Protel應用課程設計方案汽車尾燈控制器設計方案

1、課程設計任務書學生姓名：專業(yè)班級：指導教師： 工作單位：信息工程學院題目：Protel 應用課程設計汽車尾燈控制器設計初始條件：（1） （ 1）可選元件：74LS 系列芯片、555 定時器、發(fā)光二極管、電阻、電容、電 鍵若干；+5V 直流電源（2） 可用儀器：示波器，萬用表，毫伏表（3） 仿真軟件：Protel 99SE要求完成的主要任務：（1） （ 1）使用 protel 制作汽車尾燈控制器的電路原理圖（2） 使用 protel 制作汽車尾燈控制器的 PCB 圖（3） 使用 protuse 進行電路仿真設計時間安排：（1） 第 1-3 周：選題及任務安排。（2） 第 4-10 周：方案選擇及

2、設計。（3） 第 11-16 周：仿真及 PCB 制作（鑒主 13 樓計算機實驗室）。（4） 第 17-18 周：撰寫報告及答辯。指導教師簽名：年 月曰系主任（或責任教師）簽名：年 月曰摘要本系統(tǒng)利用 74 系列芯片、555 定時器、JK 觸發(fā)器、電阻和電容對輸入的汽車行進情況信號 進行控制，再進行譯碼,輸出相應信號，同時采用時鐘信號，控制電路的驅動部分，最后 由發(fā)光二極管模擬汽車尾燈顯示各種情況下的燈亮情況。本課程設計根據(jù)計算機中狀態(tài)機原理，采用 EDA 技術設計了簡易的汽車尾燈控制器。系統(tǒng)設計采用自頂向下的設計方法，頂層設計采用 原理圖設計方式，它由時鐘分頻模塊、汽車尾燈主控模塊，左邊燈控

3、制模塊和右邊燈控制模塊四部分 組成。系統(tǒng)實現(xiàn)采用硬件描述語言VHDL 把系統(tǒng)電路按模塊化方式進行設計，然后進行編譯、時序仿真等。本文詳細地介紹了整個設計流程。關鍵字：汽車尾燈 74 系列 信號 燈亮ABSTRACTThe system uses 74 series chip, 555 timer, JK flip-flop, resistors and capacitors on the input sig nal of the auto road to con trol the situatio n, further decodi ng, the corresp onding output

4、signal, at the same time using the clock sig nal, the drive con trol circuit part, and fin ally by theSimulation of automotive LED taillights, a variety of situations show that the case lights. Thecurriculum design of state machine in accordancewith the principle of the computer, using a simpletechn

5、ical design EDA car taillight controller. System design using top-down design methodology,the use of top-level design schematic design, which is the clock frequency modules, automotivetaillights control module, the left and right lamp control module control module lights composed offour parts. Syste

6、m using VHDL hardware description Ianguage circuit in accorda nce with thesystems approach to modular desig n, and the n proceed to compile, such as timing simulation. Thisarticle describes in detail throughout the design process.Keywords: auto lamps lights 74 light series1 汽車尾燈控制器設計目的和任務 11.2 設計任務

7、12 PROTEK 件簡介錯誤！未定義書簽。2.1 PROTEL 99 SE 的系統(tǒng)組成錯誤！未定義書簽2.2 PROTEL 99 SE 的功能特性 錯誤！未定義書簽3 汽車尾燈控制器原理分析 13.2 系統(tǒng)框圖 23.3 單元電路設計與分析 24 PROTEL 原理圖繪制 9 44.1 準備畫圖 44.2 載入元器件原理圖符號庫 54.3 原理圖放置元件 64.4 連接電路 74.5 電氣法則測試 75 PCB 板制作 85.1 由原理圖生成網絡表 85.2 創(chuàng)建 PCB 文件 95.3 導入元器件 95.4 元器件的布局與布線 106 PROTUS 仿真 167 PROTEL 設計總結 1

