1、 Protel 应用课程设计课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 信息工程学院 题 目: Protel 应用课程设计汽车尾灯控制器设计 初始条件： （1） （1）可选元件：74LS 系列芯片、555 定时器、发光二极管、电阻、电容、电键若干；+5V 直流电源（2）可用仪器：示波器，万用表，毫伏表（3）仿真软件：Protel 99SE要求完成的主要任务: （1） （1）使用 protel 制作汽车尾灯控制器的电路原理图（2）使用 protel 制作汽车尾灯控制器的 PCB 图（3）使用 protuse 进行电路仿真设计时间安排：（1）第 1-3 周：选题及任务安排。（2）
2、第 4-10 周：方案选择及设计。（3）第 11-16 周：仿真及 PCB 制作（鉴主 13 楼计算机实验室） 。（4）第 17-18 周：撰写报告及答辩。指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日whut Protel 应用课程设计I摘要本系统利用74系列芯片、555定时器、JK 触发器、电阻和电容对输入的汽车行进情况信号进行控制，再进行译码,输出相应信号，同时采用时钟信号，控制电路的驱动部分，最后由发光二极管模拟汽车尾灯显示各种情况下的灯亮情况。本课程设计根据计算机中状态机原理，采用 EDA 技术设计了简易的汽车尾灯控制器。系统设计采用自顶向下的设计方法，顶层设计采用
3、原理图设计方式，它由时钟分频模块、汽车尾灯主控模块，左边灯控制模块和右边灯控制模块四部分组成。系统实现采用硬件描述语言 VHDL 把系统电路按模块化方式进行设计，然后进行编译、时序仿真等。本文详细地介绍了整个设计流程。关键字： 汽车尾灯 74 系列 信号 灯亮 ABSTRACTwhut Protel 应用课程设计IIThe system uses 74 series chip, 555 timer, JK flip-flop, resistors and capacitors on the input signal of the auto road to control the situati
4、on, further decoding, the corresponding output signal, at the same time using the clock signal, the drive control circuit part, and finally by the Simulation of automotive LED taillights, a variety of situations show that the case lights. The curriculum design of state machine in accordance with the
5、 principle of the computer, using a simple technical 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, automotive taillights control module, the left and right lamp control module
6、control module lights composed of four parts. System using VHDL hardware description language circuit in accordance with the systems approach to modular design, and then proceed to compile, such as timing simulation. This article describes in detail throughout the design process.Keywords: auto lamps
7、 lights 74 light series目 录whut Protel 应用课程设计III1 汽车尾灯控制器设计目的和任务 .11.1 设计目的 .11.2 设计任务 .12 PROTEL 软件简介 22.1 PROTEL 99 SE 的系统组成 22.2 PROTEL 99 SE 的功能特性 33 汽车尾灯控制器原理分析 .43.2 系统框图 .43.3 单元电路设计与分析 .54 PROTEL 原理图绘制 .94.1 准备画图 .94.2 载入元器件原理图符号库 104.3 原理图放置元件 114.4 连接电路 114.5 电气法则测试 125 PCB 板制作 .145.1 由原理图生
