Protel课程设计.docx
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Protel课程设计
课程设计任务书
学生姓名：
向阳专业班级：
通信1004班
指导教师：
李政颖工作单位：
信息工程学院
题目：
利用Protel99se设计汽车尾灯
初始条件：
软件使用：
Protel99se,Multisim11.0；芯片使用：
74ls161,74ls138,74ls86,555定时器等。
课设利用Protel99SE完成了汽车左转右转及刹车直行状态下的汽车尾灯控制系统设计，并利用Multisim11.0完成了仿真
要求完成的主要任务:
1.电路的原理图的设计
2.印刷版图的制作
3.设计电路的仿真，并给出仿真结果及分析
4.设计报告的撰写
时间安排：
序号
阶段内容
所需时间
1
选题，原理方案设计
2天
2
电路原理图、印刷版图的设计、电路的仿真
3天
3
撰写报告
1天
4
答辩
1天
合计
7天
指导教师签名：
年月日
系主任（或责任教师）签名：
年月日
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protel99SE，protelDXP和最新高端版本AltiumDesigner6.0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。
汽车尾灯是汽车的主要部分，在我们的生活中不可缺少，正是有了它才是我们的交通得以正常进行。
现在社会上出现交通事故的比例很高除了自身原因外，汽车尾灯也发挥着主要的作用，尾灯的指示灯按正常指定闪烁将会避免很多事故的发生。
汽车尾灯控制电路是数字电路在交通控制电路中的典型应用，在日常生活中有着广泛的应用，本设计基本上模拟了汽车运行过程中的实际状况，一般有左右各三个灯，当人们看到灯不同形式的亮灭闪烁时，就会知道驾驶员的操作意图，即行驶、左转、右转及刹车。
本设计将借助Protel99se软件实现汽车尾灯装置的设计。
Abstract
Protelintheelectronicprofession'sCADsoftware,hearrangesdeservinglyatnumerousEDAsoftware'sfront,ithastheschematicdiagramdesign,theprintedwiringboard（PCB）,designlevelfunctionsandsoonschematicdiagramdesign,reportformmanufacture,circuitsimulationaswellaslogicalcomponentdesign,iscarriesontheelectrontodesignoneofmostusefulsoftwares.Thenearlyallelectroniccompanymustuseit.Whatisquitenowcommonlyusedisprotel99SE,protelDXPandnewesthigh-endeditionAltiumDesigner6.0andsoon.Thisdesignmainlydesignsanautomobilerearlightcontrolcircuit'sprinciple,anddrawstheschematicdiagramwiththeprotelsoftware,andcarriesonthePCBschematicdiagramsimulation.
Cartaillightisthemainpartoftheautomobile,isindispensableinourlife,itisitisourtrafficisnormal.Nowthereisahighproportionoftrafficaccidentsinadditiontotheirownreasons,automobiletaillightsalsoplayedamajorrole,indicatinglamptaillampbynormalspecifiedflashwillavoidmanyaccidents.Thecartaillightscontrolcircuitisatypicalapplicationofdigitalcircuitinthetrafficcontrolcircuit,iswidelyusedindailylife,thedesignisbasicallytosimulatetherealconditionsofanautomobileintherunningprocess,generallyaboutthreeeachlamp,whenpeopleseethelightofdifferentformsoflightflashing,thedriverwillknowintention,namely,turnleft,turnrightandstoprunning.ThisdesignwillachievethetaillightdevicebymeansofProtel99SEsoftware.
