protel課程設(shè)計(jì)-交通燈控制器

1、成 績 評(píng) 定 表學(xué)生姓名班級(jí)學(xué)號(hào)專 業(yè)通信工程課程設(shè)計(jì)題目交通燈控制電路評(píng)語組長簽字：成績?nèi)掌?20 年 月 日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué) 院信息科學(xué)與工程學(xué)院專 業(yè)通信工程學(xué)生姓名班級(jí)學(xué)號(hào)課程設(shè)計(jì)題目交通燈控制電路實(shí)踐教學(xué)要求與任務(wù):1、繪制具有一定規(guī)模、一定復(fù)雜程度的電路原理圖*.sch。2、繪制電路原理圖相應(yīng)的雙面印刷板圖*.pcb。3、熟悉Protel 99 SE環(huán)境。4、綜合應(yīng)用數(shù)字電路知識(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)交通燈控制器。工作計(jì)劃與進(jìn)度安排: 指導(dǎo)教師： 201 年 月 日專業(yè)負(fù)責(zé)人：201 年 月 日學(xué)院教學(xué)副院長：201 年 月 日目 錄1 課程設(shè)計(jì)目的12 總體方案的設(shè)計(jì)13 單元電路的設(shè)計(jì)33

2、.1 秒脈沖產(chǎn)生電路33.2 計(jì)時(shí)器部分電路43.3 主控電路53.4 紅綠燈顯示電路54 protel軟件實(shí)現(xiàn)過程64.1 protel 99 SE簡介64.2 protel制作電路圖74.2.1 繪制電路的原理圖（*.SCH）74.2.2 元件封裝104.2.3 原理圖的檢查104.3 pcb雙面印刷版制作114.3.1 創(chuàng)建pcb文件114.3.2 生成網(wǎng)絡(luò)表124.3.3 設(shè)置pcb設(shè)計(jì)環(huán)境134.3.4 布置零件封裝位置134.3.5自動(dòng)布線155 設(shè)計(jì)體會(huì)176 參考文獻(xiàn)181 課程設(shè)計(jì)目的1. 綜合應(yīng)用數(shù)字電路知識(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)交通燈控制器。了解各種元器件的原理及其應(yīng)用。2. 深入了解

3、交通燈的工作原理。3. 熟悉protel環(huán)境。繪制交通燈控制器電路原理圖*.sch和相應(yīng)的雙面印刷板圖*.pcb。4. 鍛煉自己的動(dòng)手能力和實(shí)際解決問題的能力。2 總體方案的設(shè)計(jì)（1）通過分析系統(tǒng)的邏輯功能，畫出其機(jī)構(gòu)框圖如圖1。交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。它主要由秒脈沖信號(hào)發(fā)生器、定時(shí)器、控制器、譯碼器和計(jì)時(shí)顯示電路等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時(shí)器和控制器的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)源，譯碼器輸出兩組信號(hào)燈的控制信號(hào)，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時(shí)器和譯碼器的工作。圖1 系統(tǒng)的原理框圖（2）具體分析1. 東西干道綠燈亮，南北干道紅燈亮。南北干道禁止通行。綠燈亮規(guī)定的時(shí)間隔30s時(shí)，轉(zhuǎn)

4、到下一工作狀態(tài)。2. 東西干道黃燈亮，南北干道紅燈亮。南北干道禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時(shí)間間隔2s時(shí)，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。3. 東西干道紅燈亮，南北干道綠燈亮。表示東西干道禁止通行，南北干道上的車輛允許通行綠燈亮規(guī)定的時(shí)間間隔30s時(shí)，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。4. 東西干道紅燈亮，南北干道黃燈亮。表示東西干道禁止通行，黃燈亮足規(guī)定的時(shí)間間隔2s時(shí)，電路又轉(zhuǎn)換到第種1工作狀態(tài)。交通燈以上4種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是由控制器器進(jìn)行控制的。設(shè)控制器的四種狀態(tài)編碼為00、01、11、10，并分別用S0、S1、S2、S3表示，則控制器的工作狀態(tài)及功能如表所示，控制器應(yīng)送出甲、乙車道紅、黃、綠燈的控制信號(hào)。并作如下規(guī)定：

