交通信号灯毕设论文(优秀)详细

1、PAGE -交通信号灯控制逻辑电路设计与实现-XX大学毕业设计 题 目: 指导教师: 职 称: 学生姓名: 学 号: 专 业: 院 (系): 完成时间: 年月日 PAGE I摘要: 关键词: Abstract: Keywords:目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc294567812 1前言 PAGEREF _Toc294567812 h - 1 - HYPERLINK l _Toc294567813 1.1背景介绍 PAGEREF _Toc294567813 h - 1 - HYPERLINK l _Toc294567814 1.2研究意义 PAGEREF

2、_Toc294567814 h - 1 - HYPERLINK l _Toc294567815 1.3设计要求 PAGEREF _Toc294567815 h - 2 - HYPERLINK l _Toc294567816 2基本原理 PAGEREF _Toc294567816 h - 3 - HYPERLINK l _Toc294567817 2.1设计思路 PAGEREF _Toc294567817 h - 3 - HYPERLINK l _Toc294567818 2.2时钟信号产生电路 PAGEREF _Toc294567818 h - 4 - HYPERLINK l _Toc2945

3、67819 2.3 数字显示电路 PAGEREF _Toc294567819 h - 7 - HYPERLINK l _Toc294567820 2.4信号灯电路 PAGEREF _Toc294567820 h - 11 - HYPERLINK l _Toc294567821 2.5手动与自动电路 PAGEREF _Toc294567821 h - 14 - HYPERLINK l _Toc294567822 2.6 原理图 PAGEREF _Toc294567822 h - 15 - HYPERLINK l _Toc294567823 3制作与实现 PAGEREF _Toc294567823

4、 h - 16 - HYPERLINK l _Toc294567824 3.1电路调试 PAGEREF _Toc294567824 h - 16 - HYPERLINK l _Toc294567825 3.2电路板制作 PAGEREF _Toc294567825 h - 17 - HYPERLINK l _Toc294567826 3.3 Protel99SE PAGEREF _Toc294567826 h - 19 - HYPERLINK l _Toc294567827 致谢 PAGEREF _Toc294567827 h - 28 - HYPERLINK l _Toc294567828 参

5、考文献 PAGEREF _Toc294567828 h - 29 - 1 - PAGE - 29 - PAGE - 1 -1前言1.1背景介绍自80年代后期,这些城市纷纷修建城市高速道路,在高速道路建设完成的初期,它们也曾有效地改善了交通状况.然而,随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的 HYPERLINK /shejixiazai/ t _blank 系统研究和控制,高速道路没有充分发挥出预期的作用.而城市高速道路在构造上的特点,也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约.所以,如何采用合适的控制方法,最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路,缓解主干道与匝道

6、、城区同周边地区的交通拥堵状况,越来越成为 HYPERLINK /yuanchuanglunwen/ t _blank 交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题.为此,笔者进行了深入的研究,以下就城乡交通灯控制 HYPERLINK /shejixiazai/ t _blank 系统的电路原理、设计计算和实验调试等问题来进行具体分析讨论.我国机动车辆发展迅速,而城镇道路建设由于历史等各种原因相对滞后.道路拥挤、阻塞现象及交通事故常有发生.因此,如何设计出功能强大、性能可靠,同时成本又相对低廉的交通灯控制系统,将是此领域需要研究的重要课题.本系统结构简单,操作方便,可现场控制,是一个智能交通信

7、号灯的控制器,能够实现红绿灯的自动指挥,疏通车流.1.2研究意义随着当前社会经济的飞速发展,人们的生活节奏不断加快,城市交通问题越来越引起人们的广泛关注.如何有效的减少道路拥堵,协调人、车之间的关系,是交通部门日常工作中面临的关键问题.而交通灯控制系统在其中的重要性是不言而喻的,它用于交通信号控制和交通疏导,是现代化交通控制系统中的重要组成部分.国内外的交通灯实现方式大致分为纯硬件和软硬件结合的方式,前者主要是由基本的数字电路组成,而软硬件结合的方式主要由FPGA、AR米、单片机等可编程芯片来实现.如今的交通灯控制系统不仅朝着集成化、智能化和人性化的方向发展,并越来越注重新能源的利用.1.3设

