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1、数字电子技术课程设计数字钟的设计一、设计指标：1.显示时、分、秒。2.可以24小时制或12小时制。3.具有校时功能，可以对小时和分单独校时，对分校时的时候，停止分向小时进位。校时时钟源可以手动输入或借用电路中的时钟。4.具有正点报时功能。5.为了保证计时准确、稳定，由晶体振荡器提供标准时间的基准信号。二、设计要求：1.画出总体设计框图，以说明数字钟由哪些相对独立的功能模块组成，标出各个模块之间互相联系，时钟信号传输路径、方向和频率变化。并以文字对原理作辅助说明。2.设计各个功能模块的电路图，加上原理说明。3.选择合适的元器件，在面包上接线验证、调试各个功能模块的电路，在接线验证时设计、选择合适
2、的输入信号和输出方式，在充分电路正确性同时，输入信号和输出方式要便于电路的测试和故障排除。4.在验证各个功能模块基础上，对整个电路的元器件和布线，进行合理布局，进行整个数字钟电路的接线调试。三、制作要求：自行装配、接线和调试，并能检查和发现问题，根据原理、现象和测量的数据分析问题所在，加以解决。学生要解决的问题包括元器件和面包板故障引起的问题。四、实训原理1、1Hz标准信号脉冲的产生：可先用32768hz的时钟石英晶体振荡器产生32768Hz的标准时钟信号，外加14分频电路cd4060，产生2Hz信号脉冲，再加一个二分频电路，可产生1Hz标准时钟信号。如下图：2、计数器电路：用74ls390可
3、实现60进制、24进制，完成秒、分钟、小时计数功能。如下图（60进制）：3、显示译码电路：74ls390是二进制计数，要想把此数在数码管上显示出来必须要用cd4511译码器，如下图（60进制计数显示）：4、按键控制电路：有时候需要用按键调整时、分，可以用双稳态RS触发器实现。如下图：5、分校正、时校正电路：一个完整的时钟必须要有分钟、小时调整电路，这样才能准确反映当地的时间，如下图：6、整点报警功能：可用一个单稳电路实现，一到整点，就产生一短脉冲，驱动蜂鸣器报警！如下图：五、实训过程 1. 第一天熟悉设计题目，自己设计方案并画出电路图（用protel99软件工具）。 1）、启动Protel 9
4、9 SE，在D盘建立名为Protel的文件夹，在Protel的文件夹中建立名为student.ddb设计数据库文件，新建原理图文件，命名为数字电子时钟.sch。 设置图纸大小为A4，水平放置。 2）、打开数字电子时钟.sch，仿照附件中提供的数字电子时钟原理图，自己画出原理图。电路中所有的元器件都可在Miscellaneous Devices.ddb、Protel DOS Schematic Libraries.ddb这两个元器件数据库中找。 在元件库中找不到的元件可以自己建立元件库，应用即可！3)、画完电路后，要按照图中元件参数逐个设置元件属性，元件要自动编号，并进行电气规则检查。对于每个元
5、器件都要有自己的封装形式: A. 电阻原理图中常用的名称为RES1-RES4；引脚封装形式：AXIAL系列 从AXIAL-0.3到AXIAL-1.0，后缀数字代表两焊盘的间距，单位为Kmil.B. 电容原理图中常用的名称为CAP（无极性电容）、ELECTRO（有极性电容）；引脚封装形式：无极性电容为RAD-0.1到RAD-0.4，有极性电容为RB.2/.4到RB.5/1.0.C. 电位器原理图中常用的名称为POT1和POT2；引脚封装形式：VR-1到VR-5.D. 二极管原理图中常用的名称为DIODE（普通二极管）、DIODE SCHOTTKY（肖特基二极管）DUIDE TUNNEL（隧道二极
