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[導讀]摘要:為使數(shù)字鐘從電路設(shè)計、性能分析到設(shè)計出PCB版(即印制電路版)圖的整個過程能夠在計算機上自動處理完成,從而縮短設(shè)計周期、提高設(shè)計效率、戰(zhàn)小設(shè)計風險。本系統(tǒng)基于EDA技術(shù)的設(shè)計方法,提出一種采用P-MOS大規(guī)模

摘要:為使數(shù)字鐘從電路設(shè)計、性能分析到設(shè)計出PCB版(即印制電路版)圖的整個過程能夠在計算機上自動處理完成,從而縮短設(shè)計周期、提高設(shè)計效率、戰(zhàn)小設(shè)計風險。本系統(tǒng)基于EDA技術(shù)的設(shè)計方法,提出一種采用P-MOS大規(guī)模集成電路LM8560作為計數(shù)譯碼的石英數(shù)字鐘的設(shè)計方案,在Prote199SE軟件平臺下創(chuàng)建原理圖和繪制印制電路版,實現(xiàn)了基本計時顯示和設(shè)置、調(diào)整時間和鬧鐘等功能,最后組裝出一個完整的數(shù)字鐘。
關(guān)鍵詞:EDA技術(shù);數(shù)字鐘;LM8560;Prote199SE;印制電路版

    數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置,傳統(tǒng)數(shù)字鐘的設(shè)計過程要經(jīng)過設(shè)計方案提出、方案驗證和修改3個階段。一般采用搭接實驗電路的方法進行,往往需要實驗和修改的反復過程,直到設(shè)計出正確的結(jié)論為止,例如參考文獻中的多功能數(shù)字鐘的電路設(shè)計。而利用EDA工具,電子設(shè)計師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設(shè)計電子系統(tǒng),大量工作可以通過計算機完成,并可以將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計、性能分析到設(shè)計出IC版圖或PCB版圖的整個過程在計算機上自動處理完成。
    電子產(chǎn)品從系統(tǒng)設(shè)計、電路設(shè)計到芯片設(shè)計、PCB設(shè)計都可以用EDA工具完成,其中仿真分析、規(guī)則檢查、自動布局和自動布線是計算機取代人工的最有效部分。利用EDA工具,可大大縮短設(shè)計周期,提高設(shè)計效率,減小設(shè)計風險。
    Protel99SE是一個32位印制板輔助設(shè)計軟件包,具有強大的設(shè)計功能,可以完成原理圖、印制板設(shè)計和可編程邏輯器件設(shè)計。

1 數(shù)字鐘工作原理
    數(shù)字計時器一般由振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器、顯示器等幾部分組成。這些都是數(shù)字電路中應用最廣的電路,其組成框圖如圖1所示。



2 計數(shù)譯碼LM8560元件
    計數(shù)譯碼部分采用的是LM8560元件。LM8560為PMOS大規(guī)模集成電路,采用雙列直插塑封,配用4位數(shù)字顯示板。其等效原理框圖如圖2所示。特點:驅(qū)動7段LED發(fā)光管顯示;50/60Hz工作;12/24小時顯示;12小時顯示AM(上午)、PM(下午)指示;超前零關(guān)斷;9分鐘打盹報警;預置59分鐘(或1小時59分鐘)睡眠定時;預置24小時內(nèi)的報警;使用觸摸遞增器設(shè)置控制;電源失效指示;備用RC振蕩器;900 Hz樂音輸出。


