protel应用课程设计.docx

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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：

题目:

Protel应用—汽车尾灯设计

初始条件：

74LS00，74LS04，74LS10，74LS138，74LS161，74LS00，NE555

要求完成的主要任务:

设汽车尾部左右两侧各有3个指示灯（用发光管模拟），要求是：

汽车正常行驶时，尾灯全部熄灭。

当汽车右转弯时，右侧3个指示灯按右循顺序点亮。

当汽车左转弯时，左侧3个指示灯按左循顺序点亮。

临时刹车时，所有指示灯同时闪烁。

选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。

计算电路元件参数与元件选择、并用protel画出总体电路原理图，制作PCB，仿真并按规定格式写出课程设计报告书。

时间安排：

6.8～6.11：

理论设计

6.12～6.15：

安装调试或仿真

6.16～6.19：

撰写报告

6.20：

答辩

指导教师签名：

年月日

系主任（或责任教师）签名：

年月日

摘要

汽车尾灯在汽车电子化中占据重要地位。

汽车尾灯发出的信号时刻显示了汽车的行驶状况和行驶轨迹即将发生的变化，对汽车的安全行驶以及其他车辆的安全肩负着重要的使命。

汽车尾灯为行驶车辆之间通信提供了一个很好的平台。

良好的汽车尾灯控制系统不仅可以达到汽车尾灯本来的功能，还可以用作别方面。

比如光通信。

研究汽车的尾灯控制系统，可以为我们打开探索的思路，让我们不仅学到了东西，而且可以从中摸索和总结出许多有益的东西。

汽车尾灯显示控制电路系统的设计很有必要。

本文主要介绍了汽车尾灯控制电路的设计，可以基本表示出汽车左转弯，右转弯，停车，正常行驶四种状态下尾灯的明亮变化，设计了相应的电路，并经过protues的仿真，将所有条件下的波形进行了分析整理，达到要求后，又运用protel将电路图完整的设计出来并绘制出了双面的PCB版。

Abstract

Thedeliveryisconsideredthetechnicaldevelopmentprocessofrevolution,thedeliveryofmoderncarisregardedasameasureoftheimportant,isusedtodevelopnewmodel,improvingtheperformanceofthemostimportanttechnicalmeasures.carmanufacturersbelievethatanincreaseincarelectronics,thebusdeliveryisthecaptureofthecarmarketimportanteffective.Therearlightsinthedeliveryofthetaillightsimportantposition.givestimeshowstheroadandrunningtrackoftheimpendingchangestothesafetyoftheroadandothertrafficisanimportantmission.Agoodcartaillightcontrolsystemwillnotonlytotherearlightsofthefunction,canalsobeusedasastop.

Asdigitalelectronicstechniqueandtechnologyofthemicroelectronicstherapiddevelopmentandtherearlightsdisplaycontrolcircuittendtohavemorehumanandrationalizationandharmony.inparticulartheedatechnology,wasthebigcompaniesfavor.boththetraditionaldigitaltechnology（thedigitaldevice）,orusingthenewtypeofdigitaltechnology（fpga）,thetaillightslikethecontrolcircuitoraresearchtopic.Haveledtothisproblemhasledtoleave.thedisplaydevicetoitsefficiencyoftheoutstandingcharacteristics.

1.电路原理设计

1.1电路的性能要求和设计思路

本次设计所遵循的要求如下：

汽车正常行驶时，尾灯全部熄灭。

当汽车右转弯时，右侧3个指示灯按右循顺序点亮。

当汽车左转弯时，左侧3个指示灯按左循顺序点亮。

临时刹车时，所有指示灯同时闪烁。

分析设计要求可以得到设计的电路最终显示有四种状态，而汽车的状态是用开关来模拟的。

四种状态最少可以用两个开关的分别开与断来模拟。

闪烁可以通过时钟来驱动显示。

1.2单元电路方案的选择和论证

1.2.1时钟发生电路

方案一：

采用由石英晶体和门电路构成的多谐振荡器来实现，其振荡频率稳定性高，具有非常好的选频特性。

但电路的振荡频率仅取决与石英晶体的串联谐振频率fs，而与电路中的R、C值无关，所以其频率无法调节，由于其频率太高，一般都是兆的数量级，需要经过多次分频才能达到秒脉冲的数量级。