8、成网络表 145.2 创建 PCB 文件 145.3 导入元器件 145.4 元器件的布局与布线 156 PROTUSE 仿真 167 PROTEL 设计总结 .17参考文献 17附录 18武汉理工大学 Protel 课程设计1汽车尾灯控制器设计 1 汽车尾灯控制器设计目的和任务1.1 设计目的学习并掌握 Protel 电子电路设计软件使用方法。设计具有以下功能的电路：设汽车尾部左右两侧各有3个指示灯，汽车运行时具有如下模式： 汽车正常行驶时，左右两侧的指示灯全部处于熄灭状态。 当汽车右转弯时，右侧的3个指示灯按右循环顺序点亮。 当汽车左转弯时，左侧的3个指示灯按左循顺序点亮。 临时刹车时，所
9、有的指示灯同时闪烁。熟练地掌握数字模拟电路的综合运用。熟练地掌握 PCB 设计的流程，并应用。1.2 设计任务3 汽车尾灯控制器原理分析经过以上所述的设计内容及要求的分析，可以把电路分为开关控制电路，即控制汽车左、右转状态的模式控制电路和汽车尾灯译码、显示、驱动等各部分电路。以下就这几个部分对电路进行分析和设计：3.1 尾灯状态与运行状态关系根据设计要求可知，汽车尾灯要有四种不同的运动状态，因此需要有 4 中不同的显示模式，为了能够一一区分它们，可以设置 2 个状态控制变量，假定用开关 K1 和 K2 进行显示模式、控制，根据设计相关要求可列出汽车尾灯相识状态和运行状态的关系，如表 1所示:
10、武汉理工大学 Protel 课程设计2控制 K2、K1 运行状态 右尾灯 L1、L2、L3 左尾灯L4、L5、L60 0 白天正常行驶 灯灭 灯灭0 1 右转弯 按 L1、L2、L3 顺序循环亮灯灭1 0 左转弯 灯灭 按 L4、L5、L6 顺序循环亮1 1 临时刹车或夜间正常行驶L1、L2、L3、L4、L5、L6 随时钟脉冲闪烁表 1 汽车运行状态表3.2 系统框图在分析了以上功能原理后，由设计的基本要求可知，整个电路包括以下几部分：开关控制电路，三进制计数器，译码与显示驱动电路，尾灯状态显示电路，秒脉冲产生电路。需要一计数电路用于产生三端输出的 001、010、100 的循环信号，此信号提
11、供左转、右转的原始信号。左转、右转的原始信号通过 6 个与门以及电键提供的高低电位信号，将原始信号分别输出到左、右的 3 个汽车尾灯上。这部分电路起到信号分拣的作用。左转右转控制电路控制尾灯点亮模式，是闪烁，顺次点燃，还是熄灭。综上所述，可以得到了整个系统的方框图。3.3 单元电路设计与分析3.3.1 开关控制电路设 74LSl38 和显示驱动电路的使能端信号分别为 G 和 A，根据总体逻辑功能表分析及组合得 G、A 与给定条件(K2、K1、CP)的真值表，如表 3 所示：武汉理工大学 Protel 课程设计3开关控制 使能信号K2 K1 CP G A0 0 0 0 10 0 1 0 10 1
12、 0 1 10 1 1 1 11 0 0 1 11 0 1 1 11 1 0 0 01 1 1 0 1表 3 K2、K1、CP 与 G、A 逻辑功能真值表 由表 3 经过整理得逻辑表达式G= A=12KCP12由上式得开关控制电路. 3.3.2 三进制计数器三进制计数器电路可根据表 2 由双 JK 触发器 74LS76 构成，去控制译码器的A1A0。此电路结构简单，成本较低，选用此方案。3.3.3 译码与显示驱动电路 译码与显示驱动电路的功能是：在开关控制电路输出和三进制计数器状态的作用下，提供 6 个尾灯控制信号，当译码驱动电路输出的控制信号为低电平时，相应指示灯点亮。因此，译码与显示驱动电
13、路可用 74LS138(其功能表如表 4 所示)、6 个与非门和 6 个反相器构成。译码器 74LS138 的输入端 C、B、A 分别接 K1、Q1、Q0。当 G=F=1、K1=0 时，对于计数器状态 Q1Q0 为 00、01、10，译码器输出依次为 0，使得与指示灯 L1、L2、L3 对应的反相器输出依次为低电平，从而使指示灯 L1、L2、L3 依次顺序点亮，示意汽车右转弯；当 G=F=1、K1=1 时，对于计数器状态 Q1Q0 为 00、01、10，译码器输出依次为 0，使得与指示灯 L4、L5、L6 对应的反相器输出依次为低电平，从而使指示灯 L4、L5、L6 依次顺序点亮，示意汽车左转
14、弯；当 G=0，F=1 时，译码器输出为全 1，使所有指示灯对应的反相武汉理工大学 Protel 课程设计4器输出全部为高电平，指示灯全部熄灭；当图中 G=0，F=cp 时，所有指示灯随 cp 的频率闪烁。实现了 4 种不同模式下的尾灯状态显示。3.3.4 秒脉冲产生电路由555定时器构成的多谐振荡器，由于555定时器内部的比较器灵敏度搞，输出驱动电流大，功能灵活，又频率受电压和温度影响很小。即此多谐振荡器的震荡频率稳定。3.4 典型芯片分析图3 71LS138引脚图 表4 3线-8线译码器74LS138的功能表无论从逻辑图还是功能表我们都可以看到74LS138的八个输出引脚，任何时刻要么全武
