《Protel应用》课程设计说明书-数字钟的设计.doc

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1、武汉理工大学Protel 应用课程设计说明书 课程设计任务书课程设计任务书 学生姓名：学生姓名： 专业班级：专业班级： 通信通信 08050805 指导教师：指导教师： 工作单位：工作单位： 信息工程学院信息工程学院 题题 目目: : 数字钟的设计数字钟的设计 初始条件：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*.pcb 3.选做：对

2、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：时间安排： （1 1）第）第 1-31-3 周：选题及任务安排。周：选题及任务安排。 （2 2）第）第 4-104-10 周：方案选择及设计。周：方案选择及设计。 （3 3）第）第 11-1611-16 周：仿真及周：仿真及 PCBPCB 制作（鉴主制作（鉴主 1313 楼计算机实验室）楼计算机实验室） 。 （4 4）第）第 17-1817-18 周：撰写报告及答辩。周：撰写报告及答辩。 指导教师签名：指导教师签名： 20102010 年年 3 3 月月 1 1 日日 系主任（或责任教师）签名：系主

3、任（或责任教师）签名： 年年 月月 日日 武汉理工大学Protel 应用课程设计说明书 摘要摘要 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 WINDOW

4、S95 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，

5、用于修改 和生成原理图元件的元件编辑器。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。 武汉理工大学Protel 应用课程设计说明书 I Abstract PROTEL is PORTEL company launched in the late 80s EDA software, CAD so

6、ftware in the electronics industry, and it deservedly 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

7、 it, and almost all of the electronics companies 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 th

8、an 200 M, it works in WINDOWS95 environment, is 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 printe

9、d circuit board), programmable logic device design, 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

10、, etc., the multi-layer printed circuit boards 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 sc

11、hematic diagram editor Sch, used to modify and build 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 par

12、t is the circuit simulation and design of programmable 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

13、 number of minutes to know how to use protel. 武汉理工大学Protel 应用课程设计说明书 0 目录 摘要摘要.I ABSTRACT .II 1 设计任务与要求设计任务与要求2 1.1 设计任务2 1.2 设计要求2 2 数字钟的原理数字钟的原理.2 2.1 时间计数电路2 2.1.1 秒计数 .2 2.1.2 分计数 .3 2.1.3 时计数 .3 2.1.4 74ls90 资料 .4 2.2 译码电路.5 3 使用使用 PROTEL 制作电原理图制作电原理图.6 3.1 新建文件.6 3.2 摆放元件.6 3.3 连线7 3.4 电气规则检查8

14、 3.5 生成网络表.9 4 使用使用 PROTEL 制作制作 PCB 图图 11 4.1 创建 PCB 文件11 4.2 加载网络表.11 4.3 元器件布局.12 4.4 自动布线13 4.5 调整14 5 使用使用 PROTEL 进行电路仿真设计进行电路仿真设计16 6 元器件材料清单元器件材料清单.20 7 总结总结21 8 参考文献参考文献22 武汉理工大学Protel 应用课程设计说明书 1 数字钟的设计数字钟的设计 1 设计任务与要求设计任务与要求 1.1 设计任务设计任务 设计一个数字钟，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 设计要求设计要求 1.

15、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 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 74LS90 串 起 来 构 成 “ 秒 ”

16、、 “ 分 ” 计 数 器 。 2.1.1 秒计数秒计数 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。 武汉理工大学Protel 应用课程设计说明书 2 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

17、成 六 十 进 制 计 数 功 能 ， 同 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 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 2. .1 1. .3 3时计数时计数 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

18、号 ， 进 行 “ 时 ” 的 计 数 。当 第 二 十 四 个 来 自 “ 分 ” 计 数 器 的 进 位 信 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 武汉理工大学Protel 应用课程设计说明书 3 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

19、) ， 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 资料资料 74LS90计数器是一种中规模二一五进制计数器，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 QA H H L H H L H H X L L L L L L L L L L L L L L L L H L L H 计 数 计 数 计 数 计 数 图3 74ls90引脚图 武汉理工大学Protel 应用课程设计说明书 4 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

20、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74LS90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（8

21、421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 译码电路译码电路 4 线 7 段 译 码 器 驱 动 器 ， 输 人 端 A3

22、、 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 。 武汉理工大学Protel 应用课程设计说明书 5 图4 74ls48引脚图 表2 74ls48真值表 3 3 使用使用 protelprotel 制作电原理图制作电原理图 3.1 新建文件新建文件 选择 new design 和 new document，在弹出的对话框中选择 Sch 格式 图 5 新建文件 武汉理工大学Protel 应用课程设计说明书 6 3.2 摆放元件摆放

23、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面上 图 6 添加元件

24、库 3.3 连线连线 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 武汉理工大学Protel 应用课程设计说明书 7 装就是 DIP14 或 DIP16 图 7 电路总原理图 3.4 电气规则检查电气规则检查 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 武汉理工大学Protel 应用课程设计说明书 8 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

25、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 Tools 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。 武汉理工大学Protel 应用课程设计说明书 9 所以必须生成网络表。 选取 Design 设

26、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 武汉理工大学Protel 应用课程设计说明书 10 图 11 网络表文件 4 使用使用 protel 制作制作 PCB 图图 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 Document）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 Too

27、ls 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。 武汉理工大学Protel 应用课程设计说明书 11 图 13 加载网络表 4.3 元器件布局元器件布局

28、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

29、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。 武汉理工大学Protel 应用课程设计说明书 12 图 14 元件布局 4.4 自动布线自动布线 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 武汉理工大学Protel 应用课程设计说明书 13 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

30、布线不满意，可在工具下拉菜单上选“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 武汉理工大学Protel 应用课程设计说明书 14 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

31、意的导线改到满意为止。 图 17 pcb 图 武汉理工大学Protel 应用课程设计说明书 15 图 18 pcb 顶层 图 19 Pcb 底层 5 使用使用 protel 进行电路仿真设计进行电路仿真设计 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 武汉理工大学Protel 应用课程设计说明书 16 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

32、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 武汉理工大学Protel 应用课程设计说明书 17 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，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

33、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 武汉理工大学Protel 应用课程设计说明书 18 武汉理工大学Protel 应用课程设计说明书 19 图 21 信号源波形 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 武汉理工大学

34、Protel 应用课程设计说明书 20 6 元器件材料清单元器件材料清单 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 武汉理工大学Protel 应用课程设计说明书 21 7 总结总结 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

35、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。 武汉理工大学Protel 应用课程设计说明书 22 8 参考文献参考文献 Protel99 入门与提高.赵品编著.人民邮电出版社.2000.11 Protel99 高级应用.赵品编著.人民邮电出版社.2000.11 Protel 99 SE 电路

36、设计与仿真应用 武汉理工大学Protel 应用课程设计说明书 23 本科生课程设计成绩评定表本科生课程设计成绩评定表 姓姓 名名性性 别别男 专业、班级专业、班级通信 0805 班 课程设计题目：课程设计题目：数字钟的设计 课程设计答辩或质疑记录：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：成绩评定依据： 最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定） 指导教师指导教师签字：签字： 年年 月月 日日