武漢大學(xué)數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)

1、數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)課程設(shè) 計(jì) 報(bào) 告題 目： 定時(shí)報(bào)警器設(shè)計(jì) 專(zhuān)業(yè)（班）： 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)一班 項(xiàng)目組成員：組長(zhǎng)： 成員： 課程名稱(chēng)： 數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì) 任課教師： 武漢大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院2014年 9 月說(shuō) 明1、數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)結(jié)束之前，每位學(xué)生都必須參與設(shè)計(jì)報(bào)告的撰寫(xiě)工作，提交小組課程設(shè)計(jì)報(bào)告和個(gè)人總結(jié)報(bào)告（設(shè)計(jì)報(bào)告的第七部分）。2、報(bào)告要求按如下內(nèi)容項(xiàng)目撰寫(xiě)，條理清晰，內(nèi)容詳盡，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。并以組為單位上交一份報(bào)告，但每位學(xué)生需自行撰寫(xiě)報(bào)告的個(gè)人總結(jié)報(bào)告部分，作為報(bào)告的一部分上交。3、報(bào)告是數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)的主要依據(jù)。指導(dǎo)教師將主要根據(jù)報(bào)告撰寫(xiě)情況、平時(shí)表現(xiàn)及每人的個(gè)人總結(jié)報(bào)告給予學(xué)

2、生課程評(píng)分。不上交報(bào)告的學(xué)生將得不到實(shí)驗(yàn)課程成績(jī)。4、表格可做電子檔或手寫(xiě)，上交報(bào)告用A4紙張統(tǒng)一打印或填寫(xiě)上交。此頁(yè)請(qǐng)雙面打印。計(jì)算機(jī)學(xué)院教研辦14年9月設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容目錄一、 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)主題、內(nèi)容、目標(biāo).1二、 實(shí)驗(yàn)小組成員及分工情況.1三、 所需實(shí)驗(yàn)器材及功能描述.1四、 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理、 設(shè)計(jì)過(guò)程 .4五、 安裝調(diào)試步驟.13六、 實(shí)驗(yàn)結(jié)論.13七、 個(gè)人總結(jié)報(bào)告及心得體會(huì).13一、 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)主題、內(nèi)容、目標(biāo)（一）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)主題：“定時(shí)報(bào)警器設(shè)計(jì)”隨著信息時(shí)代的到來(lái)，電子技術(shù)在社會(huì)生活中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，運(yùn)用模電和數(shù)電知識(shí)設(shè)計(jì)的電子產(chǎn)品成為社會(huì)生活不可缺少的一部分，特別是在一些限時(shí)或者危

3、險(xiǎn)時(shí)刻作為一個(gè)提醒的一個(gè)重要工具。本課程設(shè)計(jì)的“定時(shí)報(bào)警器定時(shí)報(bào)警器”，可用于各種電氣設(shè)備的限時(shí)或報(bào)警時(shí)控制中。（二）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容：用中、小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)一個(gè)可預(yù)置數(shù)的定時(shí)報(bào)警電路，能實(shí)現(xiàn)以下功能： （1）用撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)定預(yù)置的時(shí)間。（2）設(shè)計(jì)的電路能夠預(yù)置0099s之間的任意數(shù)值，并且能夠進(jìn)行顯示。（3）計(jì)數(shù)器進(jìn)行減一計(jì)數(shù)，減到零時(shí)報(bào)警。并用LED數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示計(jì)數(shù)值。（4）系統(tǒng)設(shè)置外部操作開(kāi)關(guān)，控制計(jì)時(shí)器的啟動(dòng)和連續(xù)功能。（三）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)用5G555設(shè)計(jì)一個(gè)秒脈沖發(fā)生器，該秒脈沖作為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖；預(yù)置時(shí)間用8位撥碼開(kāi)關(guān)控制，其輸出是4位二進(jìn)制編碼，預(yù)置報(bào)警器的2位十進(jìn)制數(shù)定時(shí)時(shí)間，作

