《数字钟设计-protel仿真(利用Multism软件对该电路仿真)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字钟设计-protel仿真(利用Multism软件对该电路仿真)（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、i 摘要摘要 数字钟由译码及显示电路单元,时间计数电路,单元校时电路单元,振荡电路 单元组成。 该系统工作原理是：振荡器产生的稳定高频脉冲信号，为数字钟的时间基 准，在经过分频器输出标准秒脉冲。 译码驱动及显示单元选择 74LS48 作为显示译码，选择数码管作为显 示单元电路。时间计数单元分为时，分，秒的计数单元，基本都是采用 74LS90 芯片实现的。校时电路单元是先截断正常的计数通路，然后再进行人工出触发 计数或将频率较高的方波信号加到需要校正的计数单元的输入端，校正好后， 再转入正常计时状态即可。振荡器是数字钟的核心，振荡器的稳定度及频率的 精确度决定了数字钟计时的准确程度，本电路选用由
2、 555 构成的多谐振荡器， 设其振荡频率为 1KHZ，能很好的实现时钟功能。 用 protel 制作完原理图后，导入产生 PCB 板，然后运用 Multism 软件进行 仿真，一个简单的仿真模型就展现在眼前了。 关键词关键词：Protel、数字钟、仿真、Multism ii 目录 引言1 1.数字钟电路设计1 1.1 数字钟电路系统的组成框图1 1.2 译码驱动及显示单元.2 1.3 时间计数单元.3 1.4 校时电路.6 1.5 振荡电路.7 1.6 整点报时电路8 1.7 总体电路.9 2.原理图设计.11 2.1 建立工程文件、原理图文件，设置编辑环境.11 2.2 元件摆放布局、绘制
3、原理图.11 2.3 电路图的检查.12 2.4 生成材料清单和建立网络表.13 3.PROTEL PCB 印制板电路.14 3.1 创建 pcb 板14 3.2 加载网络表14 3.3 布局与布线.15 3.4 3D 图展示效果.18 4利用 MULTISM 软件对该电路仿真.18 4.1 仿真.18 4.2 调试及制作.21 5心得体会.21 参考文献.23 第 1 页 共 23 页 引言引言 Protel99SE 是澳大利亚 Protel Technology 公司推出的一个全 32 位 的电路板设计软计。该软件功能强大，人机界面友好，易学易用，使用该软 件的设计者可以容易地设计出电路原
4、理图和画出软件设计电路版面。而且由 于其高度的集成性和扩展性，一经推出，立即为广大用户所接受，很快就成 为世界 PC 平台上最流行的电子设计自动化软降，并成为新一代电气原理图 工业标准。 Protel99SE 主要有两大部分组成，每一部分各有几个模块。第一部分是 电路设计部分，主要有：原理图设计系统，包括用于设计原理图的原理图编 辑器 Sch，用于修改和生成原理图元件的元件编辑器，以及各种报表的生成 器 Schlib。印刷电路板设计系统，包括用于设计电路板的电路板编辑器 PCB 以及用于修改，生成元件封装的元件封装编辑器PCBLib。第二部分是 电路仿真与可编程逻辑器件设计，主要有：电路仿真系
5、统，包括一个功能强 大的数/模混合信号电路仿真器，能在原理图基础上进行连续的模拟信号和 数字信号仿真。可编程逻辑器件设计，包括一个文本编辑器，用于编译和仿 真设计结果的 PCD 设计以及观察仿真结果的波形。 在 Protel99SE 的电路设计的学习过程中，基本概念的理解和掌握是重 中之重，只有这样，设计思路才能清晰，设计才能规范。本设计以能显示时， 分，秒的数字钟为例来介绍 Protel99SE 的使用方法。 1.1.数字钟电路数字钟电路设计设计 1.11.1 数字钟电路系统的组成框图数字钟电路系统的组成框图 该系统工作原理是：振荡器产生的稳定高频脉冲信号，为数字钟的时间基 准，在经过分频器
