数字钟电路印制板图的设计 强化训练

基础强化训练任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：武汉理工大学题目：数字钟电路印制板图的设计一、训练目的主要目的就是对学生进行基础课程、基本技能、基本动手能力的强化训练，提高学生的基础理论知识、基本动手能力，提高人才培养的基本素质。

二、训练内容和要求1、基础课程和基本技能强化训练(1)设计一个数字钟电路；(2)对所设计电路的基本原理进行分析；2、文献检索与利用、论文撰写规范强化训练要求学生掌握基本的文献检索方法，科学查找和利用文献资料，同时要求学生获得正确地撰写论文的基本能力，其中包括基本格式、基本排版技巧和文献参考资料的写法、公式编排、图表规范制作、中英文摘要的写法等训练。

3、基本动手能力和知识应用能力强化训练(1)学习altium designer软件；(2)绘制电路的原理图和PCB版图，要求图纸绘制清晰、布线合理、符合绘图规范；4、查阅至少5篇参考文献，按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写基础强化训练报告书，全文用A4纸打印。

三、初始条件计算机；Microsoft Office Word 软件；altium designer软件四、时间安排1、20011年7 月11日集中，作基础强化训练具体实施计划与报告格式要求的说明；学生查阅相关资料，学习电路的工作原理。

2、2011 年7 月12 日，电路设计与分析。

3、2011 年7 月13日至2010 年7 月14日，相关电路原理图和PCB版图的绘制。

4、2011年7 月15日上交基础强化训练成果及报告，进行答辩。

指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要 (I)Abstract (II)2 方案的选择论证及设计原理 (2)2.1方案论证及选择 (2)2.2 设计电路原理2.2.1 石英晶体振荡器的设计 (3)2.2.2 分频器的设计 (3)2.2.3 计数器的设计 (4)2.2.4 译码与显示电路的设计 (6)3 绘图 (7)3.1 绘制原理图 (7)3.2 制作PCB板 (9)4 参考文献 (11)附录Ⅰ原理图 (12)附录Ⅱ PCB板 (13)本科生基础强化训练成绩评定表 (15)摘要本文介绍了一种基于74LS系列芯片的数字钟的设计和基于Altium Designer的原理图的绘制和PCB的制作，该数字钟精度高，设计合理。

Altium Designer是protel的最新版本，它既继承了先前版本的优点，又加入了许多新特性，功能完善而且十分强大。

关键词：74LS系列芯片，数字钟，Altium DesignerIAbstractThis paper introduces a kind of digital clock based on the 74 series of LS chip .It is based on the principle of Altium Designer drawing and PCB producing, the digital clock is high precise, and reasonable designed. Altium Designer is the latest version of protel, it not only inherited the previous version of the advantages and joined the many new features, the function is perfect and very powerful.Keywords：74 series of LS chip,digital clock, Altium Designer1 训练内容及要求１．学习altium designer软件的应用。

能熟练地用altium designer找元件，编新的元器件绘制原理图；会熟练地利用altium designer软件对元器件进行封装；更改其属性；对整个电路图进行ERC电气规则检查；对整个电路生成网络表格如果有错误进行检查和改正；PCB印刷电路板的制作。

２．基础课程和基本技能强化训练，对所学的《电子技术基础模拟部分》，《电子技术基础数字部分》以及相关的电路和物理知识进行加强和巩固。

把所学的理论知识加以利用。

使得理论和实践相联系，把抽象的理论和具体的实际相结合，使学以致用。

３．文献检索与利用、论文撰写规范强化训练要求学生掌握基本的文献检索方法，科学查找和利用文献资料，同时要求学生获得正确地撰写论文的基本能力，其中包括基本格式、基本排版技巧和文献参考资料的写法、公式编排、图表规范制作、中英文摘要的写法等训练。

４．对word进一步的熟练和精通，更快，刚好的利用word进行文字处理和编辑。

比如文字的大小段落的间隔，图片的位置，页眉页脚的添加，目录的自动生成等。

12 方案的选择论证及设计原理2.1方案论证及选择方案一：完全采用软件实现数字时钟。

原理为：在单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息，并通过程序控制扫描输出显示数据。

利用定时器0与软件结合实现1秒定时中断，每产生一次中断，存储器内相应的秒值加1；若秒值达到60，则将其清零，并将相应的字节值加1；若分值达到60，则清零分字节，并将时字节值加1；若时值达到24，则将时字节清零。

该方案具有硬件电路简单的特点，但当单片机不接电源时，程序将不执行。

且由于每次执行程序时，定时器都要重新赋值，固该时钟精度不够高[6]。

方案二：采用74LS系列中小规模集中芯片。

从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序逻辑电路。

由74LS90构成24进制及60进制的计数器以实现数字时钟的分秒时功能，再利用74LS47及共阳极数码管构成显示译码电路等。

综合比较：由于初学单片机，对单片机程序的撰写还没有掌握好，所以此次强化训练选择了第二种方案。

因为刚学完数字电子技术这门课，既能温习一遍所学的知识，而且通过此相对来说复杂一些的电路学习使用Altium designer绘图软件。

2.2 设计电路原理数字钟电路系统由石英晶体振荡器、分频器、计数器、译码器及显示电路组成，数字钟系统组成框图如图1所示。

石英晶体振荡器产生稳定的高频脉冲信号，作为数字钟的时间基准，再经分频器输出标准秒脉冲。

有了秒脉冲信号，根据 60s 为 lmin, 60min 为1h, 24h 为1 天的进制，分别设计“秒”（六十进制）、“分”（六十进制）、“时”（二十四进制）计数器。

