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1、.课程设计任务书 学生：专业班级：指导教师：_辛宏卫_ 工作单位：电子科技大学 题 目:365 倒计时电路的设计 初始条件：给定 Protel 99SE 应用软件,集成译码器、数码管、计数器、脉冲发生器等元器件.要求完成的主要任务:1.设计工作量:一月;2.技术要求:(1)要求设计的 365 倒计时器在接通电源后从显示值 365递减，即电路进行减计数运算;(2)利用 Protel 软件完成 365 倒计时器原理图与 PCB 板的绘制，并对相关特性信号进行仿真.时间安排：第 1 周，安排任务,通过上网，看书查询资料 第 2 周，设计图纸，购买元件，准备工具，制作电子版实验报告 第 34 周，上交
2、报告，等待老师答复。通过电脑工具模拟仿真，查错，开始焊接电路板 第 5 周，上交作品，评分 指导教师签名：年 月 日.目 录 摘 要.I Abstract.I 1 电路原理图的设计.I 1.1 单元电路的设计.1 1.1.1 计数部分.1 1.1.2 译码显示部分.3 1.2脉冲设计.4 1.3 总图设计.5 1.3.1 设计电路总图.5 1.3.2 主要原理说明.6 2 PROTEL 原理图绘制.6 2.1 创建文件.6 2.2 原理图的绘制.6 3 PCB 图的制作.7 3.1 导入元器件.7 3.2 元器件的布线.8 4 PROTEL 对设计电路的仿真.8 4.1 新建仿真原理图.8 4
3、.2 仿真分析.9 4.2.1 参数设置.9 4.2.2 仿真波形.10 4.2.3 仿真结果分析.10 5 设计心得体会.11 6 参考文献.12 7 实物图.13 附录:元器件清单.14 .摘 要 Protel 设计系统是世界上第一套将 EDA 环境引入到 Windows 环境中的 EDA 开发工具，是具有强大功能的电子设计 CAD 软件，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。计数器是时序逻辑电路基础知识的实际应用，其应用领域非常广泛，本次实验课设是利用计数器译码显示器等逻辑芯片设计一个简易的
4、365 倒计时器，并利用 Protel 99 SE对其原理图进行绘制，PCB 图制作和仿真.关键字：Protel 设计.计数器.译码显示器.365 倒计时器.原理图绘制.PCB 制作.仿真 英文翻译：Abstract The Protel design system is in the world the first set introduces the EDA environment Windows in the environment the EDA development kit,has the formidable function electron to design the CAD
5、 software,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.Counter is a sequenti
6、al logic circuit based on the practical application of knowledge,and its broad range of applications,this experiment is to use class-based counter 365 countdown to achieve the design and the use of Protel 99 SE to its schematic drawing,PCB production and Simulation Fig.Keywords:Protel design.Counter
7、.Decoder display.365 countdown device.schematic drawing.PCB production.Simulation Fig.365 倒计时器的 Protel 应用设计 1 电路原理图的设计 本电路设计是利用计数器，译码显示器等元器件进行一个从 365 递减的减计数器的设计，以下将对其设计原理思路进行说明。1.1 单元电路的设计 1.1.1 计数部分 计数部分由三集成芯片 74LS160D 构成，74LS160 是可预置的十进制同步计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下所示：（a）引脚排列 (b)逻辑符号 图 1
