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1、武汉理工大学protel应用课程设计说明书学 号： 0120813570407课 程 设 计题 目汽车尾灯控制电路的设计学 院信息工程学院专 业通信工程班 级通信gj0801姓 名叶超然指导教师撒继铭 2010年7月12日课程设计任务书学生姓名： 叶超然 专业班级： 通信gj0801 指导教师： 撒继铭 工作单位： 信息工程学院 题 目: 汽车尾灯控制电路的设计 初始条件：Protel99se软件各种门电路要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1.设计一个汽车尾灯控制器，实现对汽车尾灯状态的控制；2.利用protel软件画出sch原理图；3.绘制相应
2、电路原理图的双面印刷版图*.pcb；4.对电路原理图进行仿真，给出仿真结果（如波形*.sdf、数据）；时间安排：2010年7月12号前完成 指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目录摘要IAbstractII1整体设计原理分析11.1设计目的11.2设计思路11.3系统结构框图22模块功能32.1汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系32.2汽车尾灯控制器功能描述33电路设计43.1模式控制电路43.2三进制计数器53.3译码与显示驱动电路63.4555定时器产生时钟脉冲74Protel原理图设计94.1新建原理图文件94.2设置画图环境104.3设置元件库114.4画
3、图步骤125印制版图的设计135.1 准备电路原理图与网络表135.2创建PCB文件135.3规划电路板135.4 网络表与元件的装入155.5元件的自动布局155.6手工调整布局与自动布线155.7电路板图166Protel电路仿真176.1绘制原理图176.2放置电源及信号源176.3放置网络标号176.4设置仿真参数176.5查看仿真波形186.6仿真结果187结束语22参考文献23附录一24附录二25摘要Protel在电子行业的CAD软件中，他当之无愧地排在众多EDA软件的前面，它具有原理图设计、印刷电路板（PCB）、设计层次原理图设计、报表制作、电路仿真以及逻辑器件设计等功能，是进行
4、电子设计最有用的软件之一。几乎所有的电子公司都要用到它。现在比较常用的是protel 99 SE， protel DXP和最新高端版本Altium Designer 8.3等。本设计主要是设计一个汽车尾灯控制电路的原理，并用protel软件画出原理图、并进行PCB原理图仿真。AbstractProtel in the electronic professions CAD software, he arranges deservingly at numerous EDA softwares front, it has the schematic diagram design, the print
5、ed wiring board (PCB), design level functions and so on schematic diagram design, report form manufacture, circuit simulation as well as logical component design, is carries on the electron to design one of most useful softwares. The nearly all electronic company must use it. What is quite now commo
6、nly used is protel 99 SE, protel DXP and newest high-end edition Altium Designer 8.3 and so on. This design mainly designs an automobile rear light control circuits principle, and draws the schematic diagram with the protel software, and carries on the PCB schematic diagram simulation. II1整体设计原理分析1.