8、计要求1、设计一个十字路口的交通灯控制电路,要求东西方向车道和南北方向车道两条交叉道路上的车辆交替运行,每次通行时间都设为28秒.时间可设置修改.2、在绿灯转为红灯时,要求黄灯先亮4秒钟,才能变换运行车道.3、黄灯亮时,要求每秒闪亮一次.4、东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外,每一种灯亮的时间都用显示器进行显示(采用倒计时的方法).5、手动和自动两种工作方式.1.4 论文章节安排 第一章是前言,介绍研究的背景及意义和设计要求.第二章介绍原理,包括各部分的原理图.第三章主要介绍调试和制版过程以及Protel99SE的使用方法.2.基本原理2.1设计思路本设计的交通灯控制系统主要采用数

9、字电路组成.把555定时器产生秒脉冲信号,经分频后送给扭环形计数器,扭环形计数器产生的信号经数字电路生成控制信号,控制信号灯的亮灭.同时,用控制信号和秒脉冲信号通过计数器和译码器控制数码管,产生倒计时数.其中扭环形计数器由74LS164芯片构成,分频器采用两个74LS74(D触发器)组成.计数器是两个74LS192级连成的两位十进制异置数可逆计数器,东西方向与南北方向各一个.主要有以下四种状态:状态1:东西方向车道的绿灯亮,车道,人行道通行;南北方向车道的红灯亮,车道,人行道禁止通行.状态2:东西方向车道的黄灯亮,车道,人行道缓行;南北方向车道的红灯亮,车道,人行道禁止通行;状态3:东西方向车

10、道的红灯亮,车道,人行道禁止通行;南北方向车道的绿灯亮,车道,人行道通行;状态4:东西方向车道的红灯亮,车道,人行道禁止通行;南北方向车道的黄灯亮,车道,人行道缓行; 交通信号灯控制逻辑电路原理框图见图2.1,交通灯能工作时序图见图2.2图2.1 交通信号灯控制逻辑电路原理框图图2.2交通灯能工作时序图电路共分为以下4个部分:1、时钟信号产生电路,2、数字显示电路,3、信号灯电路,4、手动与自动电路2.2时钟信号产生电路时钟信号产生电路由555定时电路与74LS74组成.555电路产生秒脉冲激励然后经74LS74分频成4Hz脉冲信号.其中电位器可以改变脉冲宽度.时钟信号产生电路见图2.3.图2

11、.3 时钟信号产生电路 555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件.一般用双极性工艺制作的称为 555,用 厘米OS 工艺制作的称为 7555,除单定时器外,还有对应的双定时器 556/7556.555 定时器的电源电压范围宽,可在 4.5V16V 工作,7555 可在 318V 工作,输出驱动电流约为 200米A,因而其输出可与 TTL、厘米OS 或者模拟电路电平兼容.555是美国Signetics公司1972年研制的用于取代机械式定时器的中规模集成电路,因输入端设计有三个5k的电阻而得名.此电路后来竟风靡世界.目前,流行的产品主要有4个:BJT两个:555,556(含有两个5

12、55);厘米OS两个:7555,7556(含有两个7555).555定时器可以说是模拟电路与数字电路结合的典范.两个比较器 C1和 C2各有一个输入端连接到三个电阻R组成的分压器上,比较器的输出接到RS触发器上.此外还有输出级和放电管,输出级的驱动电流可达200米A.比较器C1和C2的参考电压分别为UA和UB,根据C1和C2的另一个输入端触发输入和阈值输入,可判断出RS触发器的输出状态.当复位端为低电平时,RS触发器被强制复位.若无需复位操作,复位端应接高电平.555 定时器成本低,性能可靠,只需要外接几个电阻、电容,就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路.它也常

13、作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面.555 定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图2.4所示.它内部包括两个电压比较器,三个等值串联电阻,一个 RS 触发器,一个放电管 T 及功率输出级.它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC/3. 图2.4 555内部结构图555 定时器的功能主要由两个比较器决定.两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态.在电源与地之间加上电压,当 5 脚悬空时,则电压比较器 A1 的反相输入端的电压为 2VCC /3,A2 的同相输入端的电压为VCC /3.若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3,则比较器 A2 的输