5、控制狀態(tài) 信號(hào)燈狀態(tài) 車道運(yùn)行狀態(tài)S0（00）東西干道綠，南北干道紅 東西干道通行，南北干道禁止通行S1（01）東西干道黃，南北干道紅 東西干道停車，南北干道禁止通行S2（11）東西干道紅，南北干道綠 東西干道禁止通行，南北干道通行S3（10）東西干道紅，南北干道黃 東西干道禁止通行，南北干道停車其狀態(tài)表為：表1狀態(tài)東西車道南北車道時(shí)間s0綠燈亮紅燈亮25秒s1黃燈亮紅燈亮5秒s2紅燈亮綠燈亮25秒s3紅燈亮黃燈亮5秒設(shè)： A: 表示東西干道綠燈亮的時(shí)間間隔為25秒，定時(shí)時(shí)間到A=1，否則，A=0。B:表示南北干道綠燈亮的時(shí)間間隔為25秒，定時(shí)時(shí)間到B=1，否則，B=0。C:表示黃燈亮的時(shí)間間

6、隔為5秒，定時(shí)時(shí)間到C=1，否則，C=0。狀態(tài)圖如下S1(01)S0（00） A=0 C=0 A=1 S2（11）S3（10）C=1 C=1B=1C=0 圖2 工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖B=03 單元電路的設(shè)計(jì)3.1 秒脈沖產(chǎn)生電路是一個(gè)能產(chǎn)生穩(wěn)定而精確的時(shí)間延遲和頻率的控制器。有觸發(fā)和復(fù)位功能。外接電阻、電容各一個(gè)就能精確控制時(shí)間延遲。作為振蕩工作時(shí)，振蕩頻率和占空因子由二個(gè)外接電阻和一個(gè)外接電容精確控制。圖3 秒脈沖產(chǎn)生電路原理圖電路圖如圖4所示圖43.2 計(jì)時(shí)器部分電路74LS190是單時(shí)鐘同步十進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器，當(dāng)U/D=0時(shí)做加法計(jì)數(shù)；當(dāng)U/D=1時(shí)做減法計(jì)數(shù)。引出端符號(hào)及功能：MAX/MIN進(jìn)

7、位輸出/錯(cuò)位輸出端；CLK時(shí)鐘輸入端（上升沿有效）；CTEN計(jì)數(shù)控制端（低電平有效）；AD并行數(shù)據(jù)輸入端；LOAD異步并行置入控制端（低電平有效）；QAQD輸出端； RCO并行波時(shí)鐘輸出端（低電平有效）；U/D加/減計(jì)數(shù)方式控制端。表2 CLKCTENLOADU/D工作狀態(tài)*11*保持*0*預(yù)置數(shù)上升沿010加法計(jì)數(shù)上升沿011減法計(jì)數(shù)本課設(shè)通過用兩片74LS190級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)交通燈控制電路的倒計(jì)時(shí)功能. 倒計(jì)時(shí)顯示部分通過BCD7段字形譯碼器和共陽極7段發(fā)光二極管顯示器相連來實(shí)現(xiàn)。電路圖結(jié)果如圖5所示。圖53.3 主控電路控制器是交通管理的核心，它應(yīng)該能夠按照交通管理規(guī)則控制信號(hào)燈工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換