8、7參考文獻 17 附錄 18汽車尾燈控制器設計1汽車尾燈控制器設計目的和任務1.1 設計目的學習并掌握 Protel 電子電路設計軟件使用方法。設計具有以下功能的電路： 設汽車尾部左右兩側各有 3 個指示燈，汽車運行時具有如下模式：1汽車正常行駛時，左右兩側的指示燈全部處于熄滅狀態(tài)。2當汽車右轉彎時，右側的 3 個指示燈按右循環(huán)順序點亮。3當汽車左轉彎時，左側的 3 個指示燈按左循順序點亮。4臨時剎車時，所有的指示燈同時閃爍。熟練地掌握數(shù)字模擬電路的綜合運用。熟練地掌握PCB 設計的流程，并應用。1.2 設計任務3汽車尾燈控制器原理分析經過以上所述的設計內容及要求的分析，可以把電路分為開關控制

9、電路，即控制汽車 左、右轉狀態(tài)的模式控制電路和汽車尾燈譯碼、顯示、驅動等各部分電路。以下就這幾個 部分對電路進行分析和設計：3.1 尾燈狀態(tài)與運行狀態(tài)關系根據(jù)設計要求可知，汽車尾燈要有四種不同的運動狀態(tài)，因此需要有 4 中不同的顯示 模式，為了能夠一一區(qū)分它們，可以設置 2 個狀態(tài)控制變量，假定用開關 K1 和 K2 進行 顯示模式、控制，根據(jù)設計相關要求可列出汽車尾燈相識狀態(tài)和運行狀態(tài)的關系，如表1所示：控制 K2、K1運行狀態(tài)右尾燈 L1、L2、L3左尾燈 L4、L5、L600白天正常行駛燈滅燈火01右轉彎按 L1、 L2、 L3 順序循環(huán)亮燈火10左轉彎燈火按 L4、L5、L6 順丿予循

10、環(huán)亮1 1臨時剎車或夜間L1、L2、L3、L4、L5、L6 隨時鐘脈沖閃正常行駛爍表 1 汽車運行狀態(tài)表3.2 系統(tǒng)框圖在分析了以上功能原理后，由設計的基本要求可知，整個電路包括以下幾部分：開關控制電路，三進制計數(shù)器，譯碼與顯示驅動電路，尾燈狀態(tài)顯示電路，秒脈沖產生電路。需要一計數(shù)電路用于產生三端輸出的 001、010、100 的循環(huán)信號，此信號提供左轉、右轉 的原始信號。左轉、右轉的原始信號通過6 個與門以及電鍵提供的高低電位信號，將原始信號分別輸出到左、右的 3 個汽車尾燈上。這部分電路起到信號分揀的作用。左轉右轉控 制電路控制尾燈點亮模式，是閃爍，順次點燃，還是熄滅。綜上所述，可以得到了

11、整個系統(tǒng)的方框圖。3.3 單元電路設計與分析3.3.1 開關控制電路設 74LSI38 和顯示驅動電路的使能端信號分別為 G 和 A,根據(jù)總體邏輯功能表分析及 組合得 G A與給定條件（K2、K1、CP）的真值表，如表 3 所示：開關控制使能信號K2 K1 CPG A0 0 00 10 0 10 10 1 01 10 1 11 11 0 01 11 0 11 11 1 00 01 1 10 1表 3 K2、K1、CP 與 G、A 邏輯功能真值表由表3經過整理得邏輯表達式G=KK1A=.K2K1+CPI由上式得開關控制電路3.3.2 三進制計數(shù)器三進制計數(shù)器電路可根據(jù)表2 由雙 J K 觸發(fā)器

12、74LS76 構成，去控制譯碼器的A1A0 此電路結構簡單，成本較低，選用此方案。333 譯碼與顯示驅動電路譯碼與顯示驅動電路的功能是：在開關控制電路輸出和三進制計數(shù)器狀態(tài)的作用下， 提供 6個尾燈控制信號，當譯碼驅動電路輸出的控制信號為低電平時，相應指示燈點亮。因此，譯碼與顯示驅動電路可用74LS138（其功能表如表 4 所示）、6 個與非門和 6 個反相器構成。譯碼器 74LS138于計數(shù)器狀態(tài) Q1QL_16 15 14 13 12 11 10的反相器輸出依次為低電平，從而使指示燈 3&得與指示燈 L4、L5、對應的反相器輸出依次為低電平，從而使指示燈順序點亮，示意汽車左轉彎；當