4、為計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)初值。計(jì)數(shù)器的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)狀態(tài)經(jīng)過(guò)七段顯示譯碼器、數(shù)碼管顯示，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)由預(yù)置的時(shí)間減到00時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。定時(shí)報(bào)警器還應(yīng)該滿(mǎn)足以下的幾個(gè)原則：滿(mǎn)足技術(shù)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性原則、安全可靠 、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等。 二、 實(shí)驗(yàn)小組成員及分工情況（1）XXX：小組的組長(zhǎng)，負(fù)責(zé)策劃分工，協(xié)調(diào)組內(nèi)成員合作，參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的各個(gè)步驟，撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。（2）XXX：小組的副組長(zhǎng)，主要負(fù)責(zé)電路圖的設(shè)計(jì)，操作PROTEL 99SE，優(yōu)化電路圖中元器件的擺放，監(jiān)督電路板的焊接。（3）XXX：主要負(fù)責(zé)電路板的焊接與調(diào)試。（4）XXX：負(fù)責(zé)繪制電路圖。（5）XXX：完成各個(gè)操作的檢查，看是否出錯(cuò)。（6）XXX：負(fù)責(zé)必要

5、文件的保存和整理工作。三、所需實(shí)驗(yàn)器材及功能描述（1）繪制原理圖和繪制PCB圖此階段的主要實(shí)驗(yàn)器材是PROTEL 99SE。Protel99SE是應(yīng)用于Windows9X/2000/NT操作系統(tǒng)下的EDA設(shè)計(jì)軟件，采用設(shè)計(jì)庫(kù)管理模式，可以進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)交換能力和開(kāi)放性及3D模擬功能，是一個(gè)32位的設(shè)計(jì)軟件。Protel 99 SE主要由原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)、印制電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)兩大部分組成，可以完成電路原理圖設(shè)計(jì)，印制電路板設(shè)計(jì)和可編程邏輯器件設(shè)計(jì)等工作（2）焊接電路板此階段所需器材及功能概述如下：開(kāi)關(guān)：控制電路的通斷撥碼開(kāi)關(guān)：設(shè)置預(yù)定時(shí)間發(fā)光二極管：顯示撥碼開(kāi)關(guān)的輸入555定時(shí)器：用于

6、產(chǎn)生秒脈沖74LS11：與門(mén)74LS28：或非門(mén)74LS02：或門(mén)7段數(shù)碼管：顯示倒計(jì)時(shí)74LS48：譯碼74LS192：計(jì)數(shù)蜂鳴器：報(bào)警電烙鐵、松香、焊錫：焊接電阻、電容、電解電容等。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理、 設(shè)計(jì)過(guò)程（一）原理圖的設(shè)計(jì)1.總設(shè)計(jì)思路用5G555設(shè)計(jì)一個(gè)秒脈沖發(fā)生器，該秒脈沖作為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖；預(yù)置時(shí)間用8位撥碼開(kāi)關(guān)控制，其輸出是4位二進(jìn)制編碼，預(yù)置報(bào)警器的2位十進(jìn)制數(shù)定時(shí)時(shí)間，作為計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)初值。計(jì)數(shù)器的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)狀態(tài)經(jīng)過(guò)七段顯示譯碼器、數(shù)碼管顯示，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)由預(yù)置的時(shí)間減到00時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。2.功能電路設(shè)計(jì)（1）秒脈沖發(fā)生器用555集成電路組成多諧振蕩電路為系統(tǒng)提供時(shí)鐘秒

7、脈沖。555定時(shí)器應(yīng)用為多諧振蕩電路時(shí)，為獲得周期為1秒的振蕩，由公式計(jì)算：T1=(R1+R2)Cln2;T2=R2Cln2;振蕩周期T = T1+T2=0.7 ( R1 + 2R2) C =1 若取C=2.2微法，結(jié)合實(shí)際選取電阻為R1=15K,R2=25K。（2）數(shù)據(jù)預(yù)置電路為了方便控制操作，靈活更改預(yù)制數(shù)值，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)采用了SW-DIP8開(kāi)關(guān)。右下角是啟動(dòng)關(guān)閉轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。當(dāng)其斷開(kāi)時(shí)，不盡行計(jì)數(shù)，此時(shí)，撥動(dòng)微碼開(kāi)關(guān)輸入預(yù)定的時(shí)間。當(dāng)其閉合時(shí) ，脈沖信號(hào)送入計(jì)數(shù)器的輸入端，進(jìn)行減一計(jì)數(shù)。（3）減零電路判斷減一計(jì)數(shù)是否到0,結(jié)果輸送到報(bào)警電路，判斷是否產(chǎn)生報(bào)警。（74LS32用74LS02代替）利