8、。本課程設(shè)計(jì)用二十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS190實(shí)現(xiàn)，采用反饋歸零法構(gòu)成四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，即可從輸出端QB、QA得到所要求的4個(gè)狀態(tài)。輸入端為計(jì)數(shù)器數(shù)值為5、0時(shí)產(chǎn)生的兩個(gè)信號(hào)相與得到一個(gè)控制信號(hào)。3.4 紅綠燈顯示電路譯碼器的主要任務(wù)是將控制器的輸出 QA、 QB的4種工作狀態(tài)，翻譯成甲、乙車道上6個(gè)信號(hào)燈的工作狀態(tài)。控制器的狀態(tài)編碼與信號(hào)燈控制信號(hào)之間的關(guān)系如表2所示。表中A、B代表甲、乙車道。表3QB QAAG綠燈AY黃燈AR紅燈BG綠燈BY黃燈 BR紅燈0 01000010 10100011 00011001 1001010由計(jì)數(shù)器部分電路產(chǎn)生的控制信號(hào)脈沖脈沖，送給控制器的74LS190芯片。

9、從而使控制器狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換。電路原理圖如圖6所示。圖64 protel軟件實(shí)現(xiàn)過程4.1 protel 99 SE簡介Protel99SE是Protel公司在80年代末推出的EDA軟件,應(yīng)用廣泛功能強(qiáng)大,是個(gè)完整的板級(jí)全方位電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)。它包含了電原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號(hào)仿真、多層印制電路板設(shè)計(jì)（包含印制電路板自動(dòng)布線）、可編程邏輯器件設(shè)計(jì)、圖表生成、電子表格生成、支持宏操作等功能。Protel 99 SE不僅在繪制原理圖、PCB版布局布線等方面功能更加完善，而且為用戶提供功能強(qiáng)大、使用方便的仿真器，它可以對(duì)當(dāng)前所畫的電路原理圖進(jìn)行即時(shí)仿真，因此在電路的整個(gè)設(shè)計(jì)周期都可以仿真查看和

10、分析其性能指標(biāo)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問題并加以改正，從而更好的完成電路設(shè)計(jì)。 Protel99se軟件中提供了SIM99se數(shù)模混合仿真器集成軟件可以對(duì)許多電子線路進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)，模擬運(yùn)行，反復(fù)修改。提供了接近6000個(gè)仿真元件和大量的數(shù)學(xué)模型，可以對(duì)電工電路，低頻電子線路、高頻電子線路和脈沖數(shù)字電路在一定范圍內(nèi)進(jìn)行仿真分析。 仿真結(jié)果以多種圖形方式輸出，直觀明了，可以單圖精細(xì)分析，也可以多圖綜合比較分析、并可通過不同的角度進(jìn)行分析，以獲得對(duì)電路設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確判斷。Protel 99 se仿真方面其具有的特點(diǎn)有：強(qiáng)大的分析功能、豐富的信號(hào)源、充分的仿真模型庫、友好的操作界面。4.2 protel

11、制作電路圖4.2.1 繪制電路的原理圖（*.SCH）(1) 創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目首先啟動(dòng)protel 99 SE 系統(tǒng)。如圖7所示，創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目，名稱為JiaoTongDeng.ddb。圖7單機(jī)【OK】，顯示結(jié)果如圖8圖8 (2) 創(chuàng)建原理圖文件（*.SCH）打開Documents文件夾，單擊右鍵，選擇New，結(jié)果如圖9所示圖9選擇Schematic Document文件夾，單擊【OK】，結(jié)果如圖10所示圖10(3) 添加元件庫執(zhí)行菜單命令【Dsign】/【Add/Remove Library】，單擊Add按鈕添加所需要的元件庫。本課程設(shè)計(jì)需要從【Protel DOS Schematic】庫中添加NE