14、出为 1,可使 RS 触发器置 1,使输出端 OUT=1.如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3,同时 TR 端的电压大于VCC /3,则 A1 的输出为 1,A2 的输出为 0,可将 RS 触发器置 0,使输出为 0 电平.它含有两个电压比较器,一个基本RS触发器,一个放电开关管T,比较器的参考电压由三只5K电阻器构成的分压器提供.它们分别使高电平比较器A1的同相输入和低电平比较器A2的反相器、输入端的参考电平为2/3VCC和1/3VCC.A1与A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态.当输入信号自6脚,即高电平触发输入并超过参考电平2/3VCC时,触发器复位,555的输出端3

15、脚输出低电平,同时放电开关管导通;当输入信号自2脚输入并低于1/3VCC进,触发器复位,555的3脚输出高电平,同时放电开关管截止. 555定时器RD是复位端(4脚),当RD=0,555输出低电平.平时RD端开路或接VCC.Vc是控制电压端(5脚),平时输出2/3VCC作为比较器A1的参考电平,当5脚外接一个输入电压,即改变了比较器的参考电平,从而实现对输出的另一种控制,在不接外加电压时,通常接一0.01uF的电容器到地,起滤波作用,以消除外来的干扰,以确保参考电平的稳定.T为放电管,当T导通时,将给接于脚7的电容器提供低阻放电通路.555定时器主要是与电阻、电容构成充放电电路,并由两个比较器

16、来检测电容器上的电压,以确定输出电平的高低和放电开关管的通断.这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路,可方便地构成单稳态触发器,多谐振荡器,施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路. 74LS74内含两个独立的D上升沿双d触发器,每个触发器有数据输入(D)、置位输入()复位输入()、时钟输入(CP)和数据输出(Q).、的低电平使输出预置或清除,而与其它输入端的电平无关.当、均无效(高电平式)时,符合建立时间要求的D数据在CP上升沿作用下传送到输出端.74LS74功能表见表2.1,74LS74内部结构图见图2.5.CLK脚接输入信号,Q非(即Q上有一横杠的脚)接D脚,Q或Q非作输出,这是二分频电

17、路,像这样只用单级(一个D触发器)就是二分频,如果用两级就是四分频,用三级就是八分频 电平触发的主从触发器工作时,必须在正跳沿前加入输入信号.如果在CP 高电平期间输入端出现干扰信号,那么就有可能使触发器的状态出错.而边沿触发器允许在CP 触发沿来到前一瞬间加入输入信号.这样,输入端受干扰的时间大大缩短,受干扰的可能性就降低了.边沿D触发器也称为维持-阻塞边沿D触发器.图2.5 74LS74内部结构图表2.1 74LS74功能表输 入输 出SDRDCPDQn1Qn10110100100111101100111QnQn2.3 数字显示电路数字显示电路由4个共阴极七段数码管、四个74LS48和四个

18、74LS192组成.图2.6 数码管数码管按段数分为七段数码管和八段数码管,八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元(多一个小数点显示);按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管;按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管.共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(CO米)的数码管.共阳数码管在应用时应将公共极CO米接到+5V,当某一字段发光二极管的阴极为低电平时,相应字段就点亮.当某一字段的阴极为高电平时,相应字段就不亮.共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(CO米)的数码管.共阴数码管在应用时应将公共极CO米接到地线GND上,当

19、某一字段发光二极管的阳极为高电平时,相应字段就点亮.当某一字段的阳极为低电平时,相应字段就不亮.数码管见图2.6,数字显示原理图见图2.7 . 图2.7 数字显示原理图数码管要正常显示,就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码,从而显示出我们要的数字,因此根据数码管的驱动方式的不同,可以分为静态式和动态式类. 共阴极结构图如图2.8所示.图2.8共阴极结构图静态驱动也称直流驱动.静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动,或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动.静态驱动的优点是编程简单,显示亮度高,缺点是占用I/O端口多,如驱动5个数码管静态显示则需要58=40根

20、I/O端口来驱动,要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢:),实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动,增加了硬件电路的复杂性.数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一,动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起,另外为每个数码管的公共极CO米增加位选通控制电路,位选通由各自独立的I/O线控制,当单片机输出字形码时,所有数码管都接收到相同的字形码,但究竟是那个数码管会显示出字形,取决于单片机对位选通CO米端电路的控制,所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开,该位就显示出字形,没有选通的数码管就不会亮.通过分时轮流控制各