7、1设计目的设计一个汽车尾灯控制器，实现对汽车尾灯状态的控制。1.2设计思路在汽车尾部左右两侧各有3个指示灯（用6个二极管进行模拟）DL1 、DL2、 DL3和DR1、DR2、DR3。根据汽车运行的状况，指示灯需具有四种不同的状态：汽车正向行驶时，左右两侧的指示灯处于熄灭状态。 汽车向右转弯行驶时，右侧的三个指示灯DR1、DR2、DR3按右循环顺序点亮 汽车向左转弯行驶时，左侧的三个指示灯DL1 、DL2、 DL3按左循环顺序点亮 汽车临时刹车时，左右两侧指示灯处于同时闪烁状态。为使汽车尾灯达到的所要设计最终目的，系统电路分为四个模块：555定时器，三进制计数器，模式控制电路，LED显示电路。其
8、中，555定时器是用来产生电路所需要的时钟脉冲，三进制计数器是用来产生00011000的循环，以分别控制左右尾灯的点亮和熄灭情况，模式控制电路是利用开关来控制设计电路的四种汽车运行状态的转化，最后，通过74LS138数据分配器以达到最后一个模块的显示作用，使得整个电路按照实验目的顺利完成。模式控制电路通过两个开关来控制汽车尾灯的四种运行状态。当K1=K0=0的时候，74LS138不工作，脉冲过来时，使G=0,F=1,输出为高电平，通过两个非门输出高电平，是共阴极的发光二极管熄灭。当K1=0,K0=1的时候，汽车右转弯，当脉冲过来时，使G=1,F=1, 74LS138开始工作通过三进制计数器，使
9、输出端的Y0,Y1,Y2连接的LED循环点亮。同理，当K1=1,K0=0的时候，汽车左转弯，当脉冲过来时，使G=1,F=1时，74LS138开始工作通过三进制计数器，使输出端的Y4 ,Y5,Y6连接的LED循环点亮。当K1=1,K0-1的时候，使G=0，这时74LS86不工作，输出端F为脉冲，经过74LS138输出端的与非门和非门，到达LED，使二极管处于闪烁状态。1.3系统结构框图图1 汽车尾灯控制器的结构框图2模块功能2.1汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系表一汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系2.2汽车尾灯控制器功能描述在汽车左右转弯行驶时。由于3个指示灯被循环顺序点亮，所以可以用一
10、个三进制计数器的状态控制译码器点亮顺序输出高电平，按要求顺序点亮3个指示灯。设三进制计数的状态用Q1和Q0表示，可得出左侧指示灯DL1,DL2,DL3和右侧指示灯DR3,DR2,DR1与开关控制变量K1和K0，计数器的状态Q1和Q0，以及时钟脉冲CP之间关系的功能表。（“1”表示灯亮，“0”表示灯灭。）表二汽车尾灯控制器功能描述3电路设计3.1模式控制电路设译码与显示驱动电路的使能控制信号为G和F,G与译码器74LS138的使能输入端G1相连接，F与显示驱动电路中的与非门的一个输入端相连接。表三使能控制信号与模式控制变量，时钟脉冲的关系由上表，可以得出G和F的逻辑表达式如下： （式-1） （式
11、-2）根据G和F的逻辑表达式，画出模式控制电路图如下： 图2 模式控制电路3.2三进制计数器 本设计中，三进制计数器利用JK触发器改造而成的RS触发器作为存储元件，根据公式J=S；K=R（式-3）同时，三进制计数器的状态表和RS触发器激励表如下，可以得出总的三进制计数器逻辑电路图。如下：表四三进制计数器的状态表表五RS触发器激励表 图3三进制计数器逻辑电路3.3译码与显示驱动电路在此部分中，该电路的功能是：在模式控制电路输出和三进制计数器状态下，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，相应指示灯亮。逻辑电路如图4所示。当图中G=F=1、K1=0时，对应计数器状态Q1Q0为
12、00，01，10，译码器输出依次为0，使得与指示灯DR1,DR2,DR3对应的反相器输出依次为低电平，从而使指示灯DR1DR2DR3，依次顺序点亮，示意汽车向右转弯。同理，当图中G=F=1、K1=1时，指示灯DR1DR2DR3,依次顺序点亮，示意汽车向左转弯。当图中G=0，F=1时，译码器输出为全1，使所有指示灯对应的反相器输出依次为高电平，指示灯全部熄灭。当图中G=0，F=CP时，所有指示灯随着CP的频率闪烁。从而实现了4种不同模式下的尾灯状态显示。图4 译码及尾灯显示驱动电路3.4555定时器产生时钟脉冲 利用555定时器产生电路脉冲，本设计产生的是1s的脉冲，来控制实验中的开关以及74L
13、S138，从而控制发光二极管的亮灭状态，实现实验所要求的结果。在该555定时器中，产生脉冲的时间间隔算法如下：f=143/(（R9+2*R11）*C1)本次设计选择C1=1uF ,R9=10K,R11=20K.经计算得f的范围在28.6Hz到143Hz。通过调节R11的值可以改变时钟频率。图5555时钟脉冲电路4Protel原理图设计4.1新建原理图文件在WINDOWS 95/98或NT更高版本界面下双击Protel 99 图标，点击File(文件)中new项，新建设计数据库。在Browse选项中选取需要存储的文件夹，然后点击OK即可建立自己的设计数据库，如图6所示。 图6File/New新建
