一”。
（3）校正时间。
2方案设计及实现
2.1时间脉冲产生电路
2.1.1振荡器的设计
振荡器是数字钟的核心。
振荡器的稳定度及频率的精确度决定了数字钟计时的准确程度。
选择由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器作为时间标准信号源。
图2.1.1NE555与RC组成的多谐振荡器
参数确定：
555定时器的脉冲时间是由于RC充放电确定的。
根据三要素公式：
公式一
充电过程的方程式：
充电时间为：
放电过程的方程式：
公式二
放电时间为：
总时间为：
频率为：
首先确定C1=0.1uf，R2=5.1K，需要输出频率f=1KHZ，将充放电时间算出，确定电阻R1。
通过确定R1=4.1K.
仿真验证：
图2.1.2NE555仿真结果
2.1.2分频器的设计
分频器的工作目的主要有两个：
第一，产生标准的秒脉冲。
第二，是提供电路工作所需要的信号，比如校时电路中用到的10HZ，就是为了校时方便而设计。
选择计数器作为分频器，计数器有很多元件可以选择，但是要合理充分的利用，选择3片中规模集成计数器74LS90可以完成上诉功能，74LS90是二—五—十进制计数器。
因为555定时器产生1KHZ的信号，第一片的Q3输出100HZ，第二片的Q3输出10HZ，第三片输出1HZ。
经过3次1/10分频后正好是1HZ，为标准的秒输入脉冲。
电路如图：
图2.1.3分频电路
2.2时分秒计数器的设计
2.2.1分、秒计数部分设计
分和秒一样，都采用60进制计数，本设计选用74LS90作为计数器。
设计电路图如下图。
当分（秒）计数部分的个位接受秒计数部分的信号（秒计数接受的信号为振荡器经分频后输出的1HZ的标准脉冲），计数满60后向时计数部分的十位给出一个进位信号。
分（秒）十位计数部分接受个位的进位信号并进行计数，计满6就想前一级给出进位信号。
当十位和个位计满60个数后计数器清零。
计数规律是从00——59——00。
图2.2.1分、秒计数部分电路设计
2.2.2时计数部分设计
时间计数设计为24进制计数，有多种计数器可供选择，本设计仍选74LS90作为计数器。
设计电路图下图。
当时计数部分的个位接受分计数部分的信号，计数满10后向时计数部分的十位给出一个进位信号。
时十位计数部分接受个位的进位信号并进行计数，当十位和个位计满24个数后计数器清零。
计数规律是从00——23——00。
图2.2.2时计数部分电路
2.3显示电路的设计
显示部分有数码管和BCD数码管译码器74LS48组成。
根据74LS48的特性设计如下图所示电路。
Q0-Q3接受计数器输出的数据，按照数码管显示规律译码出可直接输入数码管的数据，将时间实时显示出来。
图2.3数码管显示电路
2.4校时电路的设计
当数字钟接通电源或者计时出现错误时，需要校正时间，校时是数字钟应具备的基本功能。
一般的电子手表都具有时、分、秒等校时功能。
为了电路简单，我们只对时和分进行校时。
校时电路要求在小时校正时不影响分和秒的正常计数，在分校时时不影响秒和小时的计数。
时校时电路和分校时电路都是一致的，校时脉冲信号为10HZ脉冲，这样速度正好适中，适合校时。
图2.4.1校时电路
但是，由与非门构成的组合逻辑电路，在开关S闭合和打开的时候容易发生抖动，从而使校时出现错误，对于这中情况要采取去抖的措施，接上电容就可以，但是为了让去抖更有效，加上了由与非门组成的RS触发器。
由此可以保证电路不会有抖动现象。
改进图如下图：
图2.4.2改进的校时电路
2.5总体设计电路图
图2.5.1总体电路图
2.6仿真验证
1、计时中的电路，即将清零。
图2.6.1计时中的电路
2.开关断开，电路以10HZ的频率进行校准
图2.6.2校准中的电路
3Protel的运用
3.1创建项目
点击File创建一个新的项目，在DesignStorageType选项中选择默认值，在Databasefilename后添加项目的名称“MyDsign.ddb”并保存，进入画面如图所示：
图3.1.1创建项目窗口图
再点击File菜单下的new，出现画面如图所示：
图3.1.2创建项目选择图
再选择SchematicDocument来创建一个电原理图设计文件Sheet1.sch,双击进入原理图设计主页面。
3.2摆放元件
移动元件：
用鼠标左键点中元件，并按住不放，然后移动元件；
旋转元件：
就是改变元件的放置方向。
用鼠标左键点中元件后，按住不放，此时可用以下功能键，就可以实现元件的旋转：
；
Space键：
让元件作90°的旋转；
X键：
元件左右对调；
Y键：
元件上下对换
3.3绘制原理图
绘制原理图如下：