8、用74LS11與門(mén)、74LS28的或非門(mén)、74LS02的或門(mén)組合判斷數(shù)值是否為0。（4）報(bào)警電路報(bào)警電路，采用555產(chǎn)生1個(gè)輸出頻率為9.5HZ的脈沖發(fā)生器，經(jīng)過(guò)74LS11的一個(gè)高電平促使蜂鳴器產(chǎn)生警報(bào)聲音，當(dāng)按了停止開(kāi)關(guān)時(shí)，警報(bào)停止。（5）計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路A.計(jì)數(shù)74LS192十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器2塊芯片一起工作，完成兩位十進(jìn)制數(shù)的減一計(jì)數(shù)。B.譯碼74LS48是七段顯示譯碼器。 它有BCD碼的輸入端；有輸出端；試燈輸入端LT：低電平有效。當(dāng)LT0時(shí)，數(shù)碼管的七段應(yīng)全亮，與輸入的譯碼信號(hào)無(wú)關(guān)。本輸入端用于測(cè)試數(shù)碼管的好壞；動(dòng)態(tài)滅零輸入端RBI：低電平有效。當(dāng)LT1、RBI0、且譯碼輸入為0

9、時(shí)，該位輸出不顯示，即0字被熄滅；當(dāng)譯碼輸入不全為0時(shí)，該位正常顯示。本輸入端用于消隱無(wú)效的0。當(dāng)RBO作為輸入使用，且RBO0時(shí)，數(shù)碼管七段全滅，與譯碼輸入無(wú)關(guān)。當(dāng)RBO作為輸出使用時(shí)，受控于LT和RBI：當(dāng)LT1且RBI0時(shí)，RBO0；其它情況下RBO1。C.顯示2個(gè)7段數(shù)碼管用于顯示兩位十進(jìn)制的倒計(jì)時(shí)。3.原理圖的繪制（1）建立文件（數(shù)據(jù)庫(kù)）A.啟動(dòng)Protel 99 SEB.如果在此之前用戶(hù)沒(méi)有打開(kāi)任何設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，可以選擇主菜單區(qū)的【File】/【New】選項(xiàng) 。如果在此之前已經(jīng)打開(kāi)了一個(gè)或多個(gè)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，可以選擇主菜單區(qū)的【File】/【New Design】選項(xiàng)，單擊鼠標(biāo)或按回車(chē)鍵

10、即可。完成后如下圖：C.雙擊【Document】圖標(biāo)，執(zhí)行菜單命令【File】/【New】。或者在空白處單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇【New】。然后單擊【Schematic Document】圖標(biāo)，選中原理圖編輯器圖標(biāo)，單擊【OK】按鈕或雙擊該圖標(biāo)就可以完成新的原理圖文件的創(chuàng)建。（2）加載庫(kù)文件A.首先，打開(kāi)原理圖管理瀏覽器。在工作窗口為原理圖編輯器窗口的狀態(tài)下，單擊設(shè)計(jì)管理器頂部的【Browse Sch】標(biāo)簽即可打開(kāi)原理圖管理瀏覽器窗口。單擊【Add/Remove】按鈕，出現(xiàn)添加/刪除元件庫(kù)對(duì)話(huà)框。B.本設(shè)計(jì)需要Miscellaneous Devices.ddb、alarm.Lib、PCB2數(shù)碼管封裝

11、圖-OK.lib等庫(kù)文件，這些都需要添加進(jìn)來(lái)。（3）添加元器件A.在【Browse】選項(xiàng)的下拉式選框中，選中【Libraries】項(xiàng)。然后單擊列表框中的滾動(dòng)條，找出元件所在的元件庫(kù)文件名，單擊鼠標(biāo)左鍵選中所需的元件庫(kù)；再在該文件庫(kù)中選中所需的元件。B.具體的實(shí)現(xiàn)方法有下面4種。· 執(zhí)行菜單命令【Place】/【Part】。· 直接單擊鼠標(biāo)右鍵，在浮動(dòng)菜單上選擇“Place Part”。· 直接點(diǎn)擊電路繪制工具欄上的按扭。· 使用快捷鍵【P】/【P】。C.輸入所需元件的名稱(chēng)，然后單擊【OK】按鈕或按【Enter】鍵確認(rèn)，即可出現(xiàn)相應(yīng)的元件跟隨光標(biāo)的移動(dòng)而移

