protel课设记分器.docx
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protel课设记分器
课程设计任务书
学生姓名：
黄在勇专业班级：
通信1104班
指导教师：
艾青松工作单位：
信息工程学院
题目:
Protel应用课程设计—篮球比赛记分器
初始条件：
（1）可选元件：
74ls192，74ls161，数码管，电阻若干
（2）可用仪器：
示波器，万用表，毫伏表
（3）仿真软件：
Altium Designer
要求完成的主要任务:
利用7段共阳LED作为显示器件,在此设计中共接入了3个7段共阳
LED显示器，用于记录该队的分数， 3个LED显示器显示范围可达到三位数的得分，基本满足赛程需要。
当比赛队得1分时，按下S1键加1分，得2分时按S2键加2分，得3分时按下S3键加3分。
如分数计错可以减分。
时间安排：
（1）第1-3周：
选题及任务安排。
（2）第4-10周：
方案选择及设计。
（3）第11-16周：
仿真及PCB制作。
（4）第17-18周：
撰写报告及答辩。
指导教师签名：
年月日
系主任（或责任教师）签名：
年月日
目录
摘要I
AbstractII
1设计任务与要求1
1.1设计任务1
1.2设计要求1
2方案设计2
2.1原理框图2
2.2实现思路2
3方案实现4
3.1时钟脉冲模块4
3.2脉冲数控制模块5
3.3加减控制及计数模块8
3.4显示模块8
4绘制原理图与PCB9
4.1工具介绍9
4.2绘制原理图10
4.3绘制PCB11
5仿真分析12
6心得体会13
附录I元件清单14
附录II参考文献15
摘要
随着计算机技术的发展,计算机软件在电路设计中的应用来越广泛。
Protel在电子行业的CAD软件中，当之无愧地排在众多EDA软件的前面，它具有原理图设计、印刷电路板（PCB）、设计层次原理图设计、报表制作、电路仿真以及逻辑器件设计等功能，是进行电子设计最有用的软件之一。
几乎所有的电子公司都要用到它。
现在比较常用的是protel99SE，protelDXP和最新高端版本Altium Designer等。
本报告主要是设计一个篮球比赛记分器，并用protel软件画出原理图、并进行PCB原理图仿真。
关键词：
Protel 篮球比赛记分器PCB
Abstract
With the development of computer technology, computer software, circuit design and more widely. Protel in the electronic profession's CAD software, he arranges deservingly at numerous EDA software's front, it has the schematic diagram design, the printed wiring board （PCB）, design level functions and so on schematic diagram design, report form manufacture, circuit simulation as well as logical component design, is carries on the electron to design one of most useful softwares. The nearly all electronic company must use it. What is quite now commonly used is protel 99 SE, protel DXP and newest high-end edition Altium Designer and so on.Thisreportistodesignabasketballgamescoreboardanddrawschematicsusingprotelsoftware,andPCBschematicsimulation.
Keywords：
ProtelbasketballgamescoreboardPCB
1设计任务与要求
1.1设计任务
利用7段共阳LED作为显示器件,在此设计中共接入了3个7段共阳
LED显示器，用于记录该队的分数， 3个LED显示器显示范围可达到三位数的得分，基本满足赛程需要。
当比赛队得1分时，按下S1键加1分，得2分时按S2键加2分，得3分时按下S3键加3分。
如分数计错可以减分。
1.2设计要求
篮球比赛计分显示器的设计
1、电路具有加1分、加2分、加3分功能。
2、电路具有减分功能。
3、显示总分功能，用三位LED显示器，最高可现实999。
4、显示器可清零。
2方案设计
2.1原理框图
首先想到用计数器来实现分数的加减。
因为分数会有10以上，所以用七段译码器进行数字显示时肯定要有个位，十位，百位的进制。
所以想到用三片十进制可逆计数器74LS192组成的加、减分计数器用于总分累加。
用三片四位二进制加法计数器74LS161组成的电路产生1、2、3个脉冲，来控制加1、2、3分的累加计数，其脉冲由555组成脉冲发生器提供。
译码器显示器则用于显示分数。
另外比赛结束还需要加入一个置零开关，通过直接控制74LS192，就能快速置零重新计数。
