protel課程設計-交通燈控制器

1、成 績 評 定 表學生姓名班級學號專 業(yè)通信工程課程設計題目交通燈控制電路評語組長簽字：成績?nèi)掌?20 年 月 日課程設計任務書學 院信息科學與工程學院專 業(yè)通信工程學生姓名班級學號課程設計題目交通燈控制電路實踐教學要求與任務:1、繪制具有一定規(guī)模、一定復雜程度的電路原理圖*.sch。2、繪制電路原理圖相應的雙面印刷板圖*.pcb。3、熟悉Protel 99 SE環(huán)境。4、綜合應用數(shù)字電路知識設計一個交通燈控制器。工作計劃與進度安排: 指導教師： 201 年 月 日專業(yè)負責人：201 年 月 日學院教學副院長：201 年 月 日目 錄1 課程設計目的12 總體方案的設計13 單元電路的設計33

2、.1 秒脈沖產(chǎn)生電路33.2 計時器部分電路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)絡表124.3.3 設置pcb設計環(huán)境134.3.4 布置零件封裝位置134.3.5自動布線155 設計體會176 參考文獻181 課程設計目的1. 綜合應用數(shù)字電路知識設計一個交通燈控制器。了解各種元器件的原理及其應用。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和相應的雙面印刷板圖*.pcb。4. 鍛煉自己的動手能力和實際解決問題的能力。2 總體方案的設計（1）通過分析系統(tǒng)的邏輯功能，畫出其機構(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發(fā)生器、定時器、控制器、譯碼器和計時顯示電路等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時器和控制器的標準時鐘信號源，譯碼器輸出兩組信號燈的控制信號，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時器和譯碼器的工作。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)定的時間隔30s時，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)定時間間隔2s時，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)定的時間間隔30s時，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)定的時間間隔2s時，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)換是由控制器器進行控制的。設控制器的四種狀態(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，控制器應送出甲、乙車道紅、黃、綠燈的控制信號。并作如下規(guī)定：

5、控制狀態(tài) 信號燈狀態(tài) 車道運行狀態(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： A: 表示東西干道綠燈亮的時間間隔為25秒，定時時間到A=1，否則，A=0。B:表示南北干道綠燈亮的時間間隔為25秒，定時時

6、間到B=1，否則，B=0。C:表示黃燈亮的時間間隔為5秒，定時時間到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 單元電路的設計3.1 秒脈沖產(chǎn)生電路是一個能產(chǎn)生穩(wěn)定而精確的時間延遲和頻率的控制器。有觸發(fā)和復位功能。外接電阻、電容各一個就能精確控制時間延遲。作為振蕩工作時，振蕩頻率和占空因子由二個外接電阻和一個外接電容精確控制。圖3 秒脈沖產(chǎn)生電路原理圖電路圖如圖4所示圖43.2 計時器部分電路74LS190是單時鐘同步十進制加/減計數(shù)器，當U /D=0時做加法計數(shù)；

7、當U /D=1時做減法計數(shù)。引出端符號及功能： MAX/MIN進位輸出/錯位輸出端； CLK 時鐘輸入端（上升沿有效）； CTEN 計數(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并行波時鐘輸出端（低電平有效）； U /D 加/減計數(shù)方式控制端 。表2 CLKCTENLOADU/D工作狀態(tài)*11*保持*0*預置數(shù)上升沿010加法計數(shù)上升沿011減法計數(shù)本課設通過

8、用兩片74LS190級聯(lián)實現(xiàn)交通燈控制電路的倒計時功能. 倒計時顯示部分通過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，它應該能夠按照交通管理規(guī)則控制信號燈工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。本課程設計用二十進制計數(shù)器74LS190實現(xiàn)，采用反饋歸零法構(gòu)成四進制計數(shù)器，即可從輸出端QB、QA得到所要求的4個狀態(tài)。輸入端為計數(shù)器數(shù)值為5、0時產(chǎn)生的兩個信號相與得到一個控制信號。3.4 紅綠燈顯示電路譯碼器的主要任務是將控制器的輸出 QA、 QB的4種工作狀態(tài)，翻譯成甲、乙車道上6個信號燈的工作狀態(tài)?？刂破鞯臓顟B(tài)編碼與信號燈控制信號之間

9、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由計數(shù)器部分電路產(chǎn)生的控制信號脈沖脈沖，送給控制器的74LS190芯片。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,應用廣泛功能強大,是個完整的板級全方位電子設計系統(tǒng)。它包含了電原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號仿真、多層印制電路板設計（包含印制電路板自動布線）、可編程邏輯器

10、件設計、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大、使用方便的仿真器，它可以對當前所畫的電路原理圖進行即時仿真，因此在電路的整個設計周期都可以仿真查看和分析其性能指標，以便及時發(fā)現(xiàn)設計中存在的問題并加以改正，從而更好的完成電路設計。 Protel99se軟件中提供了SIM99se數(shù)?；旌戏抡嫫骷绍浖梢詫υS多電子線路進行模擬設計，模擬運行，反復修改。提供了接近6000個仿真元件和大量的數(shù)學模型，可以對電工電路，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)進行仿真分析。 仿真結(jié)果以多種圖

