1、武汉理工大学Protel 应用实践 课程设计说明书课 程 设 计2010 年 7 月 6 日学 号： 0120813640101题 目 Protel 应用实践 简易数字钟学 院 信息工程学院专 业 通信工程班 级 0804姓 名 魏福泉指导教师 艾青松武汉理工大学Protel 应用实践 课程设计说明书课程设计任务书学生姓名： 魏福泉 专业班级： 通信 0804 指导教师： 艾青松 工作单位： 信息工程学院 题 目: Protel 应用实践简易数字钟 初始条件：Altium designer winter 09 及以上版本如 Altium Designer要求完成的主要任务: 1. 绘制具有一定
2、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、或者一个具有完备功能的电路系统。2. 绘制相应电路原理图的双面印刷版图*.pcb3. 对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：序号 阶段内容 时间1 安排任务 第 17 周2 电路选择与绘制 第 17 周3 撰写报告 第 18 周4 答辩 第 18 周合 计 2 周指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日武汉理工大学Protel 应用实践 课程设计说明书目 录摘要 IAbstract.II1.Altium Designer 简介
3、 13 电路原理介绍 23.1 秒脉冲产生电路 23.2 时钟电路 33.3 主要元器件 64 绘制电路原理图 74.1 新建项目文件 74.2 电路原理图设计 96 设计印刷电路板 PCB .137 仿真结果及分析 .148 收获建议和体会 .16附录一 元件清单 17附录二 参考文献 18武汉理工大学Protel 应用实践课程设计说明书I摘要数字钟是采用数字电路实现对时,分,秒数字显示的计时装置,广泛用于个人家庭,车站, 码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表, 钟表的数字化给人们生产生活
4、带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。Protel99SE是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件，采用设计库管理模式，可以进行联网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能，是一个32位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作，可以设计32个信号层，16个电源-地层和16个机加工层。关键词：
5、Protel、数字钟、仿真武汉理工大学Protel 应用实践课程设计说明书IIAbstractThe digital clock uses the digital circuit realizes to, divides, the second digital demonstrations timing unit, widely uses in individual family, the station, the wharf office and so on public place, becomes in the people daily life the necessary essent
6、ial item, as a result of digital integrated circuits development and the quartz crystal oscillators widespread application, causes the digital clocks precision, went far beyond the old style clock and watch, clocks and watchs digitization produces the life for the people to bring enormous convenient
7、, moreover expanded the clock and watch original to report time greatly the function. Such as fixed time the auto-alarm, on time automatically hits the bell, the time sequencing automatic control, fixed time to broadcast, to be automatic shuts the street light, the time cut-out drying oven, the make