8、 74LS192 的引脚排列及逻辑符号 图中：TC 为进位输出端，CEP 为计数控制端，Q0Q3 为输出端，CET 为技术控制端，CP 为时钟输入端（上升沿有效），/MR 为异步清除输入端（低电平有效）,/PE 为同步并行置入控制端（低电平有效）。.其功能表如下：说明：H高电平；L低电平；X任意 74LS160 的工作原理是：当等于 0 时进行置数，当=1，MR=0 时，若时钟信号加到 CPD端，且 CPu=1，则计数器在预置数的基础上进行减计数，当计数到 0 时，TCD 发出借位下跳变脉冲，将该端与高位计数器的 CPD 相连，则当低位 TCD 发出借位脉冲时，高位才进行减计数，据此设计出部分
9、电路如下图所示:MR PE CET CEP Action On The Rising Clock Edge()L H H H H X L H H H X X H L X X X H X L RESET(Clear)LOAD(PnQn)COUNT(Interment)NO CHANGE(Hold)NO CHANGE(Hold).图 2 1.1.2 译码显示部分 74LS48 是 BCD 码到七段码的显示译码器，它可以直接驱动共阴极数码管。它的管脚图如图 3 所示 图 3 74LS48 的引脚排列图 74LS48 在使用时要注意以下几点：(a)要求输入数字 015 时“灭灯输入端”BI 必须开路或
10、保持高电平。如果不要灭十进制的 0，则“动态灭灯输入”RBI 必须开路或为高电平。(b)当灭灯输入端 BI 接低电平时，不管其它输入为何种电平，所有各段输出均为低电平。(c)当“动态灭灯输入端”RBI 和、输入为低电平而“灯测试端”LT 为高电平时，所有各段输出均为低电平，并且“动态灭灯输出端”RBO 处于低电平。(d)“灭灯输入/动态灭灯输出端”BI/RBO 开路或保持高电平而“灯测试端”LT 为低电平时，所有各段输出均为高电平 (e)BI/RBO 是线与逻辑，既是“灭灯输入端”BI 又是“动态灭灯输出端”RBO。显示器采用的是数码管显示，译码显示部分的电路图设计如下，.图 4 1.1.3
11、信号控制输入端 信号输入端采用了集成芯片 74LS08J 来实现信号输入的控制，74LS08J 是二输入与非门，其逻辑符号如图 5(b)所示：图 5（a）图 5（b）若一脚接 A 信号，2 脚接 B 信号，则输出为 AB 的反，由此可知若其中一脚接时钟发生信号，则另一脚必须接高电平，时钟脉冲信号才能到达输出端，由此来实现对信号输入的控制，也就能实现计数过程中途暂停的功能。1.2 脉冲设计.使用 NE555 及一定电阻，电容的设计越 1K 赫兹的脉冲，如图 5（a）。1.3 总图设计 1.3.1 设计电路总图 .图 7 1.3.2 主要原理说明 如图 6 所示，（1）接通电源后，加计数端置无效电
12、平，将置数端接向低电平，即接地，则三芯片 74LS160 均为置数状态。因三芯片由高位到低位的输入端分别接的是 0011 0110 0101，则分别置数 3 6 5.（2）再将置数端介入高电平，与非门 2 脚控制时钟信号的输入，接高电平时有效。（3）由低位开始进行减计数运算，通过译码显示器显示数值，每当低位计数器由 9 变为 0，将向高位计数器发出借位信号，即给高位减计数端一触发信号，使其减一。（4）如此下去，则实现由365 递减。2 Protel 原理图绘制 2.1 创建文件 在 Protel 主界面新建的设计文件下建立一个“sch”文件,进入即可绘制原理图.之后的仿真,PCB 文件的建立方
13、式相同.如下图 8 图 8 2.2 原理图的绘制（1）选取原件.点击左边工具栏的 Browse Sch，在元件库中找到所需要的原件，双击后仿真设计图纸中。（2）摆放原件 将原件按照电路要求摆放好，主意要给连线做好准备。（3）元件连线 使用 WiringTools 中的连线工具对电路图中的原件进行连线。要注意该线是否有电气性质。当预拉线的指针移动到元件的引脚或其他电气特性线时，指针的中心将会出现一个黑点，它提示我们在当前状态下单击鼠标左键就会形成一个有效的电气连接。（4）加输入/输出端口 将上述完成后，便会形成如图 5 所示电路图：（5）更改元件属性 用鼠标双击任一个元件都会弹出次元件的属性对话
14、框，其中包括元件样本，元件的封装方式，元件的序号，元件的参数值等。（6）电气规则检查 当整个电路设计完成后，可以进行电气规则检查。主要是检查电路图中是否有电气性质不一致的情况。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。ERC检查报告无错后进行下一步。（7）生产网络表 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。所以必须生成网络表。选取设计菜单下的 create netlist 选项，点击 OK 后生成网点击 OK 后生成网络表.3 PCB 图的制作 在原理图绘制后就进行其 PCB 板设计制作了.3.1 导入