    1)50/60 Hz輸出選擇國內(nèi)使用的交流電源頻率為50 Hz,只要將26腳(50/60Hz選擇)接到Vss即可。如果電源頻率為60 Hz時,此腳懸空不接。
    2)12/24小時顯示選擇將第28腳(12/24小時選擇)接到Vss即可顯示24小時格式;此腳懸空不連,可顯示12小時格式。
    3)CR輸入停電時,備用電池自動供電,片子內(nèi)部的時鐘振蕩器立刻工作,代替50/60 Hz輸入,控制時間計數(shù)器繼續(xù)計時,但不顯示;來電時自動轉(zhuǎn)為交流電源,恢復顯示。這樣雖然停電,仍能準確地計時。在CR輸入端接的R和C的數(shù)值,決定片內(nèi)時鐘振蕩器的頻率。備用振蕩器的穩(wěn)定度為±10%,精度為±10%。
    4)50/60 Hz輸入時間計數(shù)器的時基由50/60 Hz交流電源提供時從此端(第25腳)輸入。此端外接簡單的RC濾波電路,能夠消除電源電壓瞬變的影響,否則容易引起時鐘的誤記或器件的損壞。
    5)顯示模式選擇使用單刀單擲開關(guān)可選擇4種顯示中的一種:時間、秒、報警時間、睡眠時間。
    6)時間設(shè)置輸入小時設(shè)置和分設(shè)置端用來對準時間或設(shè)置報警和睡眠時間。在睡眠顯示模式時用小時設(shè)置即可將睡眠計時器置位到1小時59分鐘,否則將置位到59分鐘。
    7)電源失效指示若電源斷電后又來電,則所有筆畫均以1 Hz的頻度閃爍,而后可用小時設(shè)置和分設(shè)置輸入還原。
    8)報警輸出和報警關(guān)輸入如果報警設(shè)置和實時時間符合,則此端輸出控制外部電路發(fā)出以2 Hz斷續(xù)的900 Hz樂音。它可持續(xù)1小時59分鐘,除非它被報警關(guān)輸入或打盹輸入復位,恢復到正常狀態(tài)。此外還可以通過簡單的低通濾波器得到直流輸出,作為控制信號使用。
    9)打盹翰入在報警期間,此端輸入可暫時關(guān)閉報警9分鐘,之后報警信號再現(xiàn);在報警的1小時59分鐘內(nèi)可以重復使用。
    10)睡眠定時和輸入通常用于59分鐘(或1小時59分鐘)時間間隔內(nèi)自動打開,經(jīng)過59分鐘(或1小時59分鐘)收音機自動關(guān)閉。收音機的關(guān)閉也可用打盹輸入來手控。
    11)使用板限值任意腳上所加的電壓范圍:+0.3~-15.0 V,工作溫度:-20℃~+70℃,儲存溫度:-55℃~+150℃,引線最高溫度(焊接10 s):300℃。

3 創(chuàng)建電路原理圖
    在Protel99E軟件平臺下繪制如圖3所示的數(shù)字鐘電路圖。


    具體要求為:集成電路LM8560的封裝形式是DIP28;4069的封裝形式是DIP14;電阻RES2的封裝形式是AXIAL0.3;電容CAP的封裝形式是RAD0.1;電解電容ELECTRO1的封裝形式是RB.2/.4;晶振CRYSTAL的封裝形式是XTAL1;二極管DIODE的封裝形式是DIODE0.4;喇叭SPEAK-ER的封裝形式是AXIAL0.4;開關(guān)K1~K5的封裝形式是AXIAL0.3;EN-148-28的封裝形式采用自制。

4 繪制印制電路版
    1)進行電氣規(guī)則檢查和創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)表。
    2)規(guī)劃印制板,設(shè)置文檔參數(shù)。要求印制板尺寸為100mmx70mm;可視柵格1設(shè)置為1mm,可視柵格2設(shè)置為10mm,捕獲柵格設(shè)置為0.5mm。
    3)裝載原理圖的網(wǎng)絡(luò)表,由于二極管封裝中的焊盤編號與原理圖中的不一致,在裝載過程中會出錯所以要修改封裝中的焊盤編號與之保持一致,并進行更新PCB。
    4)元件進行手工布局調(diào)整。
    5)設(shè)置自動布線參數(shù)。具體要求如下:
    布線間隔:0.254 mm;
    布線轉(zhuǎn)彎角度:45°;
    布線層:頂層布線方向垂直,底層布線方向水平;
    布線寬度:網(wǎng)絡(luò)GND為1 mm;其他為0.5mm;
    進行自動布線,后進行手工調(diào)整。布線后的電路如圖4所示。


    6)用3D觀察印制板設(shè)計是否合理。數(shù)字鐘印制電路版3D圖如圖5所示。



5 結(jié)束語
    本系統(tǒng)基于EDA技術(shù)的設(shè)計方法,提出了一種采用PMOS大規(guī)模集成電路LM8560作為計數(shù)譯碼的石英數(shù)字鐘的設(shè)計方案,在Protel99SE軟件平臺下創(chuàng)建原理圖和繪制印制電路版,實現(xiàn)了基本計時顯示和設(shè)置、調(diào)整時間和鬧鐘等功能。解決了數(shù)字鐘從電路設(shè)計、性能分析到設(shè)計出PCB版(即印制電路版)圖的整個過程在計算機上自動處理完成的問題,從而縮短設(shè)計周期、提高設(shè)計效率、減小設(shè)計風險。制作設(shè)計好的數(shù)字鐘印制電路版,按照原理圖安裝電路,最后裝好外殼,一個數(shù)字石英鐘就做好了,如圖6所示。研究數(shù)字鐘及擴大其應用,有著非常的現(xiàn)實意義。

 

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