15、汉理工大学 Protel 课程设计5为高电平1 芯片处于不工作状态，要么只有一个为低电平0，其余7个输出引脚全高电平1。如果出现两个输出引脚同时为 0 的情况，说明该芯片已经损坏。71LS138 有三个附加的控制端、和。当、时，输出为高电平（S1） ，译码器处于工作状态。否则，译码器被禁止，所有的输出端被封锁在高电平，如表 4 所示。这三个控制端也叫做“片选”输入端，利用片选的作用可以将多篇连接起来以扩展译码功能。由555定时器构成的多谐振荡器如图4所示，R 1，R 2和 C 是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚） 和低电平触发端（2脚）并接后接到 R2和 C 的连接处，将放电端（7脚）
16、接到 R1，R 2的连接处。由于接通电源瞬间，电容 C 来不及充电，电容器两端电压 uc 为低电平，小于（1/3）Vcc，故高电平触发 端与低电平触发端均为低电平，输出 uo 为高电平，放电管 VT 截止。这时，电源经 R1，R2对电容 C 充电，使 电压 uc 按指数规律上升，当 uc 上升到（2/3）Vcc 时，输出 uo 为低电平，放电管 VT 导通，把 uc 从（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc 这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间 TPH 的长短与电容的充电时间有关 。充电时间常数 T 充=（R 1R 2）C。由于放电管 VT 导通，电容 C 通过电阻 R2和放电管放
17、电，电路进人第二暂稳态.其维持时间 TPL 的长短与电 容的放电时间有关，放电时间常数 T 放R2C0随着 C 的放电，uc下降，当 uc 下降到（1/3）Vcc 时，输出 uo。 为高电平，放电管 VT 截止，Vcc 再次对电容 c 充电，电路又翻转到第一暂稳态。不难理解，接通电源后，电 路就在两个暂稳态之间来回翻转，则输出可得矩形波。电路一旦起振后，uc 电压总是在（1/32/3）Vcc 之间变化。武汉理工大学 Protel 课程设计6图4 555定时器构成的多谐振荡器电路及工作4 Protel 原理图绘制4.1 准备画图(1)启动 Protel 99SEa 从 Windows 操作系统的
18、开始菜单或桌面快捷图标进入 Protel 99SE 环境。 b 使用菜单 File/New 建立新工程文件。并且重命名为 PROTEL.ddb。c 使用菜单 File/New，在下拉菜单选择 Schematic，建立新原理图文件。(2)设置画图环境菜单 Design/Document Option，在如图 5 所示的窗口中设置图纸尺寸、栅格等内容。武汉理工大学 Protel 课程设计7图 5 绘图环境窗口(3)填写图纸设计信息:图 6 图纸信息窗口4.2 载入元器件原理图符号库(1)在设计浏览器管理中单击 Browse 标签，即可打开原理图编辑管理窗口。(2)装入所需要的元器件原理图符号库。单
19、击管理窗口中的 Add/Remove 按钮，系统弹出【Change Library File List】对话框。武汉理工大学 Protel 课程设计8图 7 库文件列表对话框(3)在图中鼠标单击【查找范围】 ，选择 Protel 99SE 自带的元器件原理图符号库的存放路径。(4)在元器件原理图符号库列表框中单击所需要的库文件，例如“Miscellaneous Devices.ddb”，然后单击 Add 按钮，被选中的文件就会出现在【Selected Files】列表框中。(5)重复上述操作，将所需要的库文件都加到列表框中，然后单击 OK。(6)若想移除某个已装入的元件库，只要在【Select
20、ed Files】列表框中选中该文件，单击 Remove 按钮即可。4.3 原理图放置元件(1) 电容、电阻等常用元件也在 Miscellaneous Devices.Lib 库里，该应该已经在 Libraries 面板中被选择。(2) 在 Libraries 面板的元件过滤器栏键入 cap 或 res。(3) 在元件列表中点击元件选择它，然后点击 Place 按钮。现在在你的光标上悬浮着一个电容符号。(4)按 TAB 键编辑电容的属性。在 Component Properties 对话框的 Properties 单元，设置 Designator，检查 PCB 封装模型。(5)规则栏的设置将显
21、示在原理图中。点击规则列表中的 Add 显示 Parameter Properties对话框，进行相应的设置。 武汉理工大学 Protel 课程设计94. 4 连接电路连线起着在你的电路中的各种元件之间建立连接的作用。(1)从菜单选择 Place Wire 或从 Wiring Tools 工具栏点击 Wire 工具进入连线模式。光标将变为十字形状。(2)将光标放在元件一端。当你放对位置时，一个红色的连接标记会出现在光标处。这表示光标在元件的一个电气连接点上。(3)左击或按 ENTER 固定第一个导线点。移动光标你会看见一根导线从光标处延伸到固定点。(4)将光标称到 Q1 的基极上，你会看见光标