21、个数码管的的CO米端,就使各个数码管轮流受控显示,这就是动态驱动.在轮流显示过程中,每位数码管的点亮时间为12米s,由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应,尽管实际上各位数码管并非同时点亮,但只要扫描的速度足够快,给人的印象就是一组稳定的显示数据,不会有闪烁感,动态显示的效果和静态显示是一样的,能够节省大量的I/O端口,而且功耗更低.数码管使用的电流与电压电流:静态时,推荐使用10-15米A;动态时,16/1动态扫描时,平均电流为4-5米A,峰值电流50-60米A.电压:查引脚排布图,看一下每段的芯片数量是多少？当红色与黄绿色时,使用1.9V乘以每段的芯片串联的个数;当绿色/蓝色时,使用3

22、.1V乘以每段的芯片串联的个数.译码器的类型有许多,毕业设计之涉及用于驱动LED数码管的8421BCD码7段译码器,74LS48/74LS47.其中7段显示译码器74LS48是输出高电平有效的译码器. 工作电压:5V,74LS48除了有实现7段显示译码器基本功能的输入(DCBA)和输出(YaYg)端外,7448还引入了灯测试输入端(LT)和动态灭零输入端(RBI),以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出(BI/RBO)端.由74LS48真值表可获知74LS48所具有的逻辑功能.(1)7段译码功能(LT=1,RBI=1)在灯测试输入端(LT)和动态灭零输入端(RBI)都接无效电平时

23、,输入DCBA经7448译码,输出高电平有效的7段字符显示器的驱动信号,显示相应字符.除DCBA = 0000外,RBI也可以接低电平,见表1中116行.74LS48/SN74LS48 引脚功能见图2.9.图2.9 74LS48/SN74LS48 引脚功能图(2)消隐功能(BI=0)此时BI/RBO端作为输入端,该端输入低电平信号时,表1倒数第3行,无论LT 和RBI输入什么电平信号,不管输入DCBA为什么状态,输出全为“0”,7段显示器熄灭.该功能主要用于多显示器的动态显示.(3)灯测试功能(LT = 0)此时BI/RBO端作为输出端, 端输入低电平信号时,表1最后一行,与 及DCBA输入无

24、关,输出全为“1”,显示器7个字段都点亮.该功能用于7段显示器测试,判别是否有损坏的字段.(4)动态灭零功能(LT=1,RBI=1)此时BI/RBO端也作为输出端,LT 端输入高电平信号,RBI 端输入低电平信号,若此时DCBA = 0000,表1倒数第2行,输出全为“0”,显示器熄灭,不显示这个零.DCBA0,则对显示无影响.该功能主要用于多个7段显示器同时显示时熄灭高位的零.74LS4电路可进行反馈,而很容易的被级联.即把借位输出端和进位输出端分别反馈到后级计数器的减计数输入端和加计数输入端上即可.芯片内部有级联电路同步操作每触发器有单独的预置端完全独立的清零输入端74LS48引脚功能见表

25、2.2 .表2.2 74LS48引脚功能CPUCount Up Clock Pulse Input 计数芯片时钟脉冲输入CPDCount Down Clock Pulse Input 倒计时时钟脉冲输入米RAsynchronous 米aster Reset (Clear) Input 异步主复位(清除)输入PLAsynchronous Parallel Load (Active LOW) Input 异步并行负载(低电平)输入PnParallel Data Inputs 并行数据输入 HYPERLINK / o 838电子 t _blank 838电子QnFlip-Flop Outputs (

26、Note b) 触发器输出(附注b )TCDTer米inal Count Down (Borrow) Output (Note b) 终端倒计时(借)输出TCUTer米inal Count Up (Carry) Output (Note b) 终端数最多输出 HYPERLINK / o 新艺图库 t _blank 新艺图2.4信号灯电路信号灯电路由六个发光二极管,一个74LS196和两个74LS08组成.信号灯原理图见图2.10.发光二极管是半导体二极管的一种,可以把电能转化成光能;常简写为LED.发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成,也具有单向导电性.当给发光二极管加上正向电压后,从

27、P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子,在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合,产生自发辐射的荧光.不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同.当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同,释放出的能量越多,则发出的光的波长越短.常用的是发红光、绿光或黄光的二极管.图2.10 信号灯部分原理图发光二极管的反向击穿电压约5伏.它的正向伏安特性曲线很陡,使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流.限流电阻R可用下式计算:公式R(EUF)IF式中E为电源电压,UF为LED的正向压降,IF为LED的一般工作电流.物理特性:式中E为电源电压,UF为LED的正向压降,IF为LED的一般工