开关就是相当与给了电路一个脉冲。
由此画出总框图：
置零开关
555脉冲发生器
74ls192组成的累加或减少
74ls161组成的1、2、3脉冲信号
七段显示器显示
1、2、3分的加减开关
图2.1总框图
2.2实现思路
1、时钟脉冲模块：
由555定时器构成多谐振荡器，产生时钟脉冲。
由于对脉冲频率的精确度要求较低，因此只需提供足够高的频率即可。
2、脉冲数控制模块：
由74LS161构成，在按下一分、二分、三分按钮后，可以在最低位分别输出一个、二个以及三个脉冲信号。
3、加减控制模块：
由单刀双掷开关等元件构成，可以控制加分以及减分
4、计数模块：
由74LS192双时钟可逆计数器构成，可以记录74LS161传来的脉冲数。
5、显示模块：
使用三个74LS48芯片与三个共阴极数码管构成，用来显示分数。
3方案实现
根据设计思路，分别对时钟脉冲模块、脉冲数控制模块、加减控制模块、计数模块、显示模块进行设计。
3.1时钟脉冲模块
由555定时器和外加的两个电阻R1、R2和两个电容C1和C2构成的多谐振荡器如图3.1所示。
其中电容C1=0.1μF，C2=0.01μF，电阻R1=R2=4.7K。
此时在电路输出端得到一个周期性的矩形波，其震荡周期为
F=1.43/[（R1+R2）C]（3-1）
带入R1，R1，C=C1的值，求得F=1kHz，即其输出的是频率为1kHz的矩形脉冲信号。
图3.1矩形脉冲发生器
3.2脉冲数控制模块
（1）1分电路
当开关S1闭合时，输出端全为低电平。
此时QB输出低电平，通过非门后，使能端ENT变为高电平，开始计数。
输出端变化为0000—0001—0010，当QB输出为1时，ENT端为低电平，此时计数器保持原有的状态（0010）不变，即停止计数。
断开开关后，清零端置低，数据清零且保持零。
再次闭合开关时，重复上述过程。
在这一过程中，QA端经历了一次由低电平到高电平再到低电平的跳变，产生一个脉冲。
该脉冲传送至74LS192的时钟计数端，即可加（或减）一分。
电路如图3.2所示。
图3.2加减1分电路
（2）2分电路
当开关S2闭合时，输出端全为低电平。
此时QC输出低电平，通过非门后，使能端ENT变为高电平，开始计数。
输出端变化为0000—0001—0010—0011—0100，当QC输出为1时，ENT端为低电平，此时计数器保持原有的状态（0100）不变，即停止计数。
断开开关后，清零端置低，数据清零且保持零。
再次闭合开关时，重复上述过程。
在这一过程中，QA端经历了二次由低电平到高电平再到低电平的跳变，产生两个脉冲。
该脉冲传送至74LS192的时钟计数端，即可加（或减）二分。
电路如图3.3所示。
图3.3加减2分电路
（3）3分电路
当开关S3闭合时，输出端全为低电平。
此时QB和QC同时输出低电平，通过与非门后，使能端ENT变为高电平，开始计数。
输出端变化为0000—0001—0010—0011—0100—0101—0110，当QB和QC同时输出1时，ENT端为低电平，此时计数器保持原有的状态（0110）不变，即停止计数。
断开开关后，清零端置低，数据清零且保持零。
再次闭合开关时，重复上述过程。
在这一过程中，QA端经历了三次由低电平到高电平再到低电平的跳变，产生三个脉冲。
该脉冲传送至74LS192的时钟计数端，即可加（或减）三分。
电路如图3.4所示。
图3.4加减3分电路
3.3加减控制及计数模块
通过单刀双掷开关切换电路控制加法电路和减法电路。
单刀双掷开关S5的动端通过一个三路或非门分别与三个计分电路相连，两个不动端分别和VCC通过两个与或门与控制分数个位的74LS192的UP和DOWN端相连，当开关S5接UP端时为加法部分，将开关S5接DOWN端时为减法部分。
从而控制比赛分数的加减。
开关S4与电源和三片74LS192的CLR端相接，用来控制计数器清零。
当开关S4闭合时，CLR为高电平，分数置零，开始重新计数。
电路如图3.5所示。
图3.5加减控制及计数电路
3.4显示模块
该模块由三个BCD—七段显示译码器74LS48、三个共阴极数码管构成。
译码器74LS48可以将74LS192芯片输出的BCD代码转换为能够被七段数码管识别的代码进而实现对分数的显示。
电路如图3.6所示。
图3.6显示电路
4绘制原理图与PCB
4.1工具介绍
AltiumDesigner是原Protel软件开发商Altium公司推出的一体化的电子产品开发系统，主要运行在WindowsXP操作系统。
这套软件通过把原理图设计、电路仿真、PCB绘制编辑、拓扑逻辑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术的完美融合，为设计者提供了全新的设计解决方案，使设计者可以轻松进行设计，熟练使用这一软件必将使电路设计的质量和效率大大提高。
AltiumDesigner除了全面继承包括Protel99SE、ProtelDXP在内的先前一系列版本的功能和优点外，还增加了许多改进和很多高端功能。
该平台拓宽了板级设计的传统界面，全面集成了FPGA设计功能和SOPC设计实现功能，从而允许工程设计人员能将系统设计中的FPGA与PCB设计及嵌入式设计集成在一起。
由于AltiumDesigner在继承先前Protel软件功能的基础上，综合了FPGA设计和嵌入式系统软件设计功能，AltiumDesigner对计算机的系统需求比先前的版本要高一些。