汽车尾灯系统设计
1设计方案
1.1汽车尾灯电路设计要求
汽车行驶时有正常行驶、左转、右转和刹车四种情况，设汽车尾部左右两侧各有3个指示灯（用发光二极管模拟）。
（1）汽车正常运行时指示灯全灭
（2）汽车右转弯时，右侧3个灯按右循环顺序点亮
（3）汽车左转弯时，左侧3个灯按左循环顺序点亮
（4）汽车临时刹车时所有指示灯同时闪烁
1.2设计原理及原理框图
汽车尾灯控制电路主要由开关控制电路，三进制计数器，译码、显示驱动电路组成。
由于汽车左转或右转时，三个指示灯循环点亮，所以用三进制计数器控制译码器电路顺序输出低电平，从而控制尾灯按要求点亮。
首先，设置两个可控的开关J4,J8，可产生00、01、10、11四种状态。
开关置为00状态时，汽车处于正常行驶状态；
开关置为01状态时，汽车处于右转弯的状态；
开关置为10状态时，汽车处于左转弯的状态；
开关置为11状态时，汽车处于刹车状态。
三进制计数器可由74LS163芯片和74LS00构成；译码电路可用译码器74LS138和6个与非门构成；显示、驱动电路由6个发光二极管和6个反向器构成。
原理框图如图1-1所示：
图1-1原理框图
2单元电路设计
2.1时钟脉冲电路
555定时器简介：
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触发电路和放电管的状态。
在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器A1的反向输入端的电压为2/3Vcc,A2的同相输入端的电压为1/3Vcc,若触发输入端TR的电压小于1/3Vcc,则比较器A2的输出为1，，可使RS触发置1。
，使输出端OUT为1。
如果阙值输入端TH的电压大于2/3Vcc，同时TR电压大于1/3Vcc，则A1输出为1，，A2输出为0，，可将RS触发器置0，可使输出为0电平。
下图为555定时器内部结构与引脚图：
图2-1内部结构结构图图2-2引脚图
如图2-3为由555定时器构成的多谐振荡器。
接通电源后，电容C被充电，Vc上升，当Vc上升到2/3Vcc时，触发器被复位，此时Vo为低电平，电容C通过R2和T放电，使Vc下降。
当Vc先讲到1/3Vcc时，触发器又被复位，Vo翻转为高电平。
周期T为：
T=（R1+2R2）Cln2≈0.7（R1+2R2）C=0.7（28.6K+56.7K×2）×10nF=0.994us
这样，通过电容充放电时间，使多谐振荡器产生时钟信号。
图2-3时钟脉冲电路
2.2开关控制电路
开关控制电路通过控制开关J1和J2的开通于关断，实现汽车正常行驶、左转弯、右转弯和刹车四种状态。
J4、J8置于00状态时，汽车处于正常行驶状态；
J4、J8置于01状态时，汽车处于右转弯状态；
J4、J8置于10状态时，汽车处于左转弯状态；
J4、J8置于11状态时，汽车处于刹车状态。
图2-4开关控制电路图
2.3三进制计数器
汽车左或右转弯时由于是三个指示灯循环点亮，所以用三进制计数器控制译码电路顺序输出低电平，从而控制尾灯按要求电路，由此得出在每种运行状态下，各指示灯与各给定条件的关系，即逻辑功能表：
（0表示灯灭，1表示灯亮）
表2-1三进制计数器功能表
开关控制
J4J8
三进制计数器
Q1Q0
六个指示灯
123456
00
000000
01
00
01
10
100000
010000
001000
10
00
01
11
000100
000010
000001
11
cpcpcpcpcpcp
此计数器由74LS163芯片主要构成，74LS163计数功能简介：
其计数是同步的，靠CP同时加在四个触发器上而实现的，当CTp和CTt均为高电平时，在CP上升沿作用下Q0-Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。
对于74LS163，只有当CP为高电平时CTp和CTt才允许高至低电平的跳变，而与CP无关。
74LS163的真值表：
表2-274LS163真值表
三进制计数器电路图如图2-5所示：
图2-5三进制计数器电路图
2.4译码、显示驱动电路
此电路由74LS138芯片和6个与非门，6个反向器和发光二极管构成。
74LS138芯片简介：
74138为3线-8线译码器，，其工作原理如下：
当一个选通端为高电平，另两个选通端为低电平时，可将地址端的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。
若外接一个反向器可级联扩展成32线译码器，若将选通端中的一个作为数据输入端时，74138还可以做数据分配器。
下图为其真值表：
表2-374LS138真值表
译码、显示驱动电路图如下图图2-6所示；
图2-6译码、显示驱动电路图
3关于Protel原理图绘制
3.1准备画图
进入Protel99SE，创建一个数据库，执行菜单File/New命令，系统弹出文件类型的对话框，从框中选择原理图服务器（SchematicDocument）图标，双击该图标，在空白处右击，在弹出来的快捷菜单中，单击“New…”命令，弹出“NewDocuments”对话框，如图3-1所示。
图3-1NewDocument对话框
双击
图标，在文件夹窗口会出现一个原理图文件的图标，建立了一个原理图。
双击原理图图标，进入原理图设计服务器界面，开始画原理图。
3.2定位元件和加载元件库
本次课设要做仿真图，因此直接用仿真元器件库中的元件来做原理图，需要添加仿真库。