计数器输出经译码驱动器 送 LED 数 码 管 显 示 器 ， 显 示 时 间 。

图 1 数字钟系统组成框图2.2.1 石 英 晶 体 振 荡 器 的 设 计振 荡 器 是 数 字 钟 的 核 心 ， 其 作 用 是 产 生 一 个 标 准振 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 构 成 振 荡 电 路 。

一般 来 说 ， 晶 振 频 率 越 高 ， 计 时 精 确 度 就 越 高 。

振 荡 器 由 石 英 晶 体 、 微 调 电 容 、 反 向 器 构 成 。

如图2所示 ， 电 阻 值 为lO M Ω 左 右 ， 其 作 用 是 为 CMOS 反 向 器 提 供 偏 量 。

电 容 器 C2是 频 率 微 调 电 容 ， 取 值 为 3 ～30pF, C 2是温 度 校 正 用 电 容 ， 一 般 取 值 为 20～50Pf 。

非 门 起 整形 作 用 。

目 前 ， 常 取 石 英 晶 振 的 频 率 为 32768Hz, 经15 级 分 频 可得 1Hz 秒 脉 冲 时 基 信 号 。

图2 石英晶体振荡器2.2.2 分 频 器 的 设 计由 于 石 英 晶 体 振 荡 器 产 生 的 信 号 频 率 很 高 ， 要 得 到 秒 脉 冲 ， 需 要 分频电路进行分频，所以分频器的功能主要是产生标准秒脉冲时基信号。

将晶振频率为 32768Hz 的信号分频为秒脉冲，可选 CD4060 十四位串行计数器／振荡器来实现分频和振荡的功能，但由于CD4060 只能实现14 级分频，所以还必须外加一级2 分频，可用CD4013 双D 触发器或74LS74 双D 触发器来实现，这样就构成了秒脉冲信号发生器，其电路如图3 所示。

图4 为CD4060 集成块引线端子图，图5 为CD4013 集成块引线端子图。

[2]图３标准秒脉冲产生电路图4 CD4060集成块引线端子图图5 CD4013集成块引线端子图2.2.3 计数器的设计来自分频器的秒脉冲信号经过六级计数器，得到“秒”个位的计时脉冲。

分和秒计数器都是六十进制，时计数单元一般为二十四进制，其输出均为８４２１ＢＣＤ码。

①分、秒计数器（６０进制计数器）六十进制计数器可由一个十进制计数器和一个六进制计数器连起来构成。

可选用两片集成电路74LS90级联构成“秒”、“分”计数器。

秒个位为１０进制计数器，无需进制转换，只需将Ｑａ与ＣＰ１相连即可。

ＣＰ０与１Ｈｚ的秒输入信号相连，Ｑｄ可作为向上的进位信号与十位计数单元的ＣＰ１相连。

秒十位计数单元为６进制计数器，需要进制转换。

将１０进制计数器转换成６进制计数器电路的连接，其中Ｑｃ可作为向上的进位信号与分个位的技术单元的ＣＰ０相连。

[1]分计数电路与秒计数电路类似。

图 6 为六十进制计数电路。

图６ 60进制计数器图 6 60进制计数电路②小时计数电路（二十四进制计数器）。

时个位计数单元电路结构仍与秒个位计数单元相同，但是要求整个时计数单元为２４进制计数器，所以在两块７４ＬＳ９０构成的１００进制截取２４，就得在２４的时候进行异步清零。

２４进制计数功能的电路如图７所示。

2.2.4 译 码 与 显 示 电 路 的 设 计译 码 是 编 码 的 逆 过 程 。

也 就 是 把 给 定 的 代 码 进 行 翻 译 ， 变 成 相 应 的 状 态 。

译 码 器 选 用74LS47， 它 是 4 线 ～ 7 段 译 码 器 ／ 驱 动 器 ， 输 人 端 A3、 A2 、A1 、A0为 8421 BCD 码 输 人 ， 有 上 拉 电阻 。

因 此 在 与 LED 数 码 管 连 接 时 不 需 再 外 接 限 流 电 阻 [5]。

74LS47的 译 码 输 出 是低 电 平 有 效 ， 适 用 于 驱 动 共 阴阳极 LED 数 码 管 。

74 LS 4 7 的 引 线 端 子 图 如图9 所 示，译码显示电路如图10所示 。

图７ ２４进制计数电路图８ ７４ＬＳ９０引脚图 图９ ７４ＬＳ４７引脚图图1０译码显示电路译码驱动也可选 74LS247 ， BCD 码输人。