數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計－數(shù)字鐘的設(shè)計

1、數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計數(shù)字鐘的設(shè)計一、設(shè)計指標(biāo)：1.顯示時、分、秒。2.可以24小時制或12小時制。3.具有校時功能，可以對小時和分單獨校時，對分校時的時候，停止分向小時進(jìn)位。校時時鐘源可以手動輸入或借用電路中的時鐘。4.具有正點報時功能。5.為了保證計時準(zhǔn)確、穩(wěn)定，由晶體振蕩器提供標(biāo)準(zhǔn)時間的基準(zhǔn)信號。二、設(shè)計要求：1.畫出總體設(shè)計框圖，以說明數(shù)字鐘由哪些相對獨立的功能模塊組成，標(biāo)出各個模塊之間互相聯(lián)系，時鐘信號傳輸路徑、方向和頻率變化。并以文字對原理作輔助說明。2.設(shè)計各個功能模塊的電路圖，加上原理說明。3.選擇合適的元器件，在面包上接線驗證、調(diào)試各個功能模塊的電路，在接線驗證時設(shè)計、選擇合適

2、的輸入信號和輸出方式，在充分電路正確性同時，輸入信號和輸出方式要便于電路的測試和故障排除。4.在驗證各個功能模塊基礎(chǔ)上，對整個電路的元器件和布線，進(jìn)行合理布局，進(jìn)行整個數(shù)字鐘電路的接線調(diào)試。三、制作要求：自行裝配、接線和調(diào)試，并能檢查和發(fā)現(xiàn)問題，根據(jù)原理、現(xiàn)象和測量的數(shù)據(jù)分析問題所在，加以解決。學(xué)生要解決的問題包括元器件和面包板故障引起的問題。四、實訓(xùn)原理1、1hz標(biāo)準(zhǔn)信號脈沖的產(chǎn)生：可先用32768hz的時鐘石英晶體振蕩器產(chǎn)生32768hz的標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號，外加14分頻電路cd4060，產(chǎn)生2hz信號脈沖，再加一個二分頻電路，可產(chǎn)生1hz標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號。如下圖：2、計數(shù)器電路：用74ls390可

3、實現(xiàn)60進(jìn)制、24進(jìn)制，完成秒、分鐘、小時計數(shù)功能。如下圖（60進(jìn)制）：3、顯示譯碼電路：74ls390是二進(jìn)制計數(shù)，要想把此數(shù)在數(shù)碼管上顯示出來必須要用cd4511譯碼器，如下圖（60進(jìn)制計數(shù)顯示）：4、按鍵控制電路：有時候需要用按鍵調(diào)整時、分，可以用雙穩(wěn)態(tài)rs觸發(fā)器實現(xiàn)。如下圖：5、分校正、時校正電路：一個完整的時鐘必須要有分鐘、小時調(diào)整電路，這樣才能準(zhǔn)確反映當(dāng)?shù)氐臅r間，如下圖：6、整點報警功能：可用一個單穩(wěn)電路實現(xiàn)，一到整點，就產(chǎn)生一短脈沖，驅(qū)動蜂鳴器報警！如下圖：五、實訓(xùn)過程 1. 第一天熟悉設(shè)計題目，自己設(shè)計方案并畫出電路圖（用protel99軟件工具）。 1）、啟動protel 9

4、9 se，在d盤建立名為protel的文件夾，在protel的文件夾中建立名為student.ddb設(shè)計數(shù)據(jù)庫文件，新建原理圖文件，命名為數(shù)字電子時鐘.sch。 設(shè)置圖紙大小為a4，水平放置。 2）、打開數(shù)字電子時鐘.sch，仿照附件中提供的數(shù)字電子時鐘原理圖，自己畫出原理圖。電路中所有的元器件都可在miscellaneous devices.ddb、protel dos schematic libraries.ddb這兩個元器件數(shù)據(jù)庫中找。 在元件庫中找不到的元件可以自己建立元件庫，應(yīng)用即可！3)、畫完電路后，要按照圖中元件參數(shù)逐個設(shè)置元件屬性，元件要自動編號，并進(jìn)行電氣規(guī)則檢查。對于每個元

5、器件都要有自己的封裝形式: a. 電阻原理圖中常用的名稱為res1-res4；引腳封裝形式：axial系列 從axial-0.3到axial-1.0，后綴數(shù)字代表兩焊盤的間距，單位為kmil.b. 電容原理圖中常用的名稱為cap（無極性電容）、electro（有極性電容）；引腳封裝形式：無極性電容為rad-0.1到rad-0.4，有極性電容為rb.2/.4到rb.5/1.0.c. 電位器原理圖中常用的名稱為pot1和pot2；引腳封裝形式：vr-1到vr-5.d. 二極管原理圖中常用的名稱為diode（普通二極管）、diode schottky（肖特基二極管）duide tunnel（隧道二極