8、-and-break power equipment, even each kind of fixed time electricity automatically to begin using and so on, all these, are take the clock and watch digitization as the foundation. Therefore, the research digit clock and expands its application, has the very realistic significance. Protel99SE applie
9、s in Windows9X/2000/NT under operating systems EDA design software, uses the design storehouse management pattern, may carry on the networking design, has the very strong data exchange ability and openness and the 3D analogue function, is a 32 design software, may complete the electric circuit schem
10、atic diagram design, print work and so on circuit wafer design and programmable logical component design, may design 32 signal levels, 16 power sources-Stratum and 16 machining level. Keywords：Protel、digital clock 、simulate武汉理工大学Protel 应用实践课程设计说明书11.Altium Designer 简介Altium Designer 提供了唯一一款统一的应用方案，其
11、综合电子产品一体化开发所需的所有必须技术和功能。Altium Designer 在单一设计环境中集成板级和 FPGA 系统设计、基于 FPGA 和分立处理器的嵌入式软件开发以及 PCB 版图设计、编辑和制造。并集成了现代设计数据管理功能，使得 Altium Designer 成为电子产品开发的完整解决方案一个既满足当前，也满足未来开发需求的1、 1985 年诞 生 dos 版 Protel 2、 1991 年Protel for Widows 3、 1997 年Protel98 这 个 32 位 产 品 是 第 一 个 包 含 5 个 核 心 模 块 的 EDA 工 具 4、 1999 年Pr
12、otel99 构 成 从 电 路 设 计 到 真 实 板 分 析 的 完 整 体 系 。 5、 2000 年Protel99se 性 能 进 一 步 提 高 ， 可 以 对 设 计 过 程 有 更 大 控 制 力 。 6、 2002 年Protel DXP 集 成 了 更 多 工 具 ， 使 用 方 便 ， 功 能 更 强 大 。 7、 2003 年Protel 2004 对 Protel DXP 进 一 步 完 善 。 8、 2006 年Altium Designer 6.0 成 功 推 出 ， 集 成 了 更 多 工 具 ， 使 用 方 便 ， 功 能 更强 大 ， 特 别 在 PCB 设
13、 计 这 一 块 性 能 大 大 提 高 。 9、 2008 年武汉理工大学Protel 应用实践课程设计说明书2Altium Designer Summer 08（ 简 称 ： AD7） 将 ECAD 和 MCAD 两种 文 件 格 式 结 合 在 一 起 ， Altium 在 其 最 新 版 的 一 体 化 设 计 解 决 方 案 中 为 电子 工 程 师 带 来 了 全 面 验 证 机 械 设 计 (如 外 壳 与 电 子 组 件 )与 电 气 特 性 关 系 的 能力 。 还 加 入 了 对 OrCAD 和 PowerPCB 的 支 持 能 力 。 10、 2008 年Altium D
14、esigner Winter 09 推 出 ， 此 冬 季 9 月 发 布 的 Altium Designer 引 入 新 的 设 计 技 术 和 理 念 ， 以 帮 助 电 子 产 品 设 计 创 新 ， 利 用 技 术 进 步 ， 并提 出 一 个 产 品 的 任 务 设 计 更 快 地 获 得 走 向 市 场 的 方 便 。 增 强 功 能 的 电 路 板 设计 空 间 ， 让 您 可 以 更 快 地 设 计 ， 全 三 维 PCB 设 计 环 境 ， 避 免 出 现 错 误 和 不准 确 的 模 型 设 计 。 11、 2009 年 7 月Altium Designer Summer
15、09 为 适 应 日 新 月 异 的 电 子 设 计 技 术 ，Altium于 2009年 7月 在 全 球 范 围 内 推 出 最 新 版 本 Altium Designer Summer 09。 Summer 09的 诞 生 延 续 了 连 续 不 断 的 新 特 性 和 新 技 术 的 应 用 过 程 。3 电路原理介绍3.1 秒脉冲产生电路秒脉冲产生电路采用 555 定时器构成的多谐振荡器，通过对电路中电阻和电容取值的设置，可使振荡器的频率为 1Hz。为了方便仿真，采用 555 定时器与定时元件 RC 组成多谐振荡器，它的输出信号频率为 f0=1.43/( R2+2R1) C1。取 R