12、動(dòng)的情形。在創(chuàng)建好的原理圖上單擊即可把原件放在對(duì)應(yīng)位置。（4）繪制原理圖A.放置電源及接地符號(hào) 電源元件及接地元件有別于一般的電氣元件，它們必須通過(guò)菜單【Place】/【Power Port】或電路圖繪制工具欄上的按鈕來(lái)調(diào)用，這時(shí)，工作區(qū)中會(huì)出現(xiàn)隨著十字光標(biāo)移動(dòng)的電源符號(hào)，按【Tab】鍵，會(huì)出現(xiàn)屬性對(duì)話(huà)框。本設(shè)計(jì)中的電源外接，用CON4B.畫(huà)導(dǎo)線(xiàn)執(zhí)行畫(huà)導(dǎo)線(xiàn)命令的方法可以有以下幾種。單擊畫(huà)原理圖工具欄中的畫(huà)導(dǎo)線(xiàn)按鈕。執(zhí)行菜單命令【Place】/【W(wǎng)ire】，如圖2-26所示。按快捷鍵【P】/【W(wǎng)】。利用導(dǎo)線(xiàn)將放置好的器件連接起來(lái)（5）修改原理圖A.元件的刪除 可以執(zhí)行菜單命令【Edit】/【De

13、lete】，當(dāng)光標(biāo)變?yōu)槭中螤詈?，將光?biāo)移到想要?jiǎng)h除的元件上，單擊鼠標(biāo)左鍵，即可將該元件從工作平面上刪除。 選中所要?jiǎng)h除的多個(gè)元件，然后執(zhí)行菜單命令【Edit】/【Clear】。B.元件移動(dòng)方法直接用鼠標(biāo)拖動(dòng)。執(zhí)行菜單【Edit】/【Move】/【Move】 命令，再用鼠標(biāo)移動(dòng)。用鼠標(biāo)單擊選中再移動(dòng)。用鼠標(biāo)拖動(dòng)選擇多個(gè)元件，再移動(dòng)。用【Edit】/【Move】/【Move Selection】 命令移動(dòng)。 C.元件方向的調(diào)整· 【Space】鍵（空格鍵）：每按一次，被選中的元件逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°。· 【X】鍵：使元件左右對(duì)調(diào)。· 【Y】鍵：使元件上下對(duì)調(diào)。

14、D.最后，千萬(wàn)不要忘記保存！4. 打印原理圖要想打印出Protel 99 SE環(huán)境下的原理圖，首先要設(shè)置打印機(jī)，設(shè)置打印機(jī)的方法為執(zhí)行菜單命令【File】/【Setup Printer】。或者直接在主工具欄中單擊按鈕。之后，會(huì)彈出打印機(jī)設(shè)置對(duì)話(huà)框。設(shè)置好打印機(jī)后用戶(hù)就可以打印輸出了。用戶(hù)可以執(zhí)行菜單命令【File】/【Print】，或者在設(shè)置打印機(jī)的對(duì)話(huà)框中單擊【Print】按鈕，程序就會(huì)按照上述設(shè)置進(jìn)行打印。5.已繪制的完整原理圖（二）PCB設(shè)計(jì)1.建立PCB文件A.新建一個(gè)PCB圖文件可以進(jìn)入設(shè)計(jì)文件夾“【Document】”，執(zhí)行菜單命令【File】/【New】或在工作區(qū)內(nèi)單擊鼠標(biāo)右鍵，