6、管）diode varctor（變?nèi)荻O管）zener13（穩(wěn)壓二極管）引腳封裝形式：diode0.4和diode 0.7;e. 三極管原理圖中常用的名稱為npn，npn1和pnp，pnp1；引腳封裝形式to18、to92a（普通三極管）to220h（大功率三極管）to3（大功率達(dá)林頓管）f. 場效應(yīng)管原理圖中常用的名稱為jfet n（n溝道結(jié)型場效應(yīng)管），jfet p（p溝道結(jié)型場效應(yīng)管）mosfet n（n溝道增強(qiáng)型管）mosfet p（p溝道增強(qiáng)型管）引腳封裝形式與三極管同。g. 整流橋原理圖中常用的名稱為bridge1和bridge2，引腳封裝形式為d系列，如d-44，d-37，d-4

7、6等。h. 單排多針插座原理圖中常用的名稱為con系列，從con1到con60，引腳封裝形式為sip系列，從sip-2到sip-20。i. 雙列直插元件原理圖中常用的名稱為根據(jù)功能的不同而不同，引腳封裝形式dip系列。j. 串并口類原理圖中常用的名稱為db系列，引腳封裝形式為db和md4）、最后形成該電路的網(wǎng)絡(luò)表.為設(shè)計電路板做準(zhǔn)備.方法：design/create netlist即可生成自己的網(wǎng)絡(luò)表、2. 第二天根據(jù)仿真好的電路圖，畫出印刷電路板圖。用protel99制作印刷電路版的基本流程，先新建一個自己的pcb文件。1）、電路版設(shè)計的先期工作利用原理圖設(shè)計工具繪制原理圖，并且生成對應(yīng)的網(wǎng)

8、絡(luò)表。當(dāng)然，有些特殊情況下，如電路版比較簡單，已經(jīng)有了網(wǎng)絡(luò)表等情況下也可以不進(jìn)行原理圖的設(shè)計，直接進(jìn)入pcb設(shè)計系統(tǒng)，在pcb設(shè)計系統(tǒng)中，可以直接取用零件封裝，人工生成網(wǎng)絡(luò)表。2）、畫出自己定義的非標(biāo)準(zhǔn)器件的封裝庫建議將自己所畫的器件都放入一個自己建立的pcb 庫專用設(shè)計文件。3）、設(shè)置pcb設(shè)計環(huán)境和繪制印刷電路的版框a、進(jìn)入pcb系統(tǒng)后的第一步就是設(shè)置pcb設(shè)計環(huán)境，包括設(shè)置格點大小和類型，光標(biāo)類型，版層參數(shù)，布線參數(shù)等等。大多數(shù)參數(shù)都可以用系統(tǒng)默認(rèn)值，而且這些參數(shù)經(jīng)過設(shè)置之后，符合個人的習(xí)慣，以后無須再去修改。b、規(guī)劃電路版，主要是確定電路版的邊框，包括電路版的尺寸大小等等。進(jìn)入pcb文

9、件，單擊工具欄上如下圖所示，在編輯區(qū)任意單擊一下，然后單擊，按下ctrl+end組合鍵，使光標(biāo)于設(shè)定的新起點重合，就可畫出想要的pcb板范圍。注意：在繪制電路版地邊框前，一定要將當(dāng)前層設(shè)置成keep out層，即禁止布線層。4）、打開所有要用到的pcb 庫文件后，調(diào)入網(wǎng)絡(luò)表文件和修改零件封裝常用pcb庫文件：general ic.lib、miscellaneous.lib、pcb footprints.lib步驟：進(jìn)入pcb文件，執(zhí)行design/load nets這一步是非常重要的一個環(huán)節(jié)，網(wǎng)絡(luò)表是pcb自動布線的靈魂，也是原理圖設(shè)計與印象電路版設(shè)計的接口，只有將網(wǎng)絡(luò)表裝入后，才能進(jìn)行電路版

10、的布線。在原理圖設(shè)計的過程中，erc檢查不會涉及到零件的封裝問題。因此，原理圖設(shè)計時，零件的封裝可能被遺忘，在引進(jìn)網(wǎng)絡(luò)表時可以根據(jù)設(shè)計情況來修改或補(bǔ)充零件的封裝。 5）、布置零件封裝的位置，也稱零件布局protel99可以進(jìn)行自動布局,也可以進(jìn)行手動布局。如果進(jìn)行自動布局，運(yùn)行tools下面的auto place,不滿意，可手動調(diào)整。注意：零件布局，應(yīng)當(dāng)從機(jī)械結(jié)構(gòu)散熱、電磁干擾、將來布線的方便性等方面綜合考慮。先布置與機(jī)械尺寸有關(guān)的器件，并鎖定這些器件，然后是大的占位置的器件和電路的核心元件，再是外圍的小元件。6）、自動布線和手工調(diào)整a、點擊菜單命令auto route/setup 對自動布線

