Protel应用课程设计说明书数字钟的设计.doc

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1、课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 通信0805 指导教师： 工作单位： 信息工程学院 题 目: 数字钟的设计 初始条件：用计数器，译码器，显示译码器组成数字钟计数电路，用到的芯片有74ls90，74ls48以及与门要求完成的主要任务: 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、单片机等等电路。2. 绘制电路原理图相应的双面印刷版图*.pcb3. 选做：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。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

2、及PCB制作（鉴主13楼计算机实验室）。（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W

3、INDOWS95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。Protel 99 SE 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

4、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。 AbstractPROTEL is PORTEL company launched in the late 80s EDA software, CAD software in the electronics industry, and it dese

5、rvedly came in front of many EDA software is the designer of choice for electronic software, which started early on in the country, in theChinas penetration rate is highest, some colleges and universities set up a special e-professional courses to learn it, and almost all of the electronics companie

6、s have to use it, many large companies in the recruitment of electronic design talent Oclock bar its terms will be written on the Chang requirementswill use PROTEL.Current PROTEL has grown to PROTEL99, is a huge EDA software, fully equipped with more than 200 M, it works in WINDOWS95 environment, is

7、 a complete board-level comprehensive electronics design system, which includes the circuit schematic drawing, analog circuits andmixed-signal simulation of digital circuits, multilayer printed circuit board design (including automatic routing of printed circuit board), programmable logic device des

8、ign, graphics generation, spreadsheets generated to support features such as macro operations, and have Client / Server (Client /server) architecture, but also compatible with a number of other design software, file formats, such as ORCAD, PSPICE, EXCEL, etc., the multi-layer printed circuit boards

9、enables the automatic routing of 100% high-density PCB cloth flux.Protel 99 SE has two major components, each part of a several modules.The first part is part of the circuit design, including: schematic design system, including for the design of the schematic diagram editor Sch, used to modify and b

10、uild the component parts schematic editor.Printed circuit board design system, including for the design of the circuit board PCB and the circuit board editor for modifying, generating component packaging component packaging editor PCBLib.The second part is the circuit simulation and design of progra

11、mmable logic devices, including: circuit simulation system, including a powerful D / A mixed-signal circuit simulator, schematic diagram in a row based on analog signals and digital signal simulation.This design can display hours, minutes, seconds, the number of minutes to know how to use protel.目录摘

12、要IABSTRACTII1 设计任务与要求21.1 设计任务21.2 设计要求22数字钟的原理22.1时间计数电路22.1.1秒计数22.1.2分计数32.1.3时计数32.1.4 74ls90资料42.2译码电路53使用PROTEL制作电原理图63.1新建文件63.2摆放元件63.3连线73.4电气规则检查83.5生成网络表94使用PROTEL制作PCB图114.1创建PCB文件114.2加载网络表114.3元器件布局124.4 自动布线134.5调整145使用PROTEL进行电路仿真设计166元器件材料清单207 总结218参考文献22 数字钟的设计 1 设计任务与要求1.1 设计任务设计

13、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 74LS

14、90 串 起 来 构 成 “ 秒 ” 、 “ 分 ” 计 数 器 。2.1.1秒计数秒个位计数单元为进制计数器，将QA与CPB相连形成十进制计数。CPA与Z秒输入信号相连，D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 ，Q B = Q C 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

15、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D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

16、 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 Q C 和 “ 时 ” 十 位 计 数 器 的 B 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2.1.4 74ls90资料74LS90计数器是一种中规模二一五进制计数

17、器，管脚引线如图，功能表 表1 7490功能表复位输入输出R1 R2 S1 S2QDQC QB QAH H L H H L H HX L LL L L L L L L L L LL L L LH L L H计 数计 数计 数计 数 图3 74ls90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74L

18、S90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000101，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：QAR1、QDR2，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

19、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 8421 BCD 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 (YaYe) 是高 电 平 有 效 。 图4 74ls48引脚图 表2 74ls48真值表 3使用protel制作电原理图3.1新建文件选择new design 和new doc

20、ument，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Browse SCH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Protel 99 SE子目录，在该目录中选择LibrarySCH路径，在元件库列表中选择所需的元件库，比如Miscellaneous devices ddb，TI Databook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

21、面上 图6 添加元件库3.3连线利用Protel 99 SE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Protel 99 SE 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Too

22、ls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Create Netlist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（PCB Documen

23、t）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Placement Tools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/Load Nets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

24、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Protel 99 SE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/Auto Placement/Auto Placer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

25、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Auto Routing/All，弹出如下窗口，并在弹出的窗口中单击Route all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

26、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top layer(红线)、bottom layer(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17 pcb图 图18 pcb顶层 图19 Pcb底层5使用protel进行电路仿真设

27、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，

28、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

29、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/Bill of Material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Protel 99 SE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

30、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Protel 99 SE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.2000.11Protel99 高级应用.赵品编著.人民邮电出版社.2000.11Protel 99 SE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：数字钟的设计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?答：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？答：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