13、二二時，譯碼器輸出為全 1,使所有指示燈對應的反相器輸出全部為高電平，指示燈全部熄滅；當圖中G=Q F=cp 時，所有指示燈隨 cp 的頻率閃爍。實現(xiàn)了 4 種不同模式下的尾燈狀態(tài)顯示。為高電平 1芯片處于不工作狀態(tài)，要么只有一個為低電平 0,其余 7 個輸出引腳全高電平1。如果出現(xiàn)兩個輸出引腳同時為 0 的情況，說明該芯片已經損壞。71LS138 有三個附加的控 制端、和。當、時，輸出為高電平（S= 1），譯碼器處于工作狀態(tài)。否則，譯碼器被禁 止，所有的輸出端被圭寸鎖在高電平，如表 4 所示。這三個控制端也叫做“片選”輸入端， 利用片選的作用、Q1、QQ 當 G=F=1 K 仁 0 時，對，

14、使得與指示燈 L1、L2、L3 對應L3 依次順序點亮，示意汽車右轉彎；當 G=F=1 K1=1弓1 2 3 4 5 6 701、10,譯碼器輸出依次為 0,使L4、L5、L6 依次3.3.4 秒脈沖產生電路十由 555 定時器構成的流大，功能靈活，又頻X13.4 典型芯片分析1-11111輸由于和 555 定時器內部的比較器靈敏度搞， 輸出驅動電000000度影101蕩器的震蕩頻率穩(wěn)定。1 11 1100表 4圖3 71LS138引腳圖111110 1111110無論從邏輯圖還是功能表我們都可以看到130 線-8 線譯碼器 74LS138 勺功能表74LS138 勺八個輸出弓 I 腳，任何時

15、刻要么全可以將多篇連接起來以擴展譯碼功能。7間變化。圖 4 555 定時器構成的多諧振蕩器電路及工作（2）設置畫圖環(huán)境菜單 Design/Document Option，在如圖 5 所示的窗口中設置圖紙尺寸、柵格等內容。4 Protel4.1Vcf 2%1%6555啟動卜5a從 Windows操作系統(tǒng)的開始-b 使用菜單即菜單或桌面快捷圖標進入 o 和建立新工程文件。并且重命名為*c 使用菜單 File/New，在下拉菜單選擇 SchematicVcc,o這時,充維uc下降,腳）)Vcc持時1穩(wěn)間來回翻轉，則輸出可得矩形波。電路一旦起振后，uc 電壓總是在（1/32/3 ） Vcc 之穩(wěn)態(tài)。圖

16、 5 繪圖環(huán)境窗口(3)填寫圖紙設計信息圖 6 圖紙信息窗口4.2 載入元器件原理圖符號庫(1) 在設計瀏覽器管理中單擊 Browse 標簽，即可打開原理圖編輯管理窗口。(2) 裝入所需要的元器件原理圖符號庫。單擊管理窗口中的Add/Remove 按鈕，系統(tǒng)彈出【Change Library File List】對話框。2Tii也1；10丘l_itjr-aryrFile ILi-st ulluutucJ Filths.C-KPfogim FilesKDE deploreESS SE %.LhtnrS chB okiop of h4iicell三門eou生DC-KFrai-rn FilesKDE

17、Eitjiri EMpflorsr日勻SIE KLiiLir rfryS亡卜lEqllws:tvli亡:fQ戸$gu 匡玉主曰匕tied呂U S-Pragi-airinFilldD enignEK戸lor亡r392E SiLiibir耳rSlS u卜itlhd11玉匸巴llh-*iTi口UMDe-vic-es. l JI 匚-乂尸re口rm FilXD iioirb E Mplraire-r 99 SE LiibirrjXS iclh尸jr口F.l DOS Suh步E4tiu Ji旨旦C:VProgrorrii FileD dsiQn EMRIOF&F99 S E XL pbrdrjX