点击BrowseSch下的Add/Remove,弹出如图4所示对话框。
在对话框中找到Sim.ddb文件，点击Add,用Remove按钮移除其他的元件库，只加载仿真元件库。
只用在仿真库中找到的元件才能进行仿真，仿真元件库中有大量的元件，一般的电路图都能够画出。
如果加载的元件库过多，就有可能导致原理图的有些元件不是仿真库中的，导致仿真时出现错误。
图3-2加载元件库对话框
3.3原理图放置元件
根据实际电路的需要，到元件库中找出所需的元件，然后用元件管理器Place按钮将元件放置在工作平面上，根据元件之间的走线把元件调整好。
摆放元件的基本操作
移动元件：
用鼠标左键点中元件，并按住不放，然后移动元件。
元件的旋转：
就是改变元件的放置方向。
用鼠标左键点中元件后，按住不放，此时可以使用功能键，就可以实现元件的旋转。
SPACE键：
让元件旋转90°。
Ctrl+X键：
使元件左右对掉，即是自光标为轴作水平对调。
Ctrl+Y键：
使元件上下对掉，即是自光标为轴作垂直对调。
3.4连接电路
此时一定要选用
工具条中的
进行连线，因为只用此线才是具有电气性质，当预拉线的指针移动到元件的引脚或其它电气特性线时，指针的中心将会出现一个黑点，它提示我们在当前状态下单机鼠标左键就会形成一个有效的电气连接。
绘制好的原理图如图3-3所示。
图3-3整体原理图
在电路连接完成后，可进行ERC检查。
ERC主要是检查电路图中是否有电气特性不一致的情况，根据问题的严重性分别以错误（Error）或警告（Warning）信息来提示用户。
选择Tools菜单下的ERC项，在弹出的对话框中，直接点击OK键即可进行ERC检查。
如果有错误，改正错误后可再进行ERC检查。
我的检查结果图如图3-4所示
图3-4原理图ERC检查生成界面
3.5元器件的封装
3.5.1封装元器件
在绘制PCB的界面中，点击Browse的下拉菜单，选中Libraries文件夹，在Libraries中找到原理图中元器件相应的封装。
在数字芯片中一个可能包含几个元器件，因此可以将相同的元器件封装到一个芯片里面。
以把两个运放封装到一个芯片为例，双击元件，打开元件对话框，如图7所示。
使两个元器件的型号相同，都填LM358，然后再将一个的Part填1，另外一个填2，点击OK，两个运放就封装到一个芯片里了。
图3-5运放参数设置对话框
3.5.2创建PCB元器件
由于PCB的封装库中没有数码管的封装，这时就需要自己绘制一个元器件的封装。
与新建原理图操作相同，弹出“NewDocuments”对话框后，双击对话框中的PcbLibraryDocuments图标，在文件夹窗口会出现一个元器件封装库文件的图标，默认文件名为“PCBLIB.LIB”,启动元器件封装编辑器，给数码管的封装改名为SHUMAGUAN。
然后在编辑界面绘制数码管的封装。
注意焊盘的编号和原理图里的引脚编号一样，最后在丝印层绘制元件的边框。
画好后保存并更新库文件，用的时候导入这个库文件就行了。
4PCB板制作
4.1生成网络表
网络表非常重要，它是PCB（电路板）布线的依据，也是原理图设计软件SCH与印刷电路板软件PCB之间的接口。
选取设计菜单下的createnetlist选项则弹出4-1所示对话框，点击OK键就可生成网络表文件。
图4-1生成网络表对话框
点击OK后出现如下图图4-2所示网络表：
图4-2生成网络表
4.2创建PCB文件
打开Documents文件夹，在空白处右击，在弹出来的快捷菜单中，单击“New…”命令，弹出“NewDocuments”对话框。
选择图标PCBDocument点击OK，在文件夹窗口会出现一个元器件PCB文件的图标。
双击图标，进入PCB设计主界面。
4.3导入器件
选择菜单栏中的Design∣LoadNets...,弹出如下对话框。
图4-3加载网络表对话框
单击Browse…，在弹出的下拉菜单中选择原理图所生成的网络表，再单击Execute,网络表加载成功，没有任何错误存在。
4.4元件的自动布局
在*.PCB文件的界面下，执行菜单命令Tools/AutoPlacement/AutoPlacer…，弹出图4-4所示的对话框。
图4-4布局设置
ClusterPlacer：
成组布局方式，比较适合元件较少的电路
StatisticalPlacer：
统计布局方式，比较适合元件较多的电路
QuickComponentPlacer：
快速元件布局，与成组布局方式（ClusterPlacer）搭配使用。
4.5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AutoRoute/Setup后，出现图14所示对话框，把RoutingGrid设置为“20.0000”，其余选项使用默认。
之后，点击按钮RouteAll，开始自动布线。
（5）自动布线手动调整：
利用Tools/Un－route删除已有布线，进行人工布线。
4.6电路板图
图4-5汽车尾灯控制电路PCB图
4.73D效果图
选择view—Boardin3D即可360度旋转观察他的各个方位的效果图，如下图4.7.1图和图4.7.2即是器3D效果的正面生成效果图和反面生成效果图。
图4-6电路板3D正面生成效果图
图4-7电路板3D反面生成效果图
5Protel电路仿真
5.1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。