12、555定時(shí)器；從【sim】庫中添加7段數(shù)碼管AMBERCA、BCD7段字形譯碼器7446和十進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器74LS190；從【Miscellaneous Device】庫中添加LED、電阻、電容、與或非門邏輯器件。(4) 按設(shè)計(jì)的電路原理圖添加元件并連接電路，結(jié)果如圖11所示圖114.2.2 元件封裝雙擊元件，為每個(gè)元件設(shè)置封裝號(hào)和元件名稱。電阻R1的封裝號(hào)如圖12所示。圖12電阻R1R8的封裝號(hào)相同。無極性1的封裝號(hào)為RAD0.1，有極性電容C2的封裝號(hào)為POLAR0.8，LED的封裝號(hào)為DIODE0.4，集成芯片的封裝號(hào)再添加元件時(shí)自動(dòng)給出。4.2.3 原理圖的檢查原理圖繪制完成后，要進(jìn)

13、行檢查。因?yàn)樵韴D與其他的圖不同，不是簡單的電路的點(diǎn)和線，而是代表著實(shí)際的電器元件和它們之間的相互連接。因此，它們之間不僅僅具有一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，還必須遵循一定的電氣規(guī)則。電氣規(guī)則檢查（ERC）是進(jìn)行電路原理圖設(shè)計(jì)過程中非常重要的步驟之一；原理圖的電氣規(guī)則檢查是發(fā)現(xiàn)一些不應(yīng)該出現(xiàn)的短路、開路、多個(gè)輸出端子短路和未連接的輸入端子等。電氣規(guī)則檢查還對(duì)原理圖中所用元件里，若有元件輸入端有定義，則對(duì)該元件的輸入端進(jìn)行是否有信號(hào)源的檢查，若沒有直接信號(hào)源，系統(tǒng)會(huì)提出警告。做好的辦法就是在該端放置“NO ERC”。執(zhí)行菜單命令【Tools】/【ERC】，對(duì)原理圖進(jìn)行電氣特性檢查，運(yùn)行結(jié)果如圖13所示。圖13

14、結(jié)果顯示電路原理圖無電氣特性錯(cuò)誤。4.3 pcb雙面印刷版制作印制電路板，又稱印刷電路板、印刷電路板，簡稱印制板，英文簡稱PCB (printed circuit board )或PWB(printed wiring board)，以絕緣板為基材，切成一定尺寸，其上至少附有一個(gè)導(dǎo)電圖形，并布有孔（如元件孔、緊固孔、金屬化孔等），用來代替以往裝置電子元器件的底盤，并實(shí)現(xiàn)電子元器件之間的相互連接。由于這種板是采用電子印刷術(shù)制作的，故被稱為“印刷”電路板。習(xí)慣稱“印制線路板”為“印制電路”是不確切的，因?yàn)樵谟≈瓢迳喜]有“印制元件”而僅有布線。 它是重要的電子部件，是電子元器件的支撐體。4.3.1

15、創(chuàng)建pcb文件(1) 立空白PCB文件。執(zhí)行菜單命令【File】/【New】/【PCB】，即可完成PCB文件的建立。(2) 命名PCB文件 在PCB編譯環(huán)境中，執(zhí)行菜單命令【File】/【Save As】將“PCB1”更名為“jiaotongdeng”。新創(chuàng)建的PCB編輯界面如圖14所示。圖144.3.2 生成網(wǎng)絡(luò)表打開原理圖編輯窗口，執(zhí)行菜單命令【Dsign】/【create Netlist】，如圖15所示。圖15單擊【OK】，運(yùn)行結(jié)果如圖16所示。圖164.3.3 設(shè)置pcb設(shè)計(jì)環(huán)境(1) 進(jìn)入PCB系統(tǒng)后的第一步就是設(shè)置PCB設(shè)計(jì)環(huán)境，包括設(shè)置格點(diǎn)大小和類型，光標(biāo)類型，版層參數(shù)，布線參數(shù)