16、1=68k， R2=15k， C1=10uF（滤波电容 C2=0.1uF ）,则电路的振荡频率为f0=1Hz,输出信号 为周期为 1s 的脉冲信号，这样输出就可以直接用来作为数字钟计数器的输入信号。脉冲产生电路如图 3.1 所示。武汉理工大学Protel 应用实践课程设计说明书3图 1 脉冲产生电路3.2 时钟电路秒和分电路都是六十进制计数器，计数规律为 00-0158-59-00。可由一级十进制计数器和一级六进制计数器级联而成。设计电路采用两片异步二五十进制加法计数器 74LS90 级联构成 60 进制分、秒计数器。两片 74LS90 芯片都接成 8421BCD 码输出的十进制计数形式，一片
17、控制个位，为十进制；一片控制十位，为六进制。利用 74LS90 本身的两控制端完成十进制，在达到 1001 时，给第二片一下降脉冲，这样反复，直到第二片达到 0110 时第二片自身清零，这样完成一次 60 的计数，且回到初态，两片 74LS90 都清零，然后继续重复计数。由两片 74LS90 构成的秒（分）计数器如图 3.2 所示。武汉理工大学Protel 应用实践课程设计说明书4图 2 分（秒）计数器电路时电路是 24 进制的计数器，采用的是 00-01-0223-00-01的计数规律。设计电路采用两片异步二五十进制加法计数器 74LS90 级联构成 24 进制时计数器。两片 74LS90
18、芯片都接成 8421BCD 码输出的十进制计数形式。时计数器电路图如图 3.3 所示。武汉理工大学Protel 应用实践课程设计说明书5图 3 时计数器电路武汉理工大学Protel 应用实践课程设计说明书63.3 主要元器件振荡器中用到的 555 定时器是一种多用途的数字模拟混合集成电路，可以方便的构成施密特触发器，单稳态触发器和多谐振荡器。用 555 组成的多谐振荡器的电路图和工作波形图如 3.4 和 3.5 所示，振荡周期 T=0.7( R1+2R2) C。图 4（a）555 多谐振荡器电路图 （b）工作波形图数字钟的设计中主要使用的器件为异步二五十进制加法计数器74LS90，它既可以作二
19、进制加法计数器，又可以作五进制和十进制加法计数器。武汉理工大学Protel 应用实践课程设计说明书7图 5 74LS90 引脚排列图 6 74LS90 功能表通过不同的连接方式，74LS90 可以实现四种不同的逻辑功能。具体功能为：（1） 计数脉冲从 CP1输入，Q A作为输出端，为二进制计数器。（2） 计数脉冲从 CP2输入，Q DQLQH作为输出端，为异步五进制加法计数器。（3） 若将 CP2和 QA相连，计数脉冲由 CP1输入，Q D、Q C、Q B、Q A作为输出端，则构成异步 8421 码十进制加法计数器。（4） 若将 CP1与 QD相连，计数脉冲由 CP2输入，Q A、Q D、Q
20、C、Q B作为输出端，则构成异步 5421 码十进制加法计数器。（5） 清零、置 9 功能。当 R0（1） 、R 0（2）均为“1” ；S 9（1） 、S 9（2）中有“0”时，实现异步清零功能，即 QDQCQBQA=0000。当 S9（1） 、S 9（2）均为“1” ；R 0（1） 、R 0（2）中有“0”时，实现置 9 功能，即 QDQCQBQA =1001. 4 绘制电路原理图4.1 新建项目文件（1）在桌面上 Altium Designer 6.9 的快捷方式，启动它，进入 Altium Designer 6.9 工作环境。（2）选择【File】【New】【Project 】【PCB
21、Project】命令，在当前工作组武汉理工大学Protel 应用实践课程设计说明书8下创建一个 PCB 项目文件（3）在菜单栏中选择【File】【Save Design Workspace】命令，出现如图对话框，选择文件路径并单击【Save】按钮。至此，一个用于 PCB 设计的项目文件已经创建完毕。图 7 保存示意图武汉理工大学Protel 应用实践课程设计说明书94.2 电路原理图设计（1）在“Project ”面板中选中所创建的 PCB 项目文件，然后选中【File】【New 】【Schematic】命令，创建后系统进入如图所示的窗口。图 8.1 显示窗口（2）选择【Place】【Part
22、】命令，出现如图所示“ Place Part”对话框。武汉理工大学Protel 应用实践课程设计说明书10图 8.2 选项窗口（3）单击“History”右侧的按钮出现“BrowseLibraries”对话框，选择如图为止，单击【Ok】。依次放上所需元件。（4）依次放上所需元件。选择【File】【Save】命令保存原理图。完成以后电路图如下图 9 元件图形武汉理工大学Protel 应用实践课程设计说明书11图 10 整体原理图武汉理工大学Protel 应用实践课程设计说明书125 生成网络表文件（1）选择【Design】【NetList For Project】【Protel】命令，即可生成网