5.2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SimulationSymbols.lib中选择。
5.3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。
5.4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（OperationPointAnalysis）和暂态分析（TransientAnlysis），其他分析在此不作介绍。
5.5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。
5.6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，所以本次仿真最终选用了自己比较熟悉的仿真软件multism11.0。
用该软件仿真效果非常直观清晰。
由仿真软件multism11.0画出整个汽车尾灯控制系统电路图如图5-1所示
图5-1汽车尾灯控制系统电路图
当J1A闭合而J2A断开时，汽车右转，右尾灯依次循环点亮，仿真现象及波形分别如下图所示5-2和5-3所示
图5-2右转时灯现象仿真图
图5-3右转时右尾车灯波形图
当J1A断开而J2A闭合时，汽车左转，左尾灯依次循环点亮，仿真现象及波形分别如下图所示5-4和5-5所示
图5-4左转时灯现象仿真图
图5-5左转时左尾车灯波形图
当J1A，J2A均闭合时，汽车左转，左和右尾灯同时循环点亮，仿真
现象及波形分别如下图所示5-6和5-7所示
图5-6刹车时灯现象仿真图
图5-7刹车时左右尾车灯波形图
当J1A断开而J2A断开时，汽车正常直行，左右尾灯均不点亮，波形分别如下图5.6.8所示
图5-8汽车正常直行波形图
6实验过程中遇到的问题
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，我在设置元件可的时候遇到了Protel99se和Window7系统不兼容的问题，使得在按正常步骤添加元件可的时候会出现无法添加的问题，之后我查阅资料后发现是不兼容造成的，于是我按以下方法进行了修改：
1.进入C\WINDOWS下找到ADVPCB99SE.INI和ADVSCH99SE.INI两个文件；
2.用记事打开ADVSCH99SE.INI文件,在[ChangeLibraryFileList]下找到File0,等号后面的的内容就是默认已经添加的库，如果要添加多个怎么办呢?
简单，在File0后面添File1,File2..依次类推,但注意最后修改File0上面的Count属性,如果你添了n个,就把它的值改为n。
更改后记事本上内容如下图图6-1和图6-2所示
图6-1对ADVSCH99SE.INI文件的修改图
图6-2对ADVPCB99SE.INI文件的修改图
修改之后便可以在库中找到常用的元件，一般常用元件都在miscellaneousDecive.ddb库中。
而TTL和CMOS数字集成电路可以在TIDatabooks库或NSCDatabooks库中查找。
运算放大器和稳压电源电路可以在NSCanalog.ddb库中查找。
完成添加元件库之后出现一下图6-3界面。
图6-3选择元件库窗口
7心得体会
Protel是一款功能很强大的软件，能够画原理图，制作PCB，还兼有仿真的功能。
刚开始听说要做Protel课设的时候并没有觉得有什么难度，我们在大二上学期的实习中就接触过Protel，对这个软件有点熟悉。
可是在做课设的过程中，才了解到我们以前使用Protel做PCB，完全是依葫芦画瓢，一步一步照着书上做，只要最后做PCB的自动布线的条数和老师所要求的一样，就算完成任务了，根本就不了解这样做的原理。
通过这次课设对Protel有了更深层次的了解。
我以前对Protel的仿真一无所知，通过上网查资料，去图书馆查阅书籍，才渐渐对它的仿真有点了解。
元件只有在Protel的仿真库中，才能进行仿真。
仿真库里没有单片机，我决定换个电路图。
在网上搜了一些以往关于Protel课设的资料，觉得做555电路可行。
我选择了做555定时器构成的占空比可调的多谐振荡器，仿真是个大难题，就开始做仿真。
刚开始做仿真遇到很多问题，仿真时总是说有错误，而那些错误我又看不懂，做了好多次后真是有点心灰意冷了。
但是这些问题不解决又不行，只有硬着头皮做下去。
终于在我不懈的努力之下，有波形出来了，虽然只是一些横线，但是也是对我的一个很大的鼓励。
在我改了电路的一些参数后，也基本上能够仿真出来了。
做完这次仿真后，我也几乎能看懂Protel仿真会出现的那些问题了，虽然不一定都能解决。
仿真做好之后，我就开始做PCB了。
我到网上查封装号的时候，数电芯片一般是DIP封装的，网上资料给的是DIP-14，可是加载网络表的时候总是有错误。
我在PCB的封装库找到了相对应的封装，才发现我的Protel是DIP14，改过之后就能顺利的加载网络表了。
后来，又觉得我的电路图过于简单，加了一个二十三进制的计数器。
这样原理图中又多了数码管，在封装库中没有对应的封装，为了解决这个问题我又学会了自己画封装。
而且还知道怎么样将两个元件封装到一个芯片里去。
这些都是我在这次课设中学到的东西。
8参考文献
【1】Protel
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