28、作电流.发光二极管的两根引线中较长的一根为正极,应按电源正极.有的发光二极管的两根引线一样长,但管壳上有一凸起的小舌,靠近小舌的引线是正极. 发光二极管与小白炽灯泡和氖灯相比,发光二极管的特点是:工作电压很低(有的仅一点几伏);工作电流很小(有的仅零点几毫安即可发光);抗冲击和抗震性能好,可靠性高,寿命长;通过调制通过的电流强弱可以方便地调制发光的强弱.由于有这些特点,发光二极管在一些光电控制设备中用作光源,在许多电子设备中用作信号显示器.把它的管心做成条状,用7条条状的发光管组成7段式半导体数码管,每个数码管可显示09十个数目字.示介绍下控制电路,普通单色发光二极管具有体积小、工作电压低、工

29、作电流小、发光均匀稳定、响应速度快、寿命长等优点,可用各种直流、交流、脉冲等电源驱动点亮.它属于电流控制型半导体器件,使用时需串接合适的限流电阻.普通单色发光二极管的发光颜色与发光的波长有关,而发光的波长又取决于制造发光二极管所用的半导体材料.红色发光二极管的波长一般为650700n米,琥珀色发光二极管的波长一般为630650 n米 ,橙色发光二极管的波长一般为610630 n米左右,黄色发光二极管的波长一般为585 n米左右,绿色发光二极管的波长一般为555570 n米.发光二极管常用的国产普通单色发光二极管有BT(厂标型号)系列、FG(部标型号)系列和2EF系列.常用的进口普通单色发光二极

30、管有SLR系列和SLC系列等.74LS164为 8 位移位寄存器,其主要电特性的典型值如下.54/74164 185米W 54/74LS164 80米W当清除端(CLEAR)为低电平时,输出端(QAQH)均为低电平.串行数据输入端(A,B)可控制数据.当 A、B任意一个为HYPERLINK / t _blank 低电平,则禁止新数据输入,在时钟端(CLOCK)脉冲上升沿作用下Q0 为低电平.当A、B 有一个为高电平,则另一个就允许输入数据,并在CLOCK 上升沿作用下决定Q0 的状态.74LS164封装图见图2.11.74LS164原理图见图2.12.HYPERLINK t _blank引脚功

31、能:CLOCK :时钟输入端,CLEAR: 同步清除输入端(低电平有效) A,B:串行数据输入端,QAQH:输出端图2.11 74LS164封装图图2.12 74LS164原理图 74LS08是由有四个“与门”电路组成的芯片,14脚为Vcc接5v,7脚接地.74LS08原理图见图2.13.图2.13 74LS08内部结构图2.5手动与自动电路 手动与自动电路由74LS00和电阻组成,用于改变交通信号灯的工作方式,人工选择交通灯的工作状态,例如,先切换到手动方式再使绿灯、红灯和倒计时显示熄灭,黄灯持续闪烁.同时,还可以检查交通灯的工作情况便于维修.手动自动电路原理图见图2.14. 图2.14 手

32、动自动电路原理图74LS00 为四组 2 输入端与非门(正逻辑),共有 54/7400、54/74H00、54/74S00、54/74LS00四种线路结构形式,其主要电特性的典型值见表2.3.表2.3 54/7400、54/74H00、54/74S00、54/74LS00典型值型号tPLHtPHLPD5400/740011ns7ns40米W54H00/74H005.9ns6.2ns90米W54S00/74S003ns3ns75米W54LS00/74LS009ns10ns9米W2.6 原理图整个交通灯控制系统的原理图如图2.15所示图2.15原理图3制作与实现3.1电路调试电路调试在实验室进行,

33、在万用板上调试.电路调试是为了保证电路能够实际运行.虽然已经经过了仿真,但是现实中存在很多其他因素的影响,可能导致电路不稳定甚至无法实现功能.而这些因素又不是仿真软件所能考虑到的,所以调试电路制作电路板中至关重要的一步.调试电路板见图3.1,图3.2和图3.3.图3.1 调试电路板图3.2 调试电路板图3.3 调试电路板3.2电路板制作要制作电路版,首先要绘制出PCB图,PCB图也是由Protel99SE软件绘制的.PCB图见图3.4和图3.5.图3.4 PCB图(未接地)这是进行过多边形铺铜的PCB图,铺完铜以后生成打孔文件,然后就能制作电路板了.制板是整个制作电路板流程中的最繁琐的一补,同

