Protel应用课程设计方案汽车尾灯控制器设计方案

1、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） 第 4-10 周：方案选择及

2、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 月曰系主任（或责任教师）签名：年 月曰摘要本系统利用 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 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

3、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 汽车尾灯控制器设计目的和任务 11.2 设计任务

7、12 PROTEK 件简介错误！未定义书签。2.1 PROTEL 99 SE 的系统组成错误！未定义书签2.2 PROTEL 99 SE 的功能特性 错误！未定义书签3 汽车尾灯控制器原理分析 13.2 系统框图 23.3 单元电路设计与分析 24 PROTEL 原理图绘制 9 44.1 准备画图 44.2 载入元器件原理图符号库 54.3 原理图放置元件 64.4 连接电路 74.5 电气法则测试 75 PCB 板制作 85.1 由原理图生成网络表 85.2 创建 PCB 文件 95.3 导入元器件 95.4 元器件的布局与布线 106 PROTUS 仿真 167 PROTEL 设计总结 1

8、7参考文献 17 附录 18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：1汽车正常行驶时，左右两侧的指示灯全部处于熄灭状态。2当汽车右转弯时，右侧的 3 个指示灯按右循环顺序点亮。3当汽车左转弯时，左侧的 3 个指示灯按左循顺序点亮。4临时刹车时，所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

9、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：控制 K2、K1运行状态右尾灯 L1、L2、L3左尾灯 L4、L5、L600白天正常行驶灯灭灯火01右转弯按 L1、 L2、 L3 顺序循环亮灯火10左转弯灯火按 L4、L5、L6 顺丿予循

10、环亮1 1临时刹车或夜间L1、L2、L3、L4、L5、L6 随时钟脉冲闪正常行驶烁表 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

11、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 74LSI38 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：开关控制使能信号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 与 G、A 逻辑功能真值表由表3经过整理得逻辑表达式G=KK1A=.K2K1+CPI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 J K 触发器

12、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。333 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于计数器状态 Q1QL_16 15 14 13 12 11 10的反相器输出依次为低电平，从而使指示灯 3&得与指示灯 L4、L5、对应的反相器输出依次为低电平，从而使指示灯顺序点亮，示意汽车左转弯；当

13、二二时，译码器输出为全 1,使所有指示灯对应的反相器输出全部为高电平，指示灯全部熄灭；当图中G=Q 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。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（S= 1），译码器处于工作状态。否则，译码器被禁 止，所有的输出端被圭寸锁在高电平，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、Q1、QQ 当 G=F=1 K 仁 0 时，对，

14、使得与指示灯 L1、L2、L3 对应L3 依次顺序点亮，示意汽车右转弯；当 G=F=1 K1=1弓1 2 3 4 5 6 701、10,译码器输出依次为 0,使L4、L5、L6 依次3.3.4 秒脉冲产生电路十由 555 定时器构成的流大，功能灵活，又频X13.4 典型芯片分析1-11111输由于和 555 定时器内部的比较器灵敏度搞， 输出驱动电000000度影101荡器的震荡频率稳定。1 11 1100表 4图3 71LS138引脚图111110 1111110无论从逻辑图还是功能表我们都可以看到130 线-8 线译码器 74LS138 勺功能表74LS138 勺八个输出弓 I 脚，任何时

15、刻要么全可以将多篇连接起来以扩展译码功能。7间变化。图 4 555 定时器构成的多谐振荡器电路及工作（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。4 Protel4.1Vcf 2%1%6555启动卜5a从 Windows操作系统的开始-b 使用菜单即菜单或桌面快捷图标进入 o 和建立新工程文件。并且重命名为*c 使用菜单 File/New，在下拉菜单选择 SchematicVcc,o这时,充维uc下降,脚）)Vcc持时1稳间来回翻转，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 之稳态。图

16、 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。单击管理窗口中的Add/Remove 按钮，系统弹出【Change Library File List】对话框。2Tii也1；10丘l_itjr-aryrFile ILi-st ulluutucJ Filths.C-KPfogim FilesKDE deploreESS SE %.LhtnrS chB okiop of h4iicell三门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吕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。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“ MiscellaneousDevices.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

19、击0K(6) 若想移除某个已装入的元件库， 只要在 【Selected 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。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。A匚tul Utscr PrOQir-ammotitedldt*T警4MOAOQIIOQ. ddbTAPIeciro Intearated U

20、ir匚uitsBddihT聿 4 何 aAsiCrddb為鱼萨日 q 占i匚,ddt-AMDConverter. ddbAPtisra Interfs匚e-cibbAMDInterfaceBddbA止 mrmMemoryHddb谢色严1网口Logjcddb用肖八止1萨耳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 键编辑电容的属性。在 Component Properties 对话框的 Properties 单元， 设置Designator，检查 PCE 封装模型。规则栏的设置将显示在原理图中。点击规则列表中的Add 显示 Parameter Properties对话框，进行相应的设置。4. 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

22、上。(3) 左击或按 ENTERS 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ESC4.5 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 0K 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 由原理图生成网络表(1) 选取菜单命令 Design/Creatlist ，系统弹出【Netlist Creation】对话框。(2) 设置完成后点击 0K 按钮即可创建网络表。f krATAWATAE1ATAHH1T图 9 完整的原理图MyDesi . ddb | pz-oteltl. ScK proteltl. EEC上protelt 1 - BET pr

24、oteltl. XLS |rDlDIODEO 4LEDJLD2DIODEO 4LEDLD3DIODEO.4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。(3) 选择网络表后程序自动生成相应

25、的宏网络，生成所有宏网络的对话框如下图。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圭寸装.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 Placemen,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

27、图如下图所示。徐华蓉70nmaT 通信0图 12 完整 PCB 效果图6 PROTUS仿真经过 PROTUS 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7 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，在设 计的时候就出现了问题，有些元件在库中

28、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，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