18、S cKVS rm. ddlD匚:VProorauTii FiluAD&SJ口m IE xplore：T 99 S KLibrarvXS cHXXplinM D atatjoolkj&. cJdlh圖 7 庫文件列表對話框(3)在圖中鼠標單擊【查找范圍】，選擇 Protel 99SE 自帶的元器件原理圖符號庫的存放 路徑。在元器件原理圖符號庫列表框中單擊所需要的庫文件，例如“ MiscellaneousDevices.ddb ”，然后單擊 Add 按鈕，被選中的文件就會出現(xiàn)在【Selected Files】 列表框中。(5) 重復上述操作，將所需要的庫文件都加到列表框中，然后單

19、擊0K(6) 若想移除某個已裝入的元件庫， 只要在 【Selected Files】 列表框中選中該文件， 單 擊 Remove按鈕即可。4.3 原理圖放置元件(1)電容、電阻等常用元件也在Miscellaneous Devices.Lib 庫里，該應該已經在Libraries 面板中被選擇。在 Libraries 面板的元件過濾器欄鍵入 cap 或 res。(3)在元件列表中點擊元件選擇它，然后點擊Place 按鈕。現(xiàn)在在你的光標上懸浮著一個電容符號。A匚tul Utscr PrOQir-ammotitedldt*T警4MOAOQIIOQ. ddbTAPIeciro Intearated U

20、ir匚uitsBddihT聿 4 何 aAsiCrddb為魚薩日 q 占i匚,ddt-AMDConverter. ddbAPtisra Interfs匚e-cibbAMDInterfaceBddbA止 mrmMemoryHddb謝色嚴1網口Logjcddb用肖八止1薩耳Perlpherail, ddbMemory，cildb-*| irr |kD scir i -pt iOXL二A.-C t. d Us carPIT Ounm o.bX43 - ddUbCT.) -| Fir o t. a J_Da = i；gTLf i 1_ - d.dlb)AddR eymiave-UariEzul按 TA

21、B 鍵編輯電容的屬性。在 Component Properties 對話框的 Properties 單元， 設置Designator，檢查 PCE 封裝模型。規(guī)則欄的設置將顯示在原理圖中。點擊規(guī)則列表中的Add 顯示 Parameter Properties對話框，進行相應的設置。4. 4 連接電路連線起著在你的電路中的各種元件之間建立連接的作用。(1) 從菜單選擇 Place ?Wire 或從 Wiring Tools 工具欄點擊 Wire 工具進入連線模式。 光標將變?yōu)槭中螤睢?2) 將光標放在元件一端。當你放對位置時，一個紅色的連接標記會出現(xiàn)在光標處。這 表示光標在元件的一個電氣連接點

22、上。(3) 左擊或按 ENTERS 定第一個導線點。移動光標你會看見一根導線從光標處延伸到固 定點。(4) 將光標稱到 Q1 的基極上，你會看見光標變?yōu)橐粋€紅色連接標記。左擊或按ENTER連接到 Q1 的基極。(5) 完成這部分導線的放置。注意光標仍然為十字形狀，表示你準備放置其它導線。要完全退出放置模式恢復箭頭光標，你應該再一次右擊或按ESC4.5 電氣法則測試選擇菜單命令 Tools/ERC，系統(tǒng)彈出【Setup Electrical Rule Check】設置對話框，進行相應設置后點擊 0K 即可進行電器檢測。正確的電氣檢測報告如圖12 所示。圖 8 ERC 報告rilyDesignl.

23、 proteltl. Sch. ERC proteltl. NET proteltl. XLSError Report For : proteltl.Sch6-Jun-200916:19:10End Rep口：rt5 PCB板制作5.1 由原理圖生成網絡表(1) 選取菜單命令 Design/Creatlist ，系統(tǒng)彈出【Netlist Creation】對話框。(2) 設置完成后點擊 0K 按鈕即可創(chuàng)建網絡表。f krATAWATAE1ATAHH1T圖 9 完整的原理圖MyDesi . ddb | pz-oteltl. ScK proteltl. EEC上protelt 1 - BET pr