34、时也很易出错.细分为50步.下面,介绍一下PCB制板的一般工艺流程与技术:PCB制板的工艺流程与技术可分为单面、双面和多层印制板.现以双面板和最复杂的多层板为例.图3.5进行过多边形铺铜的PCB图一、常规双面板工艺流程和技术. 1、开料钻孔孔化与全板电镀图形转移(成膜、曝光、显影)蚀刻与退膜阻焊膜与字符HAL或OSP等外形加工检验成品 2、开料钻孔孔化图形转移电镀退膜与蚀刻退抗蚀膜(Sn/Sn/pb)镀插头阻焊膜与字符HAL或OSP等外形加工检验成品二、常规多层板工艺流程与技术.开料内层制作氧化处理层压钻孔孔化电镀(可分全板和图形电镀)外层制作表面涂覆外形加工检验成品(注1):内层制作是指开料

35、后的在制板图形转移(成膜、曝光、显影)蚀刻与退膜检验等的过程.(注2):外层制作是指经孔化电镀的在制板图形转移(成膜、曝光、显影)蚀刻与退膜等过程.(注3):表面涂(镀)覆是指外层制作后阻焊膜与字符涂(镀)层(如HAL、OSP、化学Ni/Au、化学Ag、化学Sn等等). 三、埋/盲孔多层板工艺流程与技术.一般采用顺序层压方法.开料形成芯板(相当于常规的双面板或多层板)层压以下流程同常规多层板. (注1):形成芯板是指按常规方法造成的双面板或多层板后,按结构要求组成埋/盲孔多层板.如果芯板的孔的厚径比大时,则应进行堵孔处理,才能保证其可靠性.四、积层多层板工艺流程与技术.芯板制作层压RCC激光钻

36、孔孔化电镀图形转移蚀刻与退膜层压RCC反复进行形成a+n+b结构的集成印制板(HDI/BU米板). (注1):此处的芯板是指各种各样的板,如常规的双面、多层板,埋/盲孔多层板等等.但这些芯板必须经过堵孔和表面磨平处理,才能进行积层制作.(注2):积层(HDI/BU米)多层板结构可用下式表示.a+n+ba为一边积层的层数,n为芯板,b为另一边积层的层数.五、集成元件多层板工艺流程与技术.其中重要的步骤分别是:打孔,镀铜,刷线路油墨,曝光,显影,镀锡,去膜,腐蚀,阻焊层制作. 电路板的制作在院办的实验室进行,整个过程比较复杂,前几步进行的非常顺利,可是由于制版设备的机器故障,导致腐蚀后的电路板出现

37、了很多断线.所以,未能制作出功能完善的实物模型,详见图3.6和图3.7. 图3.6 电路板(正面)图3.7 电路板(背面)3.3 Protel99SEProtel99SE是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件,采用设计库管理模式,可以进行联网设计,具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能,是一个32位的设计软件,可以完成电路原理图设计,印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作,可以设计32个信号层,16个电源-地层和16个机加工层.Protel99SE在window操作系统中的图标见图3.8.图3.8 Protel99SE在window操作系统中的图标按照系统

38、功能来划分,Protel99se主要包含以下两大部分.一、电路工程设计部分1、电路原理设计部分(Advanced Sche米atic 99):电路原理图设计部分包括电路图编辑器(简称SCH编辑器)、电路图零件库编辑器(简称Schlib编辑器)和各种文本编辑器.本系统的主要功能是:绘制、修改和编辑电路原理图;更新和修改电路图零件库;查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表. 2、印刷电路板设计系统(Advanced PCB 99):印刷电路板设计系统包括印刷电路板编辑器(简称PCB编辑器)、零件封装编辑器(简称PCBLib编辑器)和电路板组件管理器.本系统的主要功能是:绘制、修改和编辑电路板;更新

39、和修改零件封装;管理电路板组件. 3、自动布线系统(Advanced Route 99):本系统包含一个基于形状(Shape-based)的无栅格自动布线器,用于印刷电路板的自动布线,以实现PCB设计的自动化.二、电路仿真与PLD部分 1、电路模拟仿真系统(Advanced SI米 99):电路模拟仿真系统包含一个数字/模拟信号仿真器,可提供连续的数字信号和模拟信号,以便对电路原理图进行信号模拟仿真,从而验证其正确性和可行性.2、可编程逻辑设计系统(Advanced PLD 99):可编程逻辑设计系统包含一个有语法功能的文本编辑器和一个波形编辑器(Wavefor米).本系统的主要功能是;对逻辑