图4.1设计工具AltiumDesigner
4.2绘制原理图
进入AltiumDesigner后，依次点击工具栏上的File/New/PCBProject，新建一个后缀名为prjPCB的工程文件。
接下来在刚建立的prjPCB的工程文件下点击File/New/Schematic新建一个后缀名为SchDoc的原理图，建立原理图与工程的关联。
加载原理图库文件（如上电路所提到的元件相应所在的库），找出所有元件，并按对应位置进行排列，然后进行连线。
完成后对所绘制的原理图做进一步的调整和修改，以保证原理图的美观与正确。
绘制出的总原理图如图4.2所示。
图4.2总电路图
4.3绘制PCB
绘制出原理图后，执行Project/CompileDocument检查原理图是否有错误，如果提示错误则返回修改原理图。
如果原理图正确，选择design/UpdatePCBDocument然后执行变化。
此时软件自动生成自动排版后的PCB板。
对其进行手动排版后，执行AutoRoute/All命令，再点击RouteAll完成双层PCB板的布线。
最后得到的PCB板如图4.3所示。
图4.3PCB
5仿真分析
由于本次设计的一些功能在AltiumDesigner中无法仿真，因此采用Multisim来进行仿真。
在Multisim中按照上面设计电路原理图画好电路后开始仿真。
通过仿真，电路完全符合要求。
仿真电路如图5.1所示。
图5.1电路仿真
6心得体会
本次课程设计，要求我们在设计电路图的同时还要使用Protel软件画出电路的PCB板。
这与以往的课程设计不同。
印刷电路板是电子线路从理论走向实际的成果，无论是制作实物进行测试还是用仿真软件进行仿真，都是为了检验设计结果，并最终向实际生产方向发展。
AltiumDesigner拥有强大的人机对话功能，能够很好的将设计者的思维转化成能够被批量推广的产品，这一点对于工科专业来说是非常重要的，因为我们现在所学习的一切都是为了将来能够在工作岗位上设计出更多功能强大适合广泛使用的电子产品，这样才能创造更大的价值。
在设计电路图的过程，由于AltiumDesigner元件库中有很多元件都找不到，只好自己进行封装，这极大地考验了对AltiumDesigner的操作，由此也让我熟悉了这一款强大的软件。
此外，通过这次课程设计，我觉得我们通信专业属于变化非常快的领域，电子产品欣欣向荣，产品的淘汰频率很高，虽然有很多领域可以让我们大展拳脚，但同样是一条时刻都面对巨大压力和挑战的道路。
所以只有今天的努力才能换来明天的稳定，珍惜任何一次学习的机会才是最重要也最实在的。
附录I元件清单
元件
型号
数量
电阻
4.7kΩ
2
电阻
10kΩ
2
电容
0.01μF
1
电容
0.1μF
1
十进制可逆计数器
74ls192
3
四位二进制加法计数器
74ls161
3
译码器
74ls48
3
非门
74ls04
2
与非门
74ls00
1
异或门
74ls86
2
555定时器
NE555D
1
七段共阴数码管
DpyRedCC
3
单刀双掷开关
SWSPDT
2
开关
SWSPST
4
附录II参考文献
[1] 康华光.电子技术基础:
数字部分第六版.高等教育出社，北京：
2014
[2] 朱力恒.电子技术仿真实验教程.电子工业出版社，北京：
2003
[3]何宾.AltiumDesigner13.0电路设计、仿真与验证权威指南.清华大学出版社，北京：
2014
[4]胡仁喜、任成才、秦少刚等.AltiumDesigner13标准实例教程.机械工业出版社，北京：
2013
[5]刘可文、吴友宇.数字电子电路与逻辑设计.科学出版社，北京：
2013
本科生课程设计成绩评定表
姓名
黄在勇
性别
男
专业、班级
通信1104班
课程设计题目：
Protel应用课程设计—篮球比赛记分器
课程设计答辩或质疑记录：
1.该设计是如何实现的
用三片十进制可逆计数器74LS192组成的加、减分计数器用于总分累加。
用三片四位二进制加法计数器74LS161组成一、二、三进制计数器，来控制加1、2、3分的累加计数，其脉冲由555组成脉冲发生器提供。
译码器显示器则用于显示分数。
七段译码器进行数字显示时肯定要有个位，十位，百位的进制。
另外比赛结束还需要加入一个置零开关，通过直接控制74LS192，就能快速置零重新计数。
开关就是相当与给了电路一个脉冲。
2.加减分的原理
当开关S1闭合时，输出端全为低电平。
此时QB输出低电平，通过非门后，使能端ENT变为高电平，开始计数。
输出端变化为0000—0001—0010，当QB输出为1时，ENT端为低电平，此时计数器保持原有的状态（0010）不变，即停止计数。
断开开关后，清零端置低，数据清零且保持零。
再次闭合开关时，重复上述过程。
在这一过程中，QA端经历了一次由低电平到高电平再到低电平的跳变，产生一个脉冲。
该脉冲传送至74LS192的时钟计数端，即可加（或减）1分。
2分、3分原理基本相似。
3.如何查看PCB元件的封装
在电路图上双击元件即可。
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
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