23、络表文件（部分）。表一 网络表武汉理工大学Protel 应用实践课程设计说明书136 设计印刷电路板 PCB（1）打开“Project ”面板从出现的快捷菜单中选择【Add New to Project】【PCB】命令，新建一个文件名魏“wanghuan.PcbDoc”的 PCB 文件。（2）选择【Add Route】【All】命令，出现选择对话框单击 RouteAll 按钮，生成如图 PCB 文件。图 11 PCB武汉理工大学Protel 应用实践课程设计说明书147 仿真结果及分析（1）【Mixed Sim】命令，出现“Analyses Setup】对话框，利用它对全局参数进行设置，也可对
24、各种类型进行独立设置。（2）设置仿真分析范围在如图所示的“Sheets to NetList“下拉菜单中，选择 ”Activesheet“选项。图 12 仿真选项武汉理工大学Protel 应用实践课程设计说明书15图 13 仿真部分原理图（3）设置完成后，生成仿真波形如下图 14 仿真波形武汉理工大学Protel 应用实践课程设计说明书168 收获建议和体会我对Altium这个软件还是比较熟悉的。特别是对于原理图的绘制和PCB板的生成，应该说都是得心应手。但是对于仿真环节，却相对比较陌生一些。因而我花了更多的时间在研究如何成功地仿真电路。对如这次课设让我对 Altium 有了跟深入的了解，以前
25、一些没有了解的部分功能现在也逐渐熟悉。但是在仿真是对全局电路仿真很困难，只有对局部电路加以信号源来仿真。一开始不知道设置周期时间导致仿真很慢后来请教同学知道了设置 run simulation(s) aborted 等问题，SPICE 使用重复迭代的方式来获得当前电路的静态电压和电流值，仿真首先对节点初始电压进行预测，然后根据电路的电导系数计算支路电流，接着用支路电流重新计算节点电压，一直这样进行着循环，这种循环一直持续到所有的节点电压和支路电流都落入规定的误差允许范围内（即收敛） 。如果节点电压和支路电流没有在一定数量的重复中完成收敛的话，SPICE 将提示错误信息，这样就无法实现仿真了。瞬
26、态分析时定义的 timestep 只是一个名义上的时间增量值，实际分析时的 timestep是一个变量，如果在你设置的某一 timestep 设置条件下无法实现收敛，这时timestep 将自动被降低，继续重复上述的循环。这次课设考察了我们的耐心和决心，绘制电路原理图是一个复杂的过程，接线得要有耐心，一步一步来。我还意识到了想要做好一件事，要有耐心，细心，要脚踏实地，而不应该毛躁。课设教会我许多方面的东西，既让我懂得了知识，也磨练了作为一个通信人应该有的素质。武汉理工大学Protel 应用实践课程设计说明书17附录一 元件清单利用【Reports】/【Bill of Material】命令，我
27、们可以得到元器件清单如下（图 8.1）：表二 元器件清单武汉理工大学Protel 应用实践课程设计说明书18附录二 参考文献1 Protel99 入门与提高.赵品编著.人民邮电出版社.2000.112 清源计算机工作室.Protel 99SE 原理图与 PCB 及仿真【M】.北京：机械工业出版社.2001.3 刘秋艳.Protel 99SE 电路设计.中国铁道出版社.2005.84 梁恩主，梁恩维.Protel 99SE 电路设计与仿真应用.清华大学出版社.2000.5 吉雷.Protel 99 从入门到精通 【M】.西安电子科技大学出版社.2000.6 张伟，王力.Protel 99SE 基
28、础教程【M】.北京：人民邮电出版社.2006.武汉理工大学Protel 应用实践课程设计说明书19本科生课程设计成绩评定表姓 名 魏福泉 性 别 男专业、班级 通信工程 0804 班课程设计题目：Protel 应用实践简易数字钟课程设计答辩或质疑记录：1.秒脉冲电路的构成？答：秒脉冲产生电路采用 555 定时器构成的多谐振荡器，通过对电路中电阻和电容取值的设置，可使振荡器的频率为 1Hz。为了方便仿真，采用 555 定时器与定时元件 RC 组成多谐振荡器，它的输出信号频率为 f0=1.43/( R2+2R1) C1。2.脉冲频率的计算与设置？答：555 定时器构成的多谐振荡器，它的输出信号频率
29、为 f0=1.43/( R2+2R1) C1，为了使振荡器的频率为 1Hz。可设置 R1=68k，R 2=15k，C 1=10uF（滤波电容C2=0.1uF ） 。3.时钟电路的原理？答：秒和分电路都是六十进制计数器，计数规律为 00-0158-59-00。可由一级十进制计数器和一级六进制计数器级联而成。设计电路采用两片异步二五十进制加法计数器 74LS90 级联构成 60 进制分、秒计数器。两片 74LS90 芯片都接成8421BCD 码输出的十进制计数形式，一片控制个位，为十进制；一片控制十位，为六进制。利用 74LS90 本身的两控制端完成十进制，在达到 1001 时，给第二片一下降脉冲，这样反复，直到第二片达到 0110 时第二片自身清零，这样完成一次 60的计数，且回到初态，两片 74LS90 都清零，然后继续重复计数。成绩评定依据：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）武汉理工大学Protel 应用实践课程设计说明书20指导教师签字： 年 月 日
