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1、电子线路CAD课程设计报告数码管显示器的设计 专业：电子信息科学与技术 班级：2013级2班 姓名：李荣琳 学号：201301051220 指导老师：宋戈 电子通信与物理学院日期：2016 年1 月6 日指导教师评语目 录第一章 绪论2第二章 设计内容32.1设计目的32.2设计任务3第三章 原理图设计43.1 总体电路原理框图43.2 各功能模块的设计43.2.1振荡回路43.2.2 计数和数据选择回路53.2.3 译码显示回路83.3 总体电路原理图10第四章 PCB板图设计114.1 布线与布局114.2 本设计PCB板图12第五章 总结13第1章 绪论 Altium Designer是
2、Altium公司于2004年推出的电路设计软件版本，该软件能实现从概念设计，顶层设计直到输出生产数据以及这之间的所有分析验证和设计数据的管理。当前比较流行的Protel 98、Protel 99 SE和ProtelDXP，就是它的前期版本。本设计主要用到的软件时Protel DXP2015，Protel DXP是第一个将所有设计工具集于一身的板级设计系统，电子设计者从最初的项目模块规划到最终形成生产数据都可以按照自己的设计方式实现。Protel DXP运行在优化的设计浏览器平台上，并且具备当今所有先进的设计特点，能够处理各种复杂的PCB设计过程。通过设计输入仿真、PCB绘制编辑、拓扑自动布线、
3、信号完整性分析和设计输出等技术融合，Protel DXP提供了全面的设计解决方案。 本次设计就是要用Protel DXP软件，画出一个完整的原理图，并且生成仿真印刷电路板，提高自己的动手能力。第二章 设计内容2.1设计目的本次课程设计的主要目的是从整体上对Protel DXP有更深入、全面的了解，并对印刷电路板的整体设计有一个更为清晰的认识，进一步熟悉运用Protel DXP设计印刷电路板的全过程。同时也对之前所学的内容进行巩固，熟悉掌握原理图的绘制，网格表文件的生成，以及PCB的设计知识，包括印刷电路板设计时的系统参数设置，PCB的规划，网格表文件的加载，元器件的布局，电路板的布线以及最后的
4、调整和敷铜。2.2设计任务 （1）、设计电路，使数码管能自动依次显示出数字 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9（自然数列），1、3、5、7、9(奇数列)， 0、2、4、6、8（偶数列），0、1、2、3、4、5、6、7、0、1(音乐符号序列)；然后再从头循环；（2） 、打开电源自动复位，从自然数列开始显示。2.3设计要求（1） 、按照老师的要求，熟悉实验原理，在Protel DXP软件中，完成对数码管显示电路的设计。（2） 用DXP软件画出原理图，并仿真出印刷电路板，熟悉电路板的加工工艺。（3） 、印刷电路板布线时应该排列居中并且紧凑，大小适中，互相干扰的元器件不能放在一起，尽量使用较宽的线
5、，尤其是电源线和地线。第3章 原理图设计3.1 总体电路原理框图图1 总体电路原理框图3.2 各功能模块的设计 电路共分为振荡电路，计数和数据选择回路，译码显示回路三个部分。3.2.1振荡回路 555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成器件，它性能优良，适用范围很广，外部加接少量的阻容元件可以很方便地组成单稳态触发器和多谐振荡器，以及不需外接元件就可组成施密特触发器。因此集成555定时被广泛应用于脉冲波形的产生与变换、测量与控制等方面。图2的脉冲回路就是由555定时器构成的多谐振荡电路。电源接通时，555的OUT脚输出高电平，同时电源通过R1R2向电容c1充电，当c1上的电压到达5
6、55集成电路TRI脚的阀值电压（2/3电源电压）时，555的DIS脚把电容里的电放掉，OUT脚由高电平变成低电平。当电容的电压降到1/3电源电压时，OUT脚又变为高电平，同时电源再次经R8R9向电容充电。这样周而复始，形成振荡。脉冲宽度计算公式：Tw 0.7(R1+RW+R2)C震荡周期计算公式：T 0.7(R1+RW+2R2)C经计算得，R8约为289，R9约为578。图2 振荡电路部分 其中1脚为CON脚，2脚为TRI脚，3脚为OUT脚，4脚为VCC脚，5脚为RST脚，6脚为THR脚，7脚为DIS脚。3.2.2 计数和数据选择回路计数电路是由74LS160和74LS161两个计数器组成。7