15、元器件（1）创建 PCB 文件。同创建 SCH 文件类似，在设计管理版面中创建一个名为 pcb1.PCB 的文件。（2）定义边框。在设计工作区的版层标签上选择 keepOut layer，选取工具条上的放置铜膜走线，画.一个边框。只要圈住所有器件就行，不用太大。（3）加载网络表 选择设计/加载网络表再在弹出的对话框中按 Browse 按钮，选择 sheet1.NET 文件，点击 OK 再在弹出的对话框中选择 Execute，则原件加载到工作区。3.2 元器件的布线(1)摆放原件 将原件摆放合理，把重叠的元件拖开，将原件标注等摆正。(2)自动布线 .Protel PCB 集成了一个功能强大而品质
16、高超的自动布线程序，能自动地设计出最佳的自动布线策略。选择自动布线菜单中的 All，在弹出的对话框中选 RouteAll便开始自动布线程序，布线完成后在弹出的对话框中选择 OK 便完成了自动布线。自动布线如图 9 图 9 4 Protel 对设计电路的仿真 Protel 99se 提供了对电路许多参数的仿真,这里我仅对其做瞬间分析和傅里叶分析(Transient/Fourier Analysis).4.1 新建仿真原理图 新建仿真原理图如图 10 所示,所用元器件在仿真所用到的元器件库中.图 10 4.2 仿真分析 4.2.1 参数设置 在仿真原理图绘制好后,选择菜单栏中的仿真,将自己需要分析
17、的参数点选中添至Active Signals 中,然后选择 Transient/Fourier Analysis如图 4-2,左侧是瞬态分析的仿真参数区，右侧是傅里叶的仿真参数区。这里只选中瞬态分析。Start Time 是分析开始时间，Stop Time 是分析停止时间，Step Time 是步长时间，Maximum Step 是最大步长。经过反复调试,最终设定参数如下图 11 所示.图 11 4.2.2 仿真波形 运行后波形如图 12 所示 图 12 4.2.3 仿真结果分析 观察仿真出的波形可知,低位计数器在经过 10 个脉冲后触发高位计数器,实现了三位数十进制减计数功能,说明设计思路与
18、设计结果的正确性。.5 设计心得体会 第一次接触到 protel，在老师的指导于自己自学下开始摸索前进。但只是有了最简单最初步的了解。通过本次 Protel 课程设计，自己更加熟悉了该软件的操作，了解了 Protel在电路原理图的绘制和 PCB 板制作上的强大功能。本次课设是制作了 365 倒计时器，在课设过程中，巩固了数字电路方面的理论知识，更深刻地掌握了计数器。通过这次课程设计，我掌握了做课程设计的基本思路和方法，在脑海里形成了基本的设计理念和设计技巧，锻炼了自己的思维能力与动手能力。本次设计实验在原理图仿真这一环节经过反复调试，在和同学的交流和努力下，最终仿真出正确的波形，小有成就感。这
19、也启示自己遇到困难不轻易言弃。本学期进行了金工实习后，锻炼下来的动手能力在最后的焊接电路板上得到了运用，实现了理论与实践的有机结合，是自己的能力得到提高。由于本人水品有限，敬请老师及各位同学批评指正。最后，感在设计中给我帮助的同学与指导我的老师！.6 参考文献【1】江晓安，董秀峰等 数字电子技术（第三版），：电子科技大学【2】王松林，吴大正等 电路基础（第三版），：电子科技大学【3】自美，电子线路设计 实验 测试（第三版），：华中科技大学 2006【4】景波、王劲松、滕敦朋,Protel 2004 电路设计：从基础到实践，：电子工业 2007 【5】瑾、伟、立宝，电路设计与制板 Protel
20、99SE 入门与提高,：人民邮电 2007 【6】伟、颖、晶，电路设计与制板：Protel 99SE 高级应用,：人民邮电 2007 .实物图片.附录:元器件清单 设计原理图元器件 元件名 数量 74LS48D 3 数码管 DCD-HEX 2 数码管 SEVEN-SEG-DISPLAY 1 74LS160D 3 74LS08J 1 74LS20D 1 NE555 1 80K 电阻 1 50K 电阻 1 10u 电容 1 0.01u 电容 1 印刷电路板 仿真原理图元器件 Part Type Designator Footprint+5V V DIP-14 74LS20D U DIP-14 74LS160 U3 DIP-16 74LS160 U1 DIP-16 74LS160 U2 DIP-16 74LS48 U6 DIP-16 74LS48 U5 DIP-16 74LS48 U4 DIP-16 AMBERCC DS3 AMBERCC DS1 AMBERCC DS2 VPULSE V1