11、功能進(jìn)行設(shè)置選中除了add testpoints 以外的所有項，特別是選中其中的lock all pre-route 選項，routing grid 可選1mil 等。自動布線開始前protel 會給你一個推薦值可不去理它或改為它的推薦值，此值越小板越容易100%布通，但布線難度和所花時間越大。b、點擊菜單命令auto route/all 開始自動布線假如不能完全布通則可手工繼續(xù)完成或undo 一次（千萬不要用撤消全部布線功能，它會刪除所有的預(yù)布線和自由焊盤、過孔）后調(diào)整一下布局或布線規(guī)則，再重新布線。完成后做一次drc，有錯則改正。布局和布線過程中，若發(fā)現(xiàn)原理圖有錯則應(yīng)及時更新原理圖和網(wǎng)絡(luò)表

12、，手工更改網(wǎng)絡(luò)表（同第一步），并重裝網(wǎng)絡(luò)表后再布。c、對布線進(jìn)行手工初步調(diào)整需加粗的地線、電源線、功率輸出線等加粗，某幾根繞得太多的線重布一下，消除部分不必要的過孔，再次用view3d 功能察看實際效果。手工調(diào)整中可選tools-density map 查看布線密度，紅色為最密，黃色次之，綠色為較松，看完后可按鍵盤上的end 鍵刷新屏幕。紅色部分一般應(yīng)將走線調(diào)整得松一些，直到變成黃色或綠色。7）、對所有過孔和焊盤補(bǔ)淚滴補(bǔ)淚滴可增加它們的牢度，但會使板上的線變得較難看。順序按下鍵盤的s 和a 鍵（全選），再選擇tools-teardrops，選中g(shù)eneral 欄的前三個，并選add 和trac

13、k 模式，如果你不需要把最終文件轉(zhuǎn)為protel 的dos 版格式文件的話也可用其它模式，后按ok 鈕。完成后順序按下鍵盤的x 和a 鍵（全部不選中）。對于貼片和單面板一定要加。8）、放置覆銅區(qū)選place-polygon plane 在各布線層放置地線網(wǎng)絡(luò)的覆銅3. 第三、天，裝配已有的電路板 1）、分別認(rèn)識自己拿到的電路板和元器件2）、焊接晶體振蕩器的時候要斷電焊接3）、不要直接焊接ic集成芯片，要焊接ic芯片座，焊接完畢后，把芯片插上即可。4）、把數(shù)碼管，小按鍵插接到元件面的背面即焊接面。5）、焊接三機(jī)管的時候注e、b、c三極順序從左向右依次是e、b、c 6）、焊接蜂鳴器的時候要注意，蜂

14、鳴器的正負(fù)極，蜂鳴器的標(biāo)簽上有，注意觀察。7）、焊接要仔細(xì)，不要出現(xiàn)虛焊、斷路等現(xiàn)象！4. 第四天，調(diào)試裝好的數(shù)字電子鐘，并包裝好，寫出實驗報告！ 1）、調(diào)試的時候要分模塊調(diào)試：信號源、計數(shù)器、譯碼器等。 2）、調(diào)試的時候要借助示波器、萬用表等工具，養(yǎng)成獨立查找問題、解決問題的能力 3）、調(diào)試通過，加蓋包裝，讓指導(dǎo)老師驗收！ 4）、寫出實訓(xùn)報告！六、設(shè)計報告內(nèi)容要求1.目的。2.設(shè)計指標(biāo)。3.畫出設(shè)計的原理框圖，并要求說明該框圖的工作過程及每個模塊的功能。4.元器件清單。5.設(shè)計制作的進(jìn)程，考慮時鐘及控制信號的關(guān)系、測試、驗證的順序，寫出自己的工作進(jìn)程。6.畫出各功能模塊的電路圖，加上原理說明

15、（如2、5進(jìn)制到10進(jìn)制轉(zhuǎn)換，10進(jìn)制到6進(jìn)制轉(zhuǎn)換的原理，個位到十位的進(jìn)位信號選擇和變換等）。7.畫出總布局接線圖（集成塊按實際布局位置畫，關(guān)鍵的連接單獨應(yīng)畫出，計數(shù)器到譯碼器的數(shù)據(jù)線、譯碼器到數(shù)碼管的數(shù)據(jù)線可以簡化畫法，但集成塊的引腳須按實際位置畫，并注明名稱。）8.描述設(shè)計制作的數(shù)字鐘的運(yùn)行結(jié)果和操作。9.總結(jié)。設(shè)計過程中遇到的問題及解決辦法課程設(shè)計過程體會對課程設(shè)計內(nèi)容、方式、要求等各方面的建議。七、實驗儀器、工具：1. 5v電源。2.四連面包板1塊。3.示波器2個（每班）4.萬用表5個（每班）。5.鑷子1把。6.剪刀1把。八、實驗器件used 元器件型號 元器件序號 元器件封裝= = = =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 74ls