24、oteltl. XLS |rDlDIODEO 4LEDJLD2DIODEO 4LEDLD3DIODEO.4圖 10 網絡報表5.2 創(chuàng)建 PCB 文件使用菜單命令 File/New，在彈出的對話框中選擇 PCB Document 建立 PCB 文件。在PCB 編輯器中 KeepOutLayer 畫如下的方框圖。5.3 導入元器件在 PCB 編輯器中選取菜單命令 Design/Load Nets，打開【Load/Forward Annotate Netlist】對話框。(2) 單擊對話框中的 Browse 按鈕彈出【Select】對話框，就可以選擇網絡表文件。(3) 選擇網絡表后程序自動生成相應

25、的宏網絡，生成所有宏網絡的對話框如下圖。2 2IBCRLoad/Forwdrrl Annotate Net listNctlistNetlist Fi Sheet4.NET (xiaoxiong.ddb)Browse.,.Delete components not iiUpdate footprNo.ActionError3Add new component C3Add new component C4dAdd new component C5Add new component DIAdd new component D28Add new component D39Add new compon

26、ent D-41 0Add new component QITrS tatusAll macros validatedAdvanced.Execute Cancel | Help圖 11 正確生成網絡宏的對話框(4)正確生成所有宏網絡后，單擊 Execute 按鈕，即可開始載入網絡表和元器件圭寸裝.5.4 元器件的布局與布線在 PCB 編輯器中選擇菜單命令 Tools/Auto Placemen,在彈出的對話框中進行相應的設置后即可完成自動布局，自動布局后還可手工調整布局，本設計采用的是手動布局。進行布線設置后，執(zhí)行 Auto Route/All 后開始自動布線，也可手工布線。布線后的不同效果

27、圖如下圖所示。徐華蓉70nmaT 通信0圖 12 完整 PCB 效果圖6 PROTUS仿真經過 PROTUS 仿真軟件仿真結果如下：仿真結果說明本設計可以實現(xiàn)預定功7 Protel設計總結:作為電路設計必須使用的軟件，Protel99se 被現(xiàn)代電子設計者們廣泛的使 用，我們作為電子信息工程專業(yè)的學習者，掌握這種實用性好、專業(yè)性強的軟 件。經過對 Protel99se 一周的學習和應用，從開始的無法上手，到現(xiàn)在的馬馬 虎虎，雖然不能說做的很好，但是自己看到了自己的進步，從這點上還是很高 興的。開始是按設計圖布線，第一次做用的漢化版，所以熟悉的也要快點，在設 計的時候就出現(xiàn)了問題，有些元件在庫中

28、的管腳長度是一定的，這讓線路會發(fā) 生轉折影響美觀，經過摸索，發(fā)現(xiàn)元件可以自己編輯，我就把電阻的管腳長度 從縮短了一半，這樣就可以了，最開始不知道要封裝，所以第一次沒有封裝， 然后進行 ERC 電氣檢查，有很多錯誤，然后返回 SCH 制作頁面，發(fā)現(xiàn)是有 2 個網然后是制作網絡表，這時我是靠觀看視頻來學習的，再是創(chuàng)建PCB 電路板，這時就發(fā)現(xiàn)有很多錯誤，這時我才知道元件需要仔細設置Footprint ，即元件的封裝，我上網搜了一個封裝表，里面有很多封裝形式，電阻電容都有它 各自的封裝形式，于是我對它們進行封裝，再制作網絡表導入PCB 發(fā)現(xiàn)還是有問題，后來才發(fā)現(xiàn)，我們 Protel99se 軟件本身就有一個 PCB 封裝庫，一些常 用元件就有它自己的封裝，如果沒有封裝形式，就需要按照元件實際大小進行 封裝設計，這時再對 SCH 文件中進行封裝，制作網絡表，從 60 個錯誤剩下了只 有 4 個錯誤了，這 4 個錯誤都和電阻 R1 有關，經過分析，最后發(fā)現(xiàn)是最開始做 SCH 文件時，自己編輯電阻管腳長度忘記管腳 NODE 的標記，這樣再對它進行修 改后，網絡表中就沒有錯誤了。導入 PCB 的制作，PCB 的制作有很多規(guī)則，首先要滿足可行性，再