6、输出标准秒脉冲。秒计数器计满 60 后向频计数器进位，分计 数器计满 60 后向时计数器进位，小时计数器按照“12 翻 1”的规律计数。计数 器的输出经过译码器送显示器。计时出现误差时可以用校正电路进行校时、分、 秒。 第 2 页 共 23 页 时显示器分显示器秒显示器 时译码器分译码器秒译码器 时计数器分计数器秒计数器 图 1.1 多功能数字钟系统组成框图 主体电路是有功能电路部件或单元电路组成的。在设计时选用了相同的元 器件，以避免不匹配。下面介绍各功能部件与单元电路的设计。 数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。在其进位计 数的基本功能上，同时标准的 1HZ 时间信号
7、必须做到准确稳定。通常使用石英 晶体振荡器电路构成数字钟。 数字钟的结构组成： 1）译码及显示电路单元 2）时间计数电路单元 3）校时电路单元 4）振荡电路单元 1.21.2 译码驱动及显示单元译码驱动及显示单元 选择 74LS48 作为显示译码电路如图 2.2 所示；选择数码管作为显示 单元电路。由 74LS48 把输进来的二进制信号翻译成十进制数字，再由数码管显 示出来。这里的 LED 数码管是采用共阴的方法连接的。在 LT=RBI=1 的条件下， 及使能输入 BI/BRO=1 时，锁存器不工作，译码器的输出随输入码的变化而变化。 振荡器分频器 校时电路 第 3 页 共 23 页 而七段数
8、字显示器共阴极，输入高电平有效，发光二极管导通发亮 图 1.2 译码电路 1.31.3 时间计数单元时间计数单元 1）秒与分的个位与十位的连线电路 第 4 页 共 23 页 图 1.3 秒的个位与十位连线电路 计数器芯片 74LS90 的 RO1 和 RO2 是清零端，当两端都为 1 时，将清零， R91 和 R92 是置“9”端。清零时 R91 和 R92 中至少有一个端为 0，不使置 1 以 保证清零可靠进行。当给计数器的秒个位 CP0 端施加脉冲信号时，开始计数， 输出端 QAQD 将结果输出给译码器。当秒个位输出结果是 1010 时，一方面将 QB,QD 的低电平通过与非门后的结果 1
9、 再通过非门后的结果 0 输送给秒十位的 计数器 CP0 端，实现进位，并驱动秒十位计数器工作。另一方面 QB,QD 的高电 平接到 RO1 和 R02 上，使秒个位自动清零。由此，达到秒个位清零，并同时向 十位进位的目的。同理于秒十位，当其输出端结果为 0110 时，其 QB,QC 的结果 接到 RO1 和 R02 上，使秒自动清零，分个位进位。此时数码显示器的秒个位的 数字从 0 变化到 9，十进制状态；秒十位在个位的进位下从 0 变化到 5，六进制 状态。 第 5 页 共 23 页 2）分的进位方法同秒一样。具体图如下： 图 1.4 分的连线电路 3)时个位是十进制，而十位是三进制，所以
10、当个位的输出端结果分别是 1010，个位向十位进位，同时当十位为 0010，个位为 0100 时，十位的 QB 端结 果输给 RO1，同时也输给个位的 RO2，个位的 QC 端结果输给 R01，同时输给十 位 R02，两者同时作用，使数字到达 24 时而清零，实现 24 小时的功能。 第 6 页 共 23 页 图 1.5 时的连线电路 1.41.4 校时电路校时电路 当重新接通电源或走时出现误差时都需要对时间进行校正。通常，校正时 间的方法是：首先截断正常的计数通路，然后再进行人工出触发计数或将频率 较高的方波信号加到需要校正的计数单元的输入端，校正好后，再转入正常计 时状态即可。 图 1.6
11、 校时控制电路 第 7 页 共 23 页 根据要求，数字钟应具有分校正和时校正功能，因此，应截断分个位和时 个位的直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接 入其中。图 5 所示该校时控制电路能实现对时部分的校时工作，当按 Space 时， 开关又端闭合信号源直接给时的计数器脉冲信号。这样，小时数自动上升，实 现校时功能。 图 1.7 校分控制电路 1.51.5 振荡电路振荡电路 振荡器是数字钟的核心。振荡器的稳定度及频率的精确度决定了数字钟计 时的准确程度。通常选用石英晶体振荡器电路。一般来说，振荡器的频率越高， 技术精度越好。常取晶振的频率为 32768HZ，有 15