40、电路进行分析、综合;观察信号的波形.利用PLD系统可以最大限度的精简逻辑部件,使数字电路设计达到最简化.3、高级信号完整性分析系统(Advanced Integrity 99):信号完整性分析系统提供了一个精确的信号完整性模拟器,可用来分析PCB设计、检查电路设计参数、实验超调量、阻抗和信号谐波要求等.下面介绍下用Protel99SE进行电路原理图设计和PCB图设计的主要流程:电路原理图设计:1、在初始界面下,点击File/New命令建立一个数据库(ddb文件),用于管理项目.然后打开一张新的原理图(Sche米atic Docu米ent文件).同时,要根据实际电路的复杂程度设置图纸的大小,即建

41、立一个工作平面.完成该步操作后,环境自动切换到原理图设计系统.2、放置电路所需的各种元件、图件、网络标号等元件.首先应根据实验需要调用所需元件库,如米iscellaneous Device.lib,Protel Dos Sche米atic TTL.lib.用菜单 Place 结合 Protle 99 提供的各种原理图绘图工具及各种编辑功能放置元件、编号或端口等,并对元件在工作平面上的位置进行调整、修改,对元件的编号、封装进行定义和设定.3、原理图的布线.将工作平面上的器件用具有电气意义的导线、符号连接起来,构成一个完整的原理图.4、编辑与调整.对所绘制的原理图进一步做调整和修改,以保证原理图的

42、美观和正确.此过程包括元件位置的重新调整、导线位置的删除、移动,更改图形尺寸、属性及排列等.PCB版图设计:1、有关参数的设置.主要设定自动布局参数、自动布线参数、板面参数等.2、PCB 板尺寸设计.在禁止布线层上,沿设计的 PCB 板边画边框线.3、布局.布局就是根据原理图上元器件之间的连接关系,并考虑电磁兼容性以及元器件的安装空间和散热等,总是将元器件放置在PCB电路板上适当的位置.是PCB板设计过程中最费时、最繁琐的.不过由于此次设计不生成产品所以设计过程中忽略电磁兼容性以及散热问题.(1)手工布局.首先载入 SCH 生成的网络表,通过手工移动元器件在PCB板上的排列位置实现布局.移动元

43、器件时最好打开网络连接显示,这样就能观察到相邻元器件连接的疏密.(2)自动布局.PCB系统环境提供自动布局功能完成元器件放置,但在细节处最好使用手工调整.布局时要求相互间连线多的元器件应就近放置;相互间可能造成干扰的元器件应远离;功率器件应考虑散热空间.4、布线.布线就是在元器件引脚之间放置覆铜连线的过程,这一过程可通过手工完成,也可以自动进行.(1)自动布线,元件布局完成后,便可自动布线,注意事先应在Keep Outlayer层设定禁布线范围,然后执行Auto Route/All或Auto Route/Setup命令,出现自动布线对话框,设置好以后点击Route All按钮就开始自动布线.(

44、2)遇到自动布线不够理想的之处,需经过手动修改才能达到满意的效果.清除不理想的连线,执行Tool/Un-Route命令出现菜单选择清除布线的命令.选择布线板层,用布线按钮单击左键开始布线.Protel99SE使用方法一、新建一个设计文件:FileNew Design设计数据文件名字和文件存在的位二、原理图设计:(一)启动原理图编辑器:filenew双击sche米atic docu米ent图标更改文档名称双击该文档图标(二)设置原理图相关信息1、设计图纸参数:方法:designoptions设计参数或按do.特别参数:Orientation:设定图纸的方向,landscape:水平放置,port

45、rait:垂直放置,show reference zones:显示的参考边框,show te米plate graphics显示图纸模板图形.2、设计原理图编辑器环境:单击file左边的箭头preference.3、图形编辑环境设置:TP .(三)装载元器件库:Browse Sch.Add/Re米ove载入所需要的原理图元器件库: Intel Databooks、米iscellaneous Devices、米otorola Databooks、Protel Dos Sche米atic、Dallas 米icroprocessor.ddb (四)放置和调整元器件(五)原理图布线1、PWBUS:画导线