故不适合用在此处。

方案二：

此课程设计中所需要的时钟信号约为1HZ，由于555定时器内部的比较器灵敏度高。

输出驱动电流大，功能灵活，且采用差分电路形式，他的震荡频率受电源电压和温度的影响很小。

改变R、C的值就能够改变其频率。

所以由555定时器构成的多谐振荡器频率稳定且易于调节。

方案三：

利用门电路构成多谐振荡器，也可以达到1HZ的时钟信号。

门电路构成的多谐振荡器利用RC电路的充放电特性，通过控制时间常数来产生方波时钟信号。

但是其稳定度比较低，而且特性与所用门电路的特性直接挂钩，而且输出波形受到电源的影响特别大，不容易控制。

经过分析和对比设计的要求，在所需频率较低而且车载电源不是很稳定的情况下，时钟脉冲的发生选用方案二。

1.2.2计数循环电路

方案一：

采用四位双向移动移位寄存器74194，当S1接低电平二SO接高电平时，加入时钟信号即可实现数据右移的功能。

QD经过一个非门与清零端相接。

当QD为高电平时，即可实现清零，从而开始下一个循环。

电路如图2所示。

方案二：

由于本次设计的循环彩灯只有三个，利用两个触发器就可以自行构成一个比较简易的三进制计数器来实现循环，相对于专用的计数器芯片来言比较节约。

译码电路由3线-8线译码器74138以及必要的门电路来实现，利用两个触发器构成的计数器将从而实现循环功能信号输入到译码器的两个输入端，再使用开关控制另外的一个输入端，既可以实现两组共六个灯的循环控制。

电路如图1所示。

方案三：

采用51单片机控制实现，利用单片机内程序控制其IO口高低电平的变化来实现循环，这使得循环很容易实现，而且单片机可以精确地定时。

但是单片机的一般用于速度要求较高的应用场合，本次设计的脉冲要求仅仅停留在秒脉冲的级别。

而且单片机的成本相对于中规模逻辑电路来言较高，不太适合这样的应用场合。

方案一中的移位寄存器可以很简便的实现功能但是，市面上74LS194的售价较高，基于性价比的考虑不使用此方案。

方案三种使用单片机对于数字电路设计的要求不太符合，故也不使用此方案。

基于全方面的考虑使用方案二可以很好的达到要求。

1.2.3开关控制电路

由于题目要求共需要实现四种状态，可以分别用两个开关来控制高低电平来简单的表示，也比较适合在实际电路里面的控制。

两个开关分为左右开关分别带替左右方向。

其中左开关记为K0，右开关记为K1。

当K0和K1全部按下时表示汽车正在正常行驶，所有汽车尾灯均熄灭。

当K0弹起表示汽车将要进行左转，此时开关控制电路将控制计数器和译码器工作可以使左边汽车尾灯循环点亮。

当K1弹起表示汽车将要进行右转，此时开关控制电路将控制计数器和译码器工作可以使右边汽车尾灯循环点亮。

当K0和K1都弹起时表示汽车此时出于刹车状态，所有汽车尾灯均在闪烁。

1.3电路设计

1.3.1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。

表一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-2）

根据G和F的逻辑表达式，画出模式控制电路图如下：

图1.1模式控制电路

1.3.2三进制计数器

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：

表二三进制计数器的状态表

表三RS触发器激励表

图1.2三进制计数器逻辑电路

1.3.3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。

当图中G=F=1、K1=0时，对应计数器状态Q1Q0为00，01，10，译码器输出依次为0,1,2，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DR1→DR2→DR3，依次顺序点亮，示意汽车向右转

图1.3译码及尾灯显示驱动电路

同理，当图中G=F=1、K1=1时，指示灯DR1→DR2→DR3,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。

1.3.4555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74LS138，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=1．43/（（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1.4555时钟脉冲电路