12、级 2 分频集成电路，输出端 正好可以得到 1HZ 的标准脉冲。我们还可以采用用集成逻辑门与 R、C 组成的时 钟源振荡器或用用集成电路定时器 555 与 R、C 组成的多谐振荡器。这里选用由 555 构成的多谐振荡器，设其振荡频率为 1KHZ，电路如图所示。仿真时为了方 便未设计 555，而是以信号发生器代替。同样能够实现时钟功能。 第 8 页 共 23 页 图 1.8 555 振荡器 1.61.6 整点报时电路整点报时电路 整点报时是数字钟最基本的功能之一，即当数字钟显示整点时，应能报时。 要求当数字钟的“分”和“秒”计数器计到 59 分 50 秒（数字钟电路要求在离 整点差 10 秒）时
13、，驱动音响电路，在每隔 1 秒音响电路鸣叫一次，每次叫声的 持续时间为 1 秒，10 秒钟内自动发出五声鸣叫，前四次为低音 500Hz，最后一 声为高音 1000Hz，即“前四声低，最后一声高” ，正好报整点。因此整点报时 电路主要由控制门电路和音响电路两部分组成，图 2.9 所示为整点报时电路的 原理图。但由于整点报时的功能不能再仿真图里面实现，而必须做出实物才可 以实现，所以总体图中没有加入此电路，但如果连上此电路既可实现整点报时 的功能，各设计方案也是通过参考文献研究出来的。 第 9 页 共 23 页 图 1.9 整点报时电路 1.71.7 总体电路总体电路 此电路由芯片数码显示器 7S
14、EG、译码器 74LS248，计数器 74LS290（依次 从上而下） ，两个校正电路（分别能单独地对分和时校时） ，函数信号发生器 （产生 1HZ 信号） ，2 个与非门，4 个与门，2 个非门，2 个异或门。由于时间紧 迫,没有把整点报时电路加入原理图中，但是具体设计步骤已经给出。 元件清单： 6 个数码显示器 6 个 74LS48 译码器 6 个 74LS90 计数器 2 个 74LS00 与非门芯片 1 个 74LS04 非门芯片 1 个 74LS02 异或门芯片 46 个 500 欧姆的电阻 VT 1 8050 R42 1K R43 51 VCC Y1Y2 Y3 LS1 8 1 2
15、3 字U11A 4011 5 6 4 字U11B 4011 8 9 10 字U11C 4011 12 13 11 字U11D 4011 2 3 4 5 1 字U12A 4012 9 10 11 12 13 字U12B 4012 2 3 4 5 1 字U13A 4012 9 10 11 12 13 字U13B 4012 QC4 QA4 QD3 QA3 QC2 QA2 Y5 Y4 QD1 QA1 1000Hz 500Hz f1 f2 1 2 3 4 56 7 8 第 10 页 共 23 页 图 1.10 总体图 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberR
16、evisionSize B Date:12-Jan-2012Sheet of File:D:Program FilesDesign Explorer 99 SEExamplesMyDesign.ddbDrawn By: a bf c g d e 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp DS43 AMBERCA a bf c g d e 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp DS44 AMBERCA a bf c g d e 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp DS45 AMBERCA a bf c g d e 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp DS46 AMBERCA a bf c g d e 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp DS47 AMBERCA a bf c g d e 1 2
