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

1、數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)指標(biāo)：1.顯示時(shí)、分、秒。2.可以24小時(shí)制或12小時(shí)制。3.具有校時(shí)功能，可以對(duì)小時(shí)和分單獨(dú)校時(shí)，對(duì)分校時(shí)的時(shí)候，停止分向小時(shí)進(jìn)位。校時(shí)時(shí)鐘源可以手動(dòng)輸入或借用電路中的時(shí)鐘。4.具有正點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。5.為了保證計(jì)時(shí)準(zhǔn)確、穩(wěn)定，由晶體振蕩器提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的基準(zhǔn)信號(hào)。二、設(shè)計(jì)要求：1.畫(huà)出總體設(shè)計(jì)框圖，以說(shuō)明數(shù)字鐘由哪些相對(duì)獨(dú)立的功能模塊組成，標(biāo)出各個(gè)模塊之間互相聯(lián)系，時(shí)鐘信號(hào)傳輸路徑、方向和頻率變化。并以文字對(duì)原理作輔助說(shuō)明。2.設(shè)計(jì)各個(gè)功能模塊的電路圖，加上原理說(shuō)明。3.選擇合適的元器件，在面包上接線驗(yàn)證、調(diào)試各個(gè)功能模塊的電路，在接線驗(yàn)證時(shí)設(shè)計(jì)、選擇合適

2、的輸入信號(hào)和輸出方式，在充分電路正確性同時(shí)，輸入信號(hào)和輸出方式要便于電路的測(cè)試和故障排除。4.在驗(yàn)證各個(gè)功能模塊基礎(chǔ)上，對(duì)整個(gè)電路的元器件和布線，進(jìn)行合理布局，進(jìn)行整個(gè)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(wèn)題，根據(jù)原理、現(xiàn)象和測(cè)量的數(shù)據(jù)分析問(wèn)題所在，加以解決。學(xué)生要解決的問(wèn)題包括元器件和面包板故障引起的問(wèn)題。四、實(shí)訓(xùn)原理1、1hz標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)脈沖的產(chǎn)生：可先用32768hz的時(shí)鐘石英晶體振蕩器產(chǎn)生32768hz的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)，外加14分頻電路cd4060，產(chǎn)生2hz信號(hào)脈沖，再加一個(gè)二分頻電路，可產(chǎn)生1hz標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)。如下圖：2、計(jì)數(shù)器電路：用74ls390可

3、實(shí)現(xiàn)60進(jìn)制、24進(jìn)制，完成秒、分鐘、小時(shí)計(jì)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(jì)數(shù)，要想把此數(shù)在數(shù)碼管上顯示出來(lái)必須要用cd4511譯碼器，如下圖（60進(jìn)制計(jì)數(shù)顯示）：4、按鍵控制電路：有時(shí)候需要用按鍵調(diào)整時(shí)、分，可以用雙穩(wěn)態(tài)rs觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)。如下圖：5、分校正、時(shí)校正電路：一個(gè)完整的時(shí)鐘必須要有分鐘、小時(shí)調(diào)整電路，這樣才能準(zhǔn)確反映當(dāng)?shù)氐臅r(shí)間，如下圖：6、整點(diǎn)報(bào)警功能：可用一個(gè)單穩(wěn)電路實(shí)現(xiàn)，一到整點(diǎn)，就產(chǎn)生一短脈沖，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警！如下圖：五、實(shí)訓(xùn)過(guò)程 1. 第一天熟悉設(shè)計(jì)題目，自己設(shè)計(jì)方案并畫(huà)出電路圖（用protel99軟件工具）。 1）、啟動(dòng)protel 9