2.Protel原理图设计

2.1准备画图

1.启动ProtelDXP2004

（1）从Windows操作系统的开始菜单或桌面快捷图标进入ProtelDXP2004环境。

（2）使用菜单文件/新建/工程/PCB工程建立新工程文件。

在侧栏中可对其另存为并且重命名为zck.PCBprj。

（3）使用菜单文件/新建，在下拉菜单选择原理图，建立新原理图文件。

（4）一个名为Sheet1.SchDoc的原理图图纸出现在设计窗口中，并且原理图文件夹也自动地添加（连接）到项目。

这个原理图图纸现在列表在Projects标签中的紧挨着项目名下的SchematicSheets文件夹下。

同样方法重命名为zck.schdoc。

设置画图环境

使用菜单设计/文档选项，在如图2.1所示的窗口中设置图纸尺寸、栅格等内容。

图2.1文件选项对话框

原理图参数设置：

1、从菜单选择工具»设置原理图参数打开原理图参数对话框。

这个对话框允许你设置全部参数，这些将应用到你将继续工作的所有原理图图纸。

2、点击缺省参数标签以使其为当前，勾选Permanent。

点击OK按钮关闭对话框。

3、在你开始绘制原理图之前，保存这个原理图图纸，因此选择File»Save。

图2.2Preferences对话框

2.2定位元件和加载元件库图

1、点击右上角库标签显示库工作区面板，如图2.3所示。

2、在库面板中按下搜索按钮打开查找库对话框，如图2.4所示。

图2.3库工作区面板图2.4元件查找面板

3、确认范围被设置为库路径，并且路径区含有指向你的库的正确路径。

如果你接受安装过程中的默认目录，路径中会显示F:

\PROTEAL\Library\。

4、所以在库搜索单元的Name文本框内键入要查照器件的名字，元件名称和图会列在库工作面板上，如图2.3。

如果找不到，就用查找功能在如图2.4的空白处填入器件名称，如NPN找三极管。

同样的方法找到其他元件。

2.3放置元件并排版

1、电容、电阻等常用元件也在MiscellaneousDevices.IntLib库里，应该在库面板中被选择。

2、在库面板的元件过滤器栏键入cap电容，res电阻，restap滑动变阻器，NPN三极管，LM348运放等找到相应的元件。

3、在元件列表中点击元件选择它，然后点击Place按钮（也可双击）。

现在在你的光标上悬浮着一个相应元件的符号。

4、按TAB键编辑属性，包括Designator和Value等。

在ComponentProperties对话框的Properties单元，设置Designator，检查PCB封装模型。

如图示2-5为一个实例。

图2.5一个电阻的原件属性

5、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ParameterProperties对话框。

输入名称Value并修改为所需的值。

确认String作为规则类型被选择，并且value的Visible框被勾选。

点击OK。

6、在对话框的Properties单元，点击Comment栏并从下拉列表中选择=Value，将Visible关闭。

点击OK按钮返回放置模式。

右击或按ESC退出放置模式。

2.4电路连接

1、从菜单选择Place»Wire或从WiringTools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、将光标称到另一个电气点上，你会看见光标变为一个红色连接图2.6

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。

6、注意最后要放置好电源VEE和地GND。

2.5电路及电气规则检查

1、选择Project»CompilePCBProject。

2、当项目被编辑时，任何已经启动的错误均将显示在设计窗口下部的Messages面板中。

被编辑的文件会与同级的文件、元件和列出的网络以及一个能浏览的连接模型一起列表在Compiled面板中。

图2.7错误及电气规则检查结果Message框

3、如图2-7所示为CompilePCBProject的结果，有部分Warning为正常情况，可以继续。

如果出现Error则必须检查修改否则不能继续。

总原理图

3.印制版图的设计

3.1生成PCB

我们用ProtelDXP2004制作设计好电路图以后，即可生成PCB板，在这之前，应先注意各个元件封装的选择，原则应与实际尺寸相等，没有的可以自己画封装。

首先，在工程中新建PCB。

选中工程，点击文件—新建—PCB，新建一个PCB。

单击保存按钮，重命名，保存。

进入PCB界面，导入原理图，点击design,选择importchangesfromDriverPCB.PrjPCB

但后点击左下角的validatechanges,再点击executechanges,在右侧全都准确无误后，然后点close。

按Pagedown键，然后选中右下角的元件，突入黑色背景中，然后按delete键，去掉外框，准备布局

3.2元件封装布局

DXP提供了自动布局和手动布局自动布局选中所有元件。

自动布局：

点击Tools—Autoplacement—Autoplacer,进入界面然后点击OK，然后缩小屏幕，可以找到排好的元件。

移入黑框中。

手动布局：

自动布局往往不太令人满意，结构混乱，造成浪费空间。

所以还要手工布局，从新调整元件的布局是指在满足电气特性的同时，更加优化，美观。

选取元件；移动元件，拖动选中的元件到合适的位置；旋转元件，拖动元件时，按空格键，每次旋转90°；排列元件，点击工具栏按钮，在其弹出栏中可以按一定规则排列元件；元件标注与调整，包括位置，方向，内容，字体等。