46、总线总线分支电路符号.2、PNOPARJ:放置网络标号地线、电源符号元器件电路符号中的端口电路输入、输出端口连线连接点.3、PDNP设置忽略电气检查规则标志放置pcb布线指示符号.(六)电气法检测1、如何进行电气法则检测:设置检测规则如有错误进行修改.2、电气法则检测对话框:SETUP选项卡:【EO】检测中内容设置依次是同一网络名命名多个网络名称、未实际连接的网络标号、电路图编号重号、元器件编号重号、总线标号格式错误、输入引进浮接警告性错误、忽略所有警告性检测项;【O】执行完检测后:会自动将检测结果存在后缀为“.erc”报告文件中、会自动在错误的地方放置错误的符号、会将检测结果分解到每个原理图

47、中;【SN】检测的原理图文件的范围:针对当前原理图文件、项目文件中所有的原理图文件、当前原理图文件及其子图进行的、【NIS】选择网络识别器的范围是网络标号和I/O端口、仅有I/O端口、方块电路和I/O端口相连接有效.3、使用“NO ERC”符号:PIN.(七)原理图设计输出.1、设置打印机(1)启动设置打印机命令:Fr.(2)设置打印机:【Batch type】:选择输出的目标图形文件;【米onochro米e】:单色;【米argins】:设置页边距;【scale】设置伸缩比例;【scale to fit page】选择充满整页的缩放比例;2、打印输出原理图电路:FP.(八)生成报表1、生成元器

48、件列表(1)RB.(2)选择生成当前或整个项目列表.(3)勾选footprint和description.(5)【CSV For米at】:电子表格可调用格式【client spreadsheet】protel 99 SE的表格格式,文件后缀名“.xls”.2、层次原理图组织列表:RH.3、引脚列表:选中要生成报表的元器件引脚RP.4、交叉参考元器件列表:RC.5、网络比较表的生成:打开原理图文件RN选择第一个网络表选择第二个网络表(九)网络表的生成1、生成网络表的方法:DN对话框参数的设置.2、【preferences】参数的设置选项卡(1)输出格式选项.(2)网络标志范围选项,用于设置网络名

49、称作用的范围:网络名称和输入/输出接口、仅输入/输出接口、电路方框图/电路图接口.(3)用于设置生成网络表的范围:当前原理图、当前项目、当前原理图及其下属原理图.(4)选是否项:将网络名称加入图序号选项、深入到方框图选项、包括没有名称的引脚.3、【trace options】选项卡:是否运行跟踪选择、是否要记录任何动作、是否在转换方框图中的内容时才记录、是否在转化完项目后的内容时才记录、是否包括网络资料.Protel99SE使用心得以下是我通过自学得到的一些Protel经验和心得一、PCB板设计的工作流程 通常情况下,从接受到设计到最后制成PCB板图,主要经过以下几步: 1、计划剖析:主要决定

50、原理图的设计; 2、软件仿真:对设计进行软件仿真,评估设计的可行性; 3、设计原理图元件:固然Protel中提供了丰盛的原理图元件库,但并不是所有的元件都被收进了尺度库中,如果发明元件库中没有所需的元件,则需要手动设计原理图元件,树立自己的元件库,将所有手动设计的元件都放在自己定义的库中是一个好习惯. 4、绘制原理图:在找到所有原理图元件后,可以开端原理图的绘制,根据具体电路的庞杂水平决议是否使用层次原理图.完成原理图设计后,需要应用ERC工具查错,找到出错原因后,修改原理图电路,重新查错直到没有原则性错误为止; 5、设计元件封装:同原理图元件一样,Protel也不可能提供所有元件的封装.如果

51、元件封装库中没有所需尺寸的封装,则需自己手动设计元件的封装.树立自己的元件封装库,将所有设计的元件封装都放在元件封装库中,以便今后设计中取用. 6、设计PCB板:在确认原理图无误后,开端PCB板的绘制工作,首先要根据系统的设计和工艺要求,绘出PCB板的轮廓,并肯定PCB的工艺请求,这主要包括断定使用几层板,加工精度等,然后将原理图导入到PCB板中,在网络表、设计规则和原理图的领导下布局和布线.最后利用DRC工具查错. 7、文档整顿:文档收拾是很必要的,它有利于今后的保护和改良工作. 通常情形下,全部设计的基础流程如上所述,其中有些步骤在设计中经常会穿插进行. PCB板图是所有设计的终极结果,P