7、4LS160用来产生09的十进制数作为74LS153数据选择器的输入，74LS161作为二进制的计数器，低两位输出作为数据选择器的地址选择，循环产生00,01,10,11进而控制了74LS153数据选择器的输出，使数码管按照要求产生循环数列。把第一个74LS153的1C1置1（产生奇数），把第一个74LS153的1C2置0（产生偶数），把第二个74LS153的2C3置0（产生音乐符号序列），通过改变外部的输出，我们可以得到想要的序列。图3 计数和数据选择回路74LS160是十进制计数器，只能记十个数，从0000-1001（0-9）。到9之后再来时钟就回到0。CLK是时钟，RCO是输出，MR是复
8、位，低电频有效，LOAD是置数信号，当它为低电平时，在时钟作用下，读入D0到D3。正常工作时ENP和ENT接1。D0到D3是置数端，Q0到Q3是输出端。图4为74LS160的引脚图，表1是74LS160的真值表图4 74LS160引脚图表2 74LS160真值表从74LS160真值表中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=ET=“1
9、”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO=Q0Q1Q2Q3CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。 74LS153的引脚图见下图6。1G、2G为两个独立的使能端；B、A为公用的地址输入端；1C01C3和2C02C3分别为两个4选1数据选择器的数据输入端；Y1、Y2 为两个输出端。 当使能端1G（2G）1时，多路开关被禁止，无输出，Y0。 当使能端1G（2G）0时，多路开关正常工作，根据地址码B、A的状态，将相应的数据C0C3送到输出端Y。如：B A00则选择CO数据到输出端，即YC0
10、。B A01则选择C1数据到输出端，即YC1，其余类推。图5 74LS153引脚图表2 74LS153真值表3.2.3 译码显示回路图6 译码显示回路本电路采用的数码管是八段共阴极数码管，DP脚接地，其他引脚用74LS48译码器进行驱动，电路正常工作后就会产生要求的数列。计数器用来产生十进制计数，其输出信号加到译码输入端，经译码后可以在输出端产生所需的控制信号。本电路计数器译码器采用74LS48，译码驱动电路如图。它们分别为可预置4位二进制同步可逆计数器和八选一数据选择器。电路的工作原理是不规则时钟脉冲信号加到计数器74LS160的计数向上引脚，计数器自然忘序递增计数，其输出端Qd，Qc，Qa
11、，Qb按自然忘序递增到1000时，由于清除和Qd相连接当Qd为1时计数器清零然后又重复递增计数，不断循环进行。而计数器的输出端Qc，Qa，Qb接到74LS153的输入端，在Qc，Qa，Qb的作用下它们的每一种组合方式对应于输出端的一个引脚状态。在任意时刻只有一个端口为高电平其余端口均为低电平。而且这种变化同样是按照自然递增的顺序循环执行。根据这种结果，可以把每一路输出用以控制半导体数码管从而可以达到循环显示数字的目的。7448七段显示译码器输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。该集成显示译码器设有多个辅助控制端，以增强器件的功能。3.3 总体电路原理图图7 总体电路原理图第4章 PCB板图设计
12、4.1 布线与布局原理图设计好以后，新建一个PCB并保存，然后单击Design/Update PCB Documents生成新的PCB。生成的PCB见图8。图8 PCB布线前图接着对元器件进行布局和布线，要求要紧凑整齐，互相干扰的元器件要保持距离，布完线要对电源线和地线进行加粗处理。图9 PCB布线后图4.2 本设计PCB板图再对PCB板图进行最后的处理，并且放置走线，敷铜，最后完成的见PCB板图见图10。to图10 完成的PCB板图第5章 总结 通过这次课程设计，我想我对于电子线路CAD这一门课程有了更深入、全面的了解，并对印刷电路板的整体设计有一个更为清晰的认识，更熟悉了Protel DX
13、P设计印刷电路板的全过程，同时也对之前所学的内容进行巩固。不过在设计过程中也是遇到了很多的问题，比如元器件的封装问题，一开始库不全的时候有些元器件比如74LS系列的都找不到，更别说封装了，当库的功能越来越大的时候元器件的问题就解决了，如果实在有些器件找不到也可以自己画。还有就是布线，是非常麻烦的事情，我的这个图并不是很复杂，但是也遇到了一些麻烦，比如电源线和地线，在没加粗之前布线时正确的，但加粗以后线就出错了，是因为线距离焊盘太近，这时可以调整线的位置，或者调整规则，8mil是比较合适的距离。总而言之问题最后都得到了解决，通过这一次的设计，我感觉也提高了自己的思考能力和解决问题的能力，以后应该再多多动手。