16、等等。大多數(shù)參數(shù)都可以用系統(tǒng)默認(rèn)值，而且這些參數(shù)經(jīng)過設(shè)置之后，符合個(gè)人的習(xí)慣，以后無須再去修改。(2) 規(guī)劃電路版，主要是確定電路版的邊框，包括電路版的尺寸大小等等。在需要放置固定孔的地方放上適當(dāng)大小的焊盤。對(duì)于3mm 的螺絲可用6.58mm 的外徑和3.23.5mm 內(nèi)徑的焊盤對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)板可從其它板或PCB izard 中調(diào)入。(3) 在繪制電路版地邊框前，一定要將當(dāng)前層設(shè)置成Keep Out層，即禁止布線層。4.3.4 布置零件封裝位置Protel99可以進(jìn)行自動(dòng)布局,也可以進(jìn)行手動(dòng)布局。如果進(jìn)行自動(dòng)布局，運(yùn)行Tools下面的Auto Place,用這個(gè)命令，你需要有足夠的耐心。布線的關(guān)鍵是

17、布局，多數(shù)設(shè)計(jì)者采用手動(dòng)布局的形式。用鼠標(biāo)選中一個(gè)元件，按住鼠標(biāo)左鍵不放，拖住這個(gè)元件到達(dá)目的地，放開左鍵，將該元件固定。Protel99在布局方面新增加了一些技巧。新的交互式布局選項(xiàng)包含自動(dòng)選擇和自動(dòng)對(duì)齊。使用自動(dòng)選擇方式可以很快地收集相似封裝的元件，然后旋轉(zhuǎn)、展開和整理成組，就可以移動(dòng)到板上所需位置上了。當(dāng)簡易的布局完成后，使用自動(dòng)對(duì)齊方式整齊地展開或縮緊一組封裝相似的元件。(1) 打開PCB編輯界面，執(zhí)行菜單命令【Design】/【Load Netlist】，如圖17所示圖17（2）單擊Browse，選擇jiaotongdeng.NET并單擊【OK】，結(jié)果如圖18所示圖18(3) 單擊【

18、Execute】，然后手動(dòng)布線，如圖19所示。圖194.3.5自動(dòng)布線(1) 設(shè)置電路板的禁止布線區(qū)域首先在PCB編輯器工作狀態(tài)下，設(shè)定當(dāng)前的工作層面為“Keep-Out Layer”。然后確定電路板的電器邊界。執(zhí)行菜單命令【Place】【Line】，光標(biāo)變?yōu)槭譅?。將光?biāo)移到工作窗口中的適當(dāng)位置，確定一邊界的起點(diǎn)。然后拖動(dòng)光標(biāo)至某一點(diǎn)，再確定電器邊界一邊的終點(diǎn)。(2) 自動(dòng)布線執(zhí)行菜單命令【Auto Route】，選擇自動(dòng)布線的方式為all。選中除了Add Testpoints 以外的所有項(xiàng)，特別是選中其中的Lock All Pre-Route 選項(xiàng)，Routing Grid 可選1mil

19、等。自動(dòng)布線開始前PROTEL 會(huì)給你一個(gè)推薦值可不去理它或改為它的推薦值，此值越小板越容易100%布通，但布線難度和所花時(shí)間越大。在彈出窗口中單擊【Route all】，單擊【OK】，運(yùn)行結(jié)果如圖20所示。圖20假如不能完全布通則可手工繼續(xù)完成或UNDO 一次（千萬不要用撤消全部布線功能，它會(huì)刪除所有的預(yù)布線和自由焊盤、過孔）后調(diào)整一下布局或布線規(guī)則，再重新布線。完成后做一次DRC，有錯(cuò)則改正。布局和布線過程中，若發(fā)現(xiàn)原理圖有錯(cuò)則應(yīng)及時(shí)更新原理圖和網(wǎng)絡(luò)表，手工更改網(wǎng)絡(luò)表（同第一步），并重裝網(wǎng)絡(luò)表后再布。需加粗的地線、電源線、功率輸出線等加粗，某幾根繞得太多的線重布一下，消除部分不必要的過孔，再次用VIEW3D 功能察看實(shí)際效果。手工調(diào)整中可選Tools-Density Map 查看布