4、9 se，在d盤(pán)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(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)文件，新建原理圖文件，命名為數(shù)字電子時(shí)鐘.sch。 設(shè)置圖紙大小為a4，水平放置。 2）、打開(kāi)數(shù)字電子時(shí)鐘.sch，仿照附件中提供的數(shù)字電子時(shí)鐘原理圖，自己畫(huà)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(gè)元器件數(shù)據(jù)庫(kù)中找。 在元件庫(kù)中找不到的元件可以自己建立元件庫(kù)，應(yīng)用即可！3)、畫(huà)完電路后，要按照?qǐng)D中元件參數(shù)逐個(gè)設(shè)置元件屬性，元件要自動(dòng)編號(hào)，并進(jìn)行電氣規(guī)則檢查。對(duì)于每個(gè)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(chēng)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(pán)的間距，單位為kmil.b. 電容原理圖中常用的名稱(chēng)為cap（無(wú)極性電容）、electro（有極性電容）；引腳封裝形式：無(wú)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(chēng)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(chēng)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(chēng)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(chǎng)效應(yīng)管原理圖中常用的名稱(chēng)為jfet n（n溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管），jfet p（p溝道結(jié)型場(chǎng)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(chēng)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(chēng)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(chēng)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(lèi)原理圖中常用的名稱(chēng)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(jì)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(huà)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(gè)自己的pcb文件。1）、電路版設(shè)計(jì)的先期工作利用原理圖設(shè)計(jì)工具繪制原理圖，并且生成對(duì)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(jiǎn)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(jì)，直接進(jìn)入pcb設(shè)計(jì)系統(tǒng)，在pcb設(shè)計(jì)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(huà)出自己定義的非標(biāo)準(zhǔn)器件的封裝庫(kù)建議將自己所畫(huà)的器件都放入一個(gè)自己建立的pcb 庫(kù)專(zhuān)用設(shè)計(jì)文件。3）、設(shè)置pcb設(shè)計(jì)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(jì)環(huán)境，包括設(shè)置格點(diǎn)大小和類(lèi)型，光標(biāo)類(lèi)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(guò)設(shè)置之后，符合個(gè)人的習(xí)慣，以后無(wú)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(diǎn)重合，就可畫(huà)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(kāi)所有要用到的pcb 庫(kù)文件后，調(diào)入網(wǎng)絡(luò)表文件和修改零件封裝常用pcb庫(kù)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(gè)環(huán)節(jié)，網(wǎng)絡(luò)表是pcb自動(dòng)布線的靈魂，也是原理圖設(shè)計(jì)與印象電路版設(shè)計(jì)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(jì)的過(guò)程中，erc檢查不會(huì)涉及到零件的封裝問(wèn)題。因此，原理圖設(shè)計(jì)時(shí)，零件的封裝可能被遺忘，在引進(jìn)網(wǎng)絡(luò)表時(shí)可以根據(jù)設(shè)計(jì)情況來(lái)修改或補(bǔ)充零件的封裝。 5）、布置零件封裝的位置，也稱(chēng)零件布局protel99可以進(jìn)行自動(dòng)布局,也可以進(jìn)行手動(dòng)布局。如果進(jìn)行自動(dòng)布局，運(yùn)行tools下面的auto place,不滿(mǎn)意，可手動(dòng)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(lái)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(dòng)布線和手工調(diào)整a、點(diǎn)擊菜單命令auto route/setup 對(duì)自動(dòng)布線

11、功能進(jìn)行設(shè)置選中除了add testpoints 以外的所有項(xiàng)，特別是選中其中的lock all pre-route 選項(xiàng)，routing grid 可選1mil 等。自動(dòng)布線開(kāi)始前protel 會(huì)給你一個(gè)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(shí)間越大。b、點(diǎn)擊菜單命令auto route/all 開(kāi)始自動(dòng)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(wàn)不要用撤消全部布線功能，它會(huì)刪除所有的預(yù)布線和自由焊盤(pán)、過(guò)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(cuò)則改正。布局和布線過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)原理圖有錯(cuò)則應(yīng)及時(shí)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(duì)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(guò)孔，再次用view3d 功能察看實(shí)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(pán)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(duì)所有過(guò)孔和焊盤(pán)補(bǔ)淚滴補(bǔ)淚滴可增加它們的牢度，但會(huì)使板上的線變得較難看。順序按下鍵盤(pán)的s 和a 鍵（全選），再選擇tools-teardrops，選中g(shù)eneral 欄的前三個(gè)，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(pán)的x 和a 鍵（全部不選中）。對(duì)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(shí)自己拿到的電路板和元器件2）、焊接晶體振蕩器的時(shí)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(shí)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(shí)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(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告！ 1）、調(diào)試的時(shí)候要分模塊調(diào)試：信號(hào)源、計(jì)數(shù)器、譯碼器等。 2）、調(diào)試的時(shí)候要借助示波器、萬(wàn)用表等工具，養(yǎng)成獨(dú)立查找問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力 3）、調(diào)試通過(guò)，加蓋包裝，讓指導(dǎo)老師驗(yàn)收！ 4）、寫(xiě)出實(shí)訓(xùn)報(bào)告！六、設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容要求1.目的。2.設(shè)計(jì)指標(biāo)。3.畫(huà)出設(shè)計(jì)的原理框圖，并要求說(shuō)明該框圖的工作過(guò)程及每個(gè)模塊的功能。4.元器件清單。5.設(shè)計(jì)制作的進(jìn)程，考慮時(shí)鐘及控制信號(hào)的關(guān)系、測(cè)試、驗(yàn)證的順序，寫(xiě)出自己的工作進(jìn)程。6.畫(huà)出各功能模塊的電路圖，加上原理說(shuō)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(gè)位到十位的進(jìn)位信號(hào)選擇和變換等）。7.畫(huà)出總布局接線圖（集成塊按實(shí)際布局位置畫(huà)，關(guān)鍵的連接單獨(dú)應(yīng)畫(huà)出，計(jì)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(jiǎn)化畫(huà)法，但集成塊的引腳須按實(shí)際位置畫(huà)，并注明名稱(chēng)。）8.描述設(shè)計(jì)制作的數(shù)字鐘的運(yùn)行結(jié)果和操作。9.總結(jié)。設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決辦法課程設(shè)計(jì)過(guò)程體會(huì)對(duì)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容、方式、要求等各方面的建議。七、實(shí)驗(yàn)儀器、工具：1. 5v電源。2.四連面包板1塊。3.示波器2個(gè)（每班）4.萬(wàn)用表5個(gè)（每班）。5.鑷子1把。6.剪刀1把。八、實(shí)驗(yàn)器件used 元器件型號(hào) 元器件序號(hào) 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