图3.3计数时钟电原理图
3.4更改元件属性
用鼠标双击任何一个元件都会弹出此元件的属性对话框。
更改元件属性要注意元器件的封装号及Footprint；设置元件的序号；设置元件的有效数值。
在这里电阻的Footprint中填入AXIAL0.4
电容的Footprint为RAD0.1
集成芯片的Footprint为DIP16
七段数码管的Footprint为SIP7
与非门的Footprint为DIP4
滑动变阻器的Footprint为VR1
3.5电气规则检查
电气规则检查主要是检查电路图中是否有电气特性不一致的情况，电气规则检查依据问题的严重性分别以错误或警告信息来提示用户。
如图所示：
图3.5.1电气检查窗口图
如没有错误则出现画面如图所示：
图3.5.2电气检查结果图
3.6生成网络表
网络表非常重要，它是PCB中自动布线的灵魂，也是原理图设计软件SCH与印刷电路板软件PCB之间的接口。
所以必须生产网络表。
选取设计菜单下的creatnetlist选项则弹出对话框如图所示：
图3.6.1生产网络表窗口图
生成结果如图所示：
图3.6.2生产网络表结果图
4PCB（印刷电路板）制作
4.1创建PCB文件
在设计管理版面中点击“MyDisign.ddb”然后点击file菜单下新建……项，在弹出对话框中选择PCBDocument。
4.2制作PCB
4.2.1制作边框
在设计工作区的板层标签选择KeepOutlayer，然后画边框，如图4-2所示：
图4.2.1制作边框选择图
4.2.2加载网络表
选择设计-加载网络表在弹出对话框中按Browse按钮，选择sheet1.NET文件，如发现错误则反悔原理图修改直到没有错误，如图所示：
图4.2.2加载网络表窗口图
4.2.3摆放元件
先要把重叠的元件拖开，再根据电路的功能及元件大小进行排布并放在先前画好的框格中。
4.2.4自动布线
ProtelPCB内集成了一个功能强大的自动布线程序，能自动设计出最佳的自动布线策略，选中AutoRouteAll选项，再在弹出的对话框中选择Routeall.
布线结果如下：
图4.2.4布线效果图
5小结与体会
在这次课程设计中，我完整设计出了所需要的电路，经过画图我对protel更加的了解。
本来对protel不甚了解的我，在查阅资料和同学帮助下，对protel有了较深的理解。
至此已经接近尾声，一周的时间虽然很短暂，但在这一个星期的基础强化训练设计过程中收获颇丰。
设计的核心内容就是运用所学的《模拟电子技术基础》和《数字电子技术基础》以及protrel软件和相关知识设计了一个抗干扰定时器。
因为基础强化训练设计本身要求将以前所学的理论知识运用到实际的电路设计当中去，在电路的设计过程中，无形中便加深了对模拟电路，数字电路的了解及运用能力，对课本以及以前学过的知识有了一个更好的总结与理解；以前的数电实验只是针对基础知识的演练，而此次强化训练对我们的总体电路的设计的要求更严格，需要通过翻阅复习以前学过的知识确立了实验总体设计方案，然后逐步细化进行各模块的设计；其次，在电路仿真的过程中总会出现一些问题，需要我们细心解决，所以这一周下来，我对protel的利用有了提高；再次，通过此次基础强化训练，我对设计所用到的软件有了更加深刻地了解，这对我们以后的工作和学习的帮助都很有用处。
这次基础强化训练，锻炼了我们的动手能力。
通过这次基础强化训练让我明白了理论和实际操作之间差距，而且也让我很明确得意识到自己在数模电上还有很多的知识漏洞，以后应该多钻研一下。
为了做好这次的课程设计，我查阅了大量资料，并在各个网站上搜索与此有关的知识，这个过程使我受益匪浅，了解到了自主探究学习的很多方法。
我觉得这个是最重要的，对于今后任何一个领域或者某一方面的学习研究中都是大有益处的。
6参考文献
【1】.《Protel99入门与提高》，赵品编著，人民邮电出版社2000年
【2】.《Protel99高级应用》，赵品编著，人民邮电出版社2000年
【3】.《Protel99SE&DXP电路设计教程》，王庆主编，电子工业出版社2004年
【4】.《电子线路设计-实验-测试》第三版，谢自美主编，华中电子科技出版社2006年
【5】.《电子技术动手实践》，崔瑞雪，北京航空航天大学出版社 2007年
本科生课程设计成绩评定表
姓名
性别
专业、班级
课程设计题目：
课程设计答辩或质疑记录：
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：
时间：
2021.02.07
命题人：
欧阳物
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