11、形方式輸出，直觀明了，可以單圖精細分析，也可以多圖綜合比較分析、并可通過不同的角度進行分析，以獲得對電路設計的準確判斷。Protel 99 se仿真方面其具有的特點有：強大的分析功能、豐富的信號源、充分的仿真模型庫、友好的操作界面。4.2 protel制作電路圖4.2.1 繪制電路的原理圖（*.SCH）(1) 創(chuàng)建一個項目首先啟動protel 99 SE 系統(tǒng)。如圖7所示，創(chuàng)建一個項目，名稱為JiaoTongDeng.ddb。圖7單機【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 D

12、ocument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。本課程設計需要從【Protel DOS Schematic】庫中添加NE555定時器；從【sim】庫中添加7段數(shù)碼管AMBERCA、BCD7段字形譯碼器7446和十進制加/減計數(shù)器74LS190；從【Miscellaneous Device】庫中添加LED、電阻、電容、與或非門邏輯器件。(4) 按設計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，為每個元件設置封裝號和元件名稱。電

13、阻R1的封裝號如圖12所示。圖12電阻R1R8的封裝號相同。無極性1的封裝號為RAD0.1，有極性電容C2的封裝號為POLAR0.8，LED的封裝號為DIODE0.4，集成芯片的封裝號再添加元件時自動給出。4.2.3 原理圖的檢查原理圖繪制完成后，要進行檢查。因為原理圖與其他的圖不同，不是簡單的電路的點和線，而是代表著實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撲結(jié)構(gòu)，還必須遵循一定的電氣規(guī)則。電氣規(guī)則檢查（ERC）是進行電路原理圖設計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)一些不應該出現(xiàn)的短路、開路、多個輸出端子短路和未連接的輸入端子等。電氣規(guī)則檢查還對原

14、理圖中所用元件里，若有元件輸入端有定義，則對該元件的輸入端進行是否有信號源的檢查，若沒有直接信號源，系統(tǒng)會提出警告。做好的辦法就是在該端放置“NO ERC”。執(zhí)行菜單命令【Tools】/【ERC】，對原理圖進行電氣特性檢查，運行結(jié)果如圖13所示。圖13結(jié)果顯示電路原理圖無電氣特性錯誤。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，其上至少附有一個導電圖形，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

15、子元器件的底盤，并實現(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。習慣稱“印制線路板”為“印制電路”是不確切的，因為在印制板上并沒有“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 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)絡表打開原理圖編輯窗口，執(zhí)行菜單命

16、令【Dsign】/【create Netlist】，如圖15所示。圖15單擊【OK】，運行結(jié)果如圖16所示。圖164.3.3 設置pcb設計環(huán)境(1) 進入PCB系統(tǒng)后的第一步就是設置PCB設計環(huán)境，包括設置格點大小和類型，光標類型，版層參數(shù)，布線參數(shù)等等。大多數(shù)參數(shù)都可以用系統(tǒng)默認值，而且這些參數(shù)經(jīng)過設置之后，符合個人的習慣，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大小的焊盤。對于3mm 的螺絲可用6.58mm 的外徑和3.23.5mm 內(nèi)徑的焊盤對于標準板可從其它板或PCB izard 中調(diào)入。(3) 在繪制電路

17、版地邊框前，一定要將當前層設置成Keep Out層，即禁止布線層。4.3.4 布置零件封裝位置Protel99可以進行自動布局,也可以進行手動布局。如果進行自動布局，運行"Tools"下面的"Auto Place",用這個命令，你需要有足夠的耐心。布線的關(guān)鍵是布局，多數(shù)設計者采用手動布局的形式。用鼠標選中一個元件，按住鼠標左鍵不放，拖住這個元件到達目的地，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包含自動選擇和自動對齊。使用自動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，就可以移動到板上所需

18、位置上了。當簡易的布局完成后，使用自動對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【Execute】，然后手動布線，如圖19所示。圖194.3.5自動布線(1) 設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，設定當前的工作層面為“Keep-Out Layer”。然后確定電路板的電器邊界。執(zhí)行菜單命令【Place】【Line】，光標變?yōu)槭譅?。將光標移到工作窗口中的適當位置，

19、確定一邊界的起點。然后拖動光標至某一點，再確定電器邊界一邊的終點。(2) 自動布線執(zhí)行菜單命令【Auto Route】，選擇自動布線的方式為all。選中除了Add Testpoints 以外的所有項，特別是選中其中的Lock All Pre-Route 選項，Routing Grid 可選1mil 等。自動布線開始前PROTEL 會給你一個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間越大。在彈出窗口中單擊【Route all】，單擊【OK】，運行結(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，它會刪除所有的預布線和自由焊盤、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，有錯則改正。布局和布線過程中，若發(fā)現(xiàn)原理圖有錯則應及時更新原理圖和網(wǎng)絡表，手工更改網(wǎng)絡表（同第一步），并重裝網(wǎng)絡表后再布。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 功能察看實際效果。手工調(diào)整中可選Tools-