14、设计数据库（2）使用菜单File/New，在打开的窗口选择Schematic Document图标，建立新原理图文件。（3）将原理图文件打开。4.2设置画图环境（1）使用菜单Design/Option，在如图7所示的窗口中设置图纸尺寸、栅格等内容。图7Design/Option菜单显示的Sheet Options页面注意根据原理图的大小，设置图纸尺寸，一般选择A4。同时要选择捕捉栅格（SnapGrid）和电气特性（Electrical Grid）复选框，注意电气栅格的尺寸一定要比捕捉栅格小，而可视栅格可以根据个人的喜好显示或不显示。画图方向一般都是横向。（2）使用菜单Tool/preferen
15、ce中设置图纸移动方式和速度等项内容，见图8所示。一般图纸移动方式为Auto Pan Recenter，移动速度为中等。为将原理图中的内容拷贝到文本编辑软件中，应该去掉Add Template to Clipboard前的对号。若是要在标题栏中输入一些内容，就应该在Convert Special Strings前加上对号。光标形状可以根据自己的需要选择。图8 Tool/preference页面4.3设置元件库必须有元件库才能画图，所以画图前应该在元件库管理器中放置一些元件库。首先进入元件库管理器，然后单击Add/Remove按钮，在出现的窗口选择Design Explorer 99SE/Lib
16、rary/Sch路径，再选择如图9所示窗口下部显示的常用元件库文件。单击OK，就会看到这些选择的元件库已经显示在元件库管理器窗口了。一般常用元件都在miscellaneous Decive.ddb库中。而TTL和CMOS数字集成电路可以在TI Databooks库或NSC Databooks库中查找。运算放大器和稳压电源电路可以在NSC analog.ddb库中查找。图9 选择元件库窗口4.4画图步骤画图的简单步骤是（1）首先将所有元件都从库中取出来，放置在图纸上，并且调整好位置。（2）使用连线工具将元件连接起来。（3）设置元件属性。（4）使用Tool/Annotate菜单队元件进行编号。（5
17、）进行电气检查（ERC）。（6）使用Edit/Export to Spread菜单建立元件列表。（7）使用Design/Create Netlist菜单建立网络表，为画电路板图做准备。本次设计所绘制的原理图见附录。.5印制版图的设计5.1 准备电路原理图与网络表（1）原理图：如果还没有没有绘制利用上述第4部分与那里图的设计方法绘制。（2）网络表：使用菜单命令Design/Create Netlist创建网络表。网络表是原理图与印制电路板之间的一座桥梁，是印制电路板自动布线的依据。网络表提供了电路的元件清单以及元件之间的互联关系。执行如上命令后，在弹出的对话框中，除了Sheet to Netli
18、st选择Active Sheet外，其余选项均使用默认值。单击OK即可生成与原理图同名的网络表文件*.net。5.2创建PCB文件（1）进入设计文件夹：双击图标Documents（2）进入PCB图设计系统：主菜单File/New后出现一个对话框；选择PCB Document图标；单击按钮OK。（3）双击*.PCB文件图标，打开设计系统窗口5.3规划电路板（1）设定工作层面：执行菜单命令Design/Options后，得到图10所示对话框。图10Design/Options页面基本工作层面说明： 信号层（Signal Layers）：用来放置元件、导线等与电气信号有关的电气元素。对于制作双面板而
19、言，要选中顶层铜膜布线面（Top Layers）和底层铜膜布线面（Bottom Layers）。丝印层（Silkscreen）：用于绘制元件的外形轮廓，元件序号和标注字符等。一般选中顶层（Top overlay）即可。防护层（Mask）：自动生成，不选。禁止布线层（Keep Out Layer）：用于规定放置元件和布线的区域。多层面（Multi layer）：用于快速把对象（例如，焊盘和过孔）加入到所有的信号层，选中即可。其它的选项使用默认设置即可。（2）规划电气边界：在禁止布线层（Keep Out layer）进行。首先点击相应的层面标签：然后在此层面上绘制一个区域（一般为方形）。5.4 网