6、管）DIODE VARCTOR（变容二极管）ZENER13（稳压二极管）引脚封装形式：DIODE0.4和DIODE 0.7;E. 三极管原理图中常用的名称为NPN，NPN1和PNP，PNP1；引脚封装形式TO18、TO92A（普通三极管）TO220H（大功率三极管）TO3（大功率达林顿管）F. 场效应管原理图中常用的名称为JFET N（N沟道结型场效应管），JFET P（P沟道结型场效应管）MOSFET N（N沟道增强型管）MOSFET P（P沟道增强型管）引脚封装形式与三极管同。G. 整流桥原理图中常用的名称为BRIDGE1和BRIDGE2，引脚封装形式为D系列，如D-44，D-37，D-4
7、6等。H. 单排多针插座原理图中常用的名称为CON系列，从CON1到CON60，引脚封装形式为SIP系列，从SIP-2到SIP-20。I. 双列直插元件原理图中常用的名称为根据功能的不同而不同，引脚封装形式DIP系列。J. 串并口类原理图中常用的名称为DB系列，引脚封装形式为DB和MD4）、最后形成该电路的网络表.为设计电路板做准备.方法：design/create netlist即可生成自己的网络表、2. 第二天根据仿真好的电路图，画出印刷电路板图。用PROTEL99制作印刷电路版的基本流程，先新建一个自己的pcb文件。1）、电路版设计的先期工作利用原理图设计工具绘制原理图，并且生成对应的网
8、络表。当然，有些特殊情况下，如电路版比较简单，已经有了网络表等情况下也可以不进行原理图的设计，直接进入PCB设计系统，在PCB设计系统中，可以直接取用零件封装，人工生成网络表。2）、画出自己定义的非标准器件的封装库建议将自己所画的器件都放入一个自己建立的PCB 库专用设计文件。3）、设置PCB设计环境和绘制印刷电路的版框a、进入PCB系统后的第一步就是设置PCB设计环境，包括设置格点大小和类型，光标类型，版层参数，布线参数等等。大多数参数都可以用系统默认值，而且这些参数经过设置之后，符合个人的习惯，以后无须再去修改。b、规划电路版，主要是确定电路版的边框，包括电路版的尺寸大小等等。进入pcb文
9、件，单击工具栏上如下图所示，在编辑区任意单击一下，然后单击，按下ctrl+end组合键，使光标于设定的新起点重合，就可画出想要的pcb板范围。注意：在绘制电路版地边框前，一定要将当前层设置成Keep Out层，即禁止布线层。4）、打开所有要用到的PCB 库文件后，调入网络表文件和修改零件封装常用pcb库文件：general ic.lib、miscellaneous.lib、pcb footprints.lib步骤：进入pcb文件，执行design/load nets这一步是非常重要的一个环节，网络表是PCB自动布线的灵魂，也是原理图设计与印象电路版设计的接口，只有将网络表装入后，才能进行电路版
10、的布线。在原理图设计的过程中，ERC检查不会涉及到零件的封装问题。因此，原理图设计时，零件的封装可能被遗忘，在引进网络表时可以根据设计情况来修改或补充零件的封装。 5）、布置零件封装的位置，也称零件布局Protel99可以进行自动布局,也可以进行手动布局。如果进行自动布局，运行Tools下面的Auto Place,不满意，可手动调整。注意：零件布局，应当从机械结构散热、电磁干扰、将来布线的方便性等方面综合考虑。先布置与机械尺寸有关的器件，并锁定这些器件，然后是大的占位置的器件和电路的核心元件，再是外围的小元件。6）、自动布线和手工调整a、点击菜单命令Auto Route/Setup 对自动布线
11、功能进行设置选中除了Add Testpoints 以外的所有项，特别是选中其中的Lock All Pre-Route 选项，Routing Grid 可选1mil 等。自动布线开始前PROTEL 会给你一个推荐值可不去理它或改为它的推荐值，此值越小板越容易100%布通，但布线难度和所花时间越大。b、点击菜单命令Auto Route/All 开始自动布线假如不能完全布通则可手工继续完成或UNDO 一次（千万不要用撤消全部布线功能，它会删除所有的预布线和自由焊盘、过孔）后调整一下布局或布线规则，再重新布线。完成后做一次DRC，有错则改正。布局和布线过程中，若发现原理图有错则应及时更新原理图和网络表