15、選擇【New】選項(xiàng)，會(huì)彈出選擇文件類(lèi)型的對(duì)話(huà)框。 B.雙擊該對(duì)話(huà)框中的【PCB Document】圖標(biāo)，即可創(chuàng)建一個(gè)新的印制板電路圖文件，默認(rèn)的文件名為“PCB1.PCB”。在工作窗口中該文件的圖標(biāo)上單擊、或在設(shè)計(jì)瀏覽器中該文件的文件名上雙擊鼠標(biāo)左鍵，即可進(jìn)入印制電路板編輯器。2元器件封裝A.【Attributes】選項(xiàng)卡中的內(nèi)容較為常用其中的Footprint：封裝形式，應(yīng)該輸入該元件在PCB庫(kù)里的名稱(chēng)。 根據(jù)封裝的規(guī)則設(shè)置封裝如下：二極管：封裝屬性為diode-0.4(小功率)diode-0.7(大功率)三極管：常見(jiàn)的封裝屬性為to-18（普通三極管）to-22(大功率三極管)to-3(大

16、功率達(dá)林頓管)電阻：AXIAL0.3-AXIAL0.7其中0.4-0.7指電阻的長(zhǎng)度，一般用AXIAL0.4瓷片電容：RAD0.1-RAD0.3。其中0.1-0.3指電容大小，一般用RAD0.1電解電容：RB.1/.2-RB.4/.8 其中.1/.2-.4/.8指電容大小。一般<100uF用RB.1/.2,100uF-470uF用RB.2/.4,>470uF用RB.3/.6無(wú)極性電容：cap; 封裝屬性為RAD-0.1到RAD-0.4發(fā)光二極管：RB.1/.23.版面設(shè)計(jì)、板層設(shè)計(jì)A.版面設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的版面大小為12cm*14cmB.板層設(shè)計(jì)信號(hào)層（Signal layers）:信號(hào)層

17、主要是用來(lái)放置元件（頂層和底層）和導(dǎo)線(xiàn)的。 內(nèi)部電源/接地層（Internal plane layers）:內(nèi)部電源/接地層主要用來(lái)放置電源線(xiàn)和地線(xiàn)。 禁止布線(xiàn)層（Keep Out Layer）:禁止布線(xiàn)層用于定義放置元件和布線(xiàn)區(qū)域的。 C.首先設(shè)定當(dāng)前的工作層面為【Keep Out Layer】。單擊下方的【KeepOutLayer】標(biāo)簽即可將當(dāng)前的工作層面切換到Keep Out Layer層面。在該層面上確定電路板的電氣邊界位置。即畫(huà)出一塊12cm*14cm的區(qū)域。4.更新原理圖，生成PCB點(diǎn)擊【Design】的更新原理圖【Update PCB】5.電源線(xiàn)的處理對(duì)電源線(xiàn)和地線(xiàn)要進(jìn)行特殊的處

18、理（如圖）：6.元器件的調(diào)整與布局元件的布局要考慮以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。元件布局應(yīng)便于用戶(hù)的操作使用。盡量按照電路的功能布局。 數(shù)字電路部分與模擬電路部分盡可能分開(kāi)。特殊元件的布局要根據(jù)不同元件的特點(diǎn)進(jìn)行合理布局。 應(yīng)留出電路板的安裝孔和支架孔以及其他有特殊安裝要求的元件的安裝位置等。7.自動(dòng)布線(xiàn)自動(dòng)布線(xiàn)是指Protel 99 SE程序根據(jù)用戶(hù)設(shè)定的有關(guān)布線(xiàn)參數(shù)和布線(xiàn)規(guī)則，按照一定的算法，依照網(wǎng)絡(luò)表所指定的連接關(guān)系，自動(dòng)在各個(gè)元件之間進(jìn)行連線(xiàn)，從而完成印刷電路板的布線(xiàn)工作。布線(xiàn)完成之后，顯示共有151條導(dǎo)線(xiàn)。8.檢查檢查PCB圖是否與SCH圖一致。如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤及時(shí)修改。注意，SCH中有時(shí)候會(huì)自動(dòng)多出幾條導(dǎo)線(xiàn)出來(lái)，影響設(shè)計(jì)的正確性。9.完整PCB圖五、安裝調(diào)試步驟（1）按照電路板把所有的原件焊接好，使彼此之間相互連通，焊接時(shí)要盡量避免“虛焊”，這樣線(xiàn)路表面上看起來(lái)使電器元件與電路板連接了，實(shí)際上并沒(méi)有完全連在一起。這樣接觸