22、变为一个红色连接标记。左击或按 ENTER连接到 Q1 的基极。(5)完成这部分导线的放置。注意光标仍然为十字形状，表示你准备放置其它导线。要完全退出放置模式恢复箭头光标，你应该再一次右击或按 ESC。4.5 电气法则测试选择菜单命令 Tools/ERC，系统弹出【Setup Electrical Rule Check】设置对话框，进行相应设置后点击 OK 即可进行电器检测。正确的电气检测报告如图 12 所示。图 8 ERC 报告武汉理工大学 Protel 课程设计10图 9 完整的原理图武汉理工大学 Protel 课程设计115 PCB 板制作5.1 由原理图生成网络表(1) 选取菜单命令
23、Design/Creatlist，系统弹出【Netlist Creation】对话框。(2) 设置完成后点击 OK 按钮即可创建网络表。图 10 网络报表5.2 创建 PCB 文件使用菜单命令 File/New，在弹出的对话框中选择 PCB Document 建立 PCB 文件。在PCB 编辑器中 KeepOutLayer 画如下的方框图。5.3 导入元器件(1) 在 PCB 编辑器中选取菜单命令 Design/Load Nets，打开【Load/Forward Annotate Netlist】对话框。(2) 单击对话框中的 Browse 按钮弹出【Select】对话框，就可以选择网络表文件
24、。(3) 选择网络表后程序自动生成相应的宏网络，生成所有宏网络的对话框如下图。武汉理工大学 Protel 课程设计12图 11 正确生成网络宏的对话框(4)正确生成所有宏网络后，单击 Execute 按钮，即可开始载入网络表和元器件封装 .5.4 元器件的布局与布线在 PCB 编辑器中选择菜单命令 Tools/Auto Placement，在弹出的对话框中进行相应的设置后即可完成自动布局，自动布局后还可手工调整布局，本设计采用的是手动布局。进行布线设置后，执行 Auto Route/All 后开始自动布线，也可手工布线。布线后的不同效果图如下图所示。武汉理工大学 Protel 课程设计13图
25、12 完整 PCB 效果图 武汉理工大学 protel 课程设计146 PROTUSE 仿真经过 PROTUSE 仿真软件仿真结果如下：仿真结果说明本设计可以实现预定功能。武汉理工大学 protel 课程设计157 Protel 设计总结：作为电路设计必须使用的软件，Protel99se 被现代电子设计者们广泛的使用，我们作为电子信息工程专业的学习者，掌握这种实用性好、专业性强的软件。经过对 Protel99se 一周的学习和应用，从开始的无法上手，到现在的马马虎虎，虽然不能说做的很好，但是自己看到了自己的进步，从这点上还是很高兴的。开始是按设计图布线，第一次做用的汉化版，所以熟悉的也要快点，
26、在设计的时候就出现了问题，有些元件在库中的管脚长度是一定的，这让线路会发生转折影响美观，经过摸索，发现元件可以自己编辑，我就把电阻的管脚长度从缩短了一半，这样就可以了，最开始不知道要封装，所以第一次没有封装，然后进行 ERC 电气检查，有很多错误，然后返回 SCH 制作页面，发现是有2个网络标号标记错误和一条总线断掉，修改错误后再检查就没问题了。然后是制作网络表，这时我是靠观看视频来学习的，再是创建 PCB 电路板，武汉理工大学 protel 课程设计16这时就发现有很多错误，这时我才知道元件需要仔细设置 Footprint，即元件的封装，我上网搜了一个封装表，里面有很多封装形式，电阻电容都有
27、它各自的封装形式，于是我对它们进行封装，再制作网络表导入 PCB，发现还是有问题，后来才发现，我们 Protel99se 软件本身就有一个 PCB 封装库，一些常用元件就有它自己的封装，如果没有封装形式，就需要按照元件实际大小进行封装设计，这时再对 SCH 文件中进行封装，制作网络表，从60个错误剩下了只有4个错误了，这4个错误都和电阻 R1有关，经过分析，最后发现是最开始做 SCH 文件时，自己编辑电阻管脚长度忘记管脚 NODE 的标记，这样再对它进行修改后，网络表中就没有错误了。导入 PCB 的制作，PCB 的制作有很多规则，首先要满足可行性，再是要节省，画出板的大小后，就可以将元件添加进
28、去了，第一次手动布线，花了很长时间还是做不好，最后采用了自动布线，我想，一块好的 PCB 需要人的手动布线，好的手动布线需要人长时间的训练磨出来的，制作好 PCB 后是铺地，然后是打印预览，这时就发现了汉化版的不足，汉化版的打印预览这个功能丢失了，发现把 C:WINDOWSCLIENT99SE.删除就可以了。参考文献电子技术基础试验数字部分 （武汉理工大学教材中心，2008年）电子技术基础数字部分（第五版） （高等教育出版社，2006年）电子线路设计实验测试 第二版，谢自美 主编，华中科技大学出版社电子技术基础课程设计 ，孙梅生等编著，高等教育出版社武汉理工大学 protel 课程设计17附录设计所用仪器及器件：武汉理工大学 protel 课程设计18