12、，手工更改网络表（同第一步），并重装网络表后再布。c、对布线进行手工初步调整需加粗的地线、电源线、功率输出线等加粗，某几根绕得太多的线重布一下，消除部分不必要的过孔，再次用VIEW3D 功能察看实际效果。手工调整中可选Tools-Density Map 查看布线密度，红色为最密，黄色次之，绿色为较松，看完后可按键盘上的End 键刷新屏幕。红色部分一般应将走线调整得松一些，直到变成黄色或绿色。7）、对所有过孔和焊盘补泪滴补泪滴可增加它们的牢度，但会使板上的线变得较难看。顺序按下键盘的S 和A 键（全选），再选择Tools-Teardrops，选中General 栏的前三个，并选Add 和Trac
13、k 模式，如果你不需要把最终文件转为PROTEL 的DOS 版格式文件的话也可用其它模式，后按OK 钮。完成后顺序按下键盘的X 和A 键（全部不选中）。对于贴片和单面板一定要加。8）、放置覆铜区选Place-Polygon Plane 在各布线层放置地线网络的覆铜3. 第三、天，装配已有的电路板 1）、分别认识自己拿到的电路板和元器件2）、焊接晶体振荡器的时候要断电焊接3）、不要直接焊接IC集成芯片，要焊接IC芯片座，焊接完毕后，把芯片插上即可。4）、把数码管，小按键插接到元件面的背面即焊接面。5）、焊接三机管的时候注e、b、c三极顺序从左向右依次是e、b、c 6）、焊接蜂鸣器的时候要注意，蜂
14、鸣器的正负极，蜂鸣器的标签上有，注意观察。7）、焊接要仔细，不要出现虚焊、断路等现象！4. 第四天，调试装好的数字电子钟，并包装好，写出实验报告！ 1）、调试的时候要分模块调试：信号源、计数器、译码器等。 2）、调试的时候要借助示波器、万用表等工具，养成独立查找问题、解决问题的能力 3）、调试通过，加盖包装，让指导老师验收！ 4）、写出实训报告！六、设计报告内容要求1.目的。2.设计指标。3.画出设计的原理框图，并要求说明该框图的工作过程及每个模块的功能。4.元器件清单。5.设计制作的进程，考虑时钟及控制信号的关系、测试、验证的顺序，写出自己的工作进程。6.画出各功能模块的电路图，加上原理说明
15、（如2、5进制到10进制转换，10进制到6进制转换的原理，个位到十位的进位信号选择和变换等）。7.画出总布局接线图（集成块按实际布局位置画，关键的连接单独应画出，计数器到译码器的数据线、译码器到数码管的数据线可以简化画法，但集成块的引脚须按实际位置画，并注明名称。）8.描述设计制作的数字钟的运行结果和操作。9.总结。设计过程中遇到的问题及解决办法课程设计过程体会对课程设计内容、方式、要求等各方面的建议。七、实验仪器、工具：1. 5V电源。2.四连面包板1块。3.示波器2个（每班）4.万用表5个（每班）。5.镊子1把。6.剪刀1把。八、实验器件Used 元器件型号 元器件序号 元器件封装= =
16、= =1 1K R6 AXIAL0.31 1UF C5 RB.2/.46 10M R1 R2 R3 AXIAL0.3 R4 R7 R82 30P C3 C4 RAD0.11 32.768MHZ Y1 XTAL11 47K R5 AXIAL0.31 51 R9 AXIAL0.32 74ALS00 U20 U21 DIP-141 74ALS74 U3 DIP-141 74HC51 U22 DIP-142 74LS00 U14 U15 DIP-141 74LS08 U13 DIP-141 74LS32 U16 DIP-143 74LS390 U4 U5 U6 DIP-161 104 C6 RAD0.11 555 U17 DIP-81 4060 U2 DIP-166 4511 U7 U8 U9 DIP-16 U10 U11 U121 9013 Q1 TO-92A1 BUZZER U18 BUZ1 分校正 S5 SW1 复位 S3 SW1 开始计时 S2 SW1 时校正 S4 SW1 暂停 S1 SW九、部分集成块引脚图集成块引脚图十、硬件电路图总图