双击某元件注释，在弹出选项中进行修改。

电气边界：

先画电气层，在屏幕左下方选中keep-outlayer。

然后单击工具栏的place—line,在元件外围一定距离处画线，画一个方形。

物理边界：

然后再在mechanical1层画物理边界，画在电气边界的外

3.3规则设置

在设置参数，选择design-rules，把线宽参数设置如图3-1

图3.1规则窗口

3.4布线

单击工具栏的autoroute---all，如图3.2

图3.2自动布线

选择routeall，系统会自动布线，布完线后，如图3.3

图3.3布线图

3.5PCB规则检查

布完线以后，还要运行设计规则检查命令检查设计完成的电路板有无违反设计规则的状况，确保电路板的正确性。

另外为了便于存档，电路板的加工生产及电路元件的安装，需要生成各种报表文件。

设计规则的检查

点击工具—设计规则检查,进入界面。

如果需要进行具体检查，点击左侧RulesToCheck,可进行具体调整，一般情况下可以在直接点左下角的运行设计规则检查。

根据报表分析可知，没有违反涉及规则。

若检测出错误信息，要分析其错误原因，并进行修改。

然后可以加上安装孔，点击place---via，放在物理边界内，即可。

最后，保存。

这样PCB制作就可以了。

4.电路仿真

仿真软件使用功能强大的Proteus，其可以有效的对数字电路的仿真。

4.1仿真的原理图

仿真的总原理图如下：

图4.1仿真总原理图

4.2仿真的结果与分析

汽车转向时，汽车尾灯循环点亮，仿真结果如下

：

图4.2汽车尾灯转向仿真图（组图）

当汽车刹车时所有尾灯随着时钟脉冲一起闪烁，仿真结果如下：

图4.4汽车尾灯刹车仿真图（组图）

当汽车正常行进时所有尾灯均熄灭，其仿真结果如下：

图4.5汽车尾灯刹车仿真图

5.设计总结和感想

通过DXP原理课程设计，我掌握了DXP程序工作的基本过程及其各阶段的基本任务，理解了DXP中PCB的生成过程、对电路知识有了更深的理解，对实验原理有了更深的体会。

通过做这个课程设计，知道和理解了DXP是怎样执行的，对理论在实践中的应用有更深刻的理解。

通过该课程设计，全面系统的理解了DXP一般原理和基本实现方法。

把死板的课本知识变得生动有趣，激发了学习的积极性。

把学过的DXP原理和知识强化，能够把课堂上学的知识点通过自己设计的原理图设计出来，加深对理论知识的理解。

而且我也体会到良好的印刷电路板的设计除了选择高质量的元器件,合理的电路外，其印刷电路板的部件布局和电气连接方向的设计也非常关键，同一种部件和参数的电路，由于布局设计和电气连接方向的不同会产生不同的效果，甚至可能存在很大的差异。

因而，一个良好的印刷电路板设计必须将印刷电路板布局，正确选择布线方向及整体印刷电路板的工艺联合起来考虑，合理的工艺结构，既可以消除因布线的不当而产生的昭声干扰，同时便于生产中的安装，调试和检修等。

总之，这两周的课程设计让我受益匪浅，既学到了实用的设计，又对学习和团队意识有了更进一步的认识，使我对今后的学习生活有了更完善的规划和充分的准备！

6.参考文献

【1】李俊婷《计算机辅助电路设计与ProtelDXP》（第1版）高等教育出版社

【2】杨旭方《ProtelDXP实训教程》（第1版）电子工业出版社

【3】老虎工作室《电路设计与制板ProtelDXP入门与提高》人民邮电出版

【4】伍时和《数字电子技术基础》清华大学出版社

【5】彭介华《电子技术课程设计指导》高等教育出版社

【6】谢自美《电子线路设计实验测试（第三版）》华中科技大学出版社