20、络表与元件的装入在*.Sch文件界面下，执行菜单命令Design/Update PCB,会出现一个界面。全部使用默认值。然后单击按钮进入Update Design对话框的Changes选项卡，可以发现更新过程是否存在错误。如果没有错误，单击对话框的按钮Execute即可将本次更新的变动反映的PCB文件中。5.5元件的自动布局在*.PCB文件的界面下，执行菜单命令Tools/Auto Placement/Auto Placer ，弹出图11所示的对话框。 图11 Tools/Auto PlacementCluster Placer：成组布局方式，比较适合元件较少的电路Statistical Pl
21、acer：统计布局方式，比较适合元件较多的电路Quick Component Placer：快速元件布局，与成组布局方式（Cluster Placer）搭配使用。5.6手工调整布局与自动布线（1）元件位置、方向的调整：利用鼠标拖动改变元件的位置；结合x、y和空格键改变元件的方向。（2）元件标注的调整：利用鼠标拖动改变元件的位置；结合x、y和空格键改变元件的方向。（3）设置布线参数：Design/Rules。（4）设定自动布线器：执行Auto Route/Setup后，出现图12所示对话框，把Routing Grid 设置为“20.0000”，其余选项使用默认。之后，点击按钮Route All，
22、开始自动布线。（5）自动布线手动调整：利用Tools/Unroute删除已有布线，进行人工布线。5.7电路板图图12 PCB6Protel电路仿真6.1绘制原理图元件必须选自sim.ddb，其它的元件库元件都不能用于仿真。6.2放置电源及信号源（1）一般的电源信号源可以从simulate中选择：执行菜单命令Simulate/Soures/。（2）特殊的电源信号源可以从仿真库中sim.ddb中的字库Simulation Symbols.lib中选择。6.3放置网络标号作用：指示信号的测试点或信号输入输出点。方法：利用Place/NetLabel或相应工具条（结合Tab键），放在需要指明节点的附近
23、。6.4设置仿真参数执行菜单命令Simulate/Setup弹出如图十三的对话框。选中工作点分析（Operation Point Analysis）和暂态分析（Transient Anlysis），其他分析在此不作介绍。然后单击图13标签Transient/Fourier，弹出如图14对话框，进行设置。 图13 图14 6.5查看仿真波形（1）点击simulate/run，或者单击工具栏按钮。（2）查看*.sdf文件，看是否符合设计意图，决定是否需要修改电路的结构或参数。6.6仿真结果由于protel仿真效果不是很好，而且本人按参考书的资料仿真连续调了很多次也没能仿真出理想的波形，所以本次仿真
24、最终选用了自己比较熟悉的仿真软件multism 10.0。用该软件仿真效果非常直观清晰。(1) 当K0=0，K1=0时，脉冲CP、Q0、Q1、DR1、DR2、DR3、DL1、DL2和DL3的波形如下图图十五所示。其中DR1、DR2、DR3、DL1、DL2和DL3所示波形指的是发光二极管负极的电压波形。由于发光二极管是共阳极的，所以图15所示的波形情况下各发光二极管均截止，即指示灯全部熄灭。图15仿真波形1 (2) 当K0=1，K1=0时，仿真波形如下图图16所示，可以看出DR1、DR2、DR3循环点亮，DL1、DL2和DL3始终熄灭。图16 仿真波形2(3) 当K0=0，K1=1时，仿真波形如
25、下图图17所示，图十七 仿真波形3可以看出DL1、DL2、DL3循环点亮，DR1、DR2和DR3始终熄灭。 (4) 当K0=1，K1=1时，仿真波形如下图图18所示，可以看出DL1、DL2、DL3 DR1、DR2和DR3同时点亮同时熄灭，并且时钟脉冲为低电平时发光二极管点亮，为高电平时熄灭。图18 仿真波形47结束语这学期学习的是数字电路基础，所以当接到protel课程设计任务后我首先就选了个数字电路的设计，通过仿真可以看出系统能够实现汽车尾灯的控制。通过此次课程设计，我即掌握了Protel的一些基本操作，学会了用Protel画原理图、设计印制电路板以及用Protel仿真的方法，也学会了数字电
26、路的分析设计方法。为以后设计更复杂电路和参加电子设计大赛奠定了良好的基础。参考文献【1】查振亚.数字系统设计与开发.湖北：华中理工大学出版社，1999【2】周润景，张丽娜. protel 99 SE原理图与印制电路板设计.北京：电子工业出版社，2008.8 【3】李东生、张勇、许四毛. Protel 99SE电路设计教程. 北京：电子工业出版社，2007【4】朱定华，黄松，蔡苗. Protel 99 SE原理图和印制板设计.北京：清华大学出版社，2007 【5】陈汝全电子技术常用器件应用手册2版北京：机械工业出版社，2001【6】 余孟尝数字电子技术基础简明教程.2版北京：高等教育出版社，1999【7】谢自美.电子线路设计.实验.测试（第三版）.武汉：华中科技大学出版，2006附录一完整原理图附录二材料清单25
