protel课设—汽车尾灯控制系统

1、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应用课程设计初始条件1. 一台装有PROTEL软件或以上版本的电脑及使用PROTEL软件绘制电路原理图和印刷电路板的基本技能；2. 模拟、数字、高频、单片机、或者一个具有完备功能的电子电路系统。要求完成的主要任务：1. 绘制具有一定规模、一定复杂程度的电路原理图*.sch（自选）。可以涉及模拟、数字、高频、单片机、或者一个具有完备功能的电子电路系统。2. 绘制相应电路原理图的双面印刷版图*.pcb，对电路原理图进行仿真，给出仿真结果（如波形*.sdf、数据）并说明是否达到设计意图。参考书目:1. Protel

2、99 入门与提高.赵品编著.人民邮电出版社.2000.112. Protel 99 高级应用.赵品编著.人民邮电出版社.2000.113. Protel 99 SE电路设计与仿真应用时间安排第16周 下达任务，查找资料；第17周 设计仿真，撰写报告；第18周 完成设计，提交报告，答辩。地点： 鉴主18楼实验室6 指导教师签名： 2012年 月 日系主任（或责任教师）签名： 2012年 月 日目录摘要2Abstact2引言11设计任务21.1设计需求：21.2设计具体要求：22设计方案22.1方案一：采用8位的MCU设计22.1.1原理框图22.1.2方案的优缺点32.2方案二：采用分立的数字芯

3、片搭建32.2.1原理框图32.2.2方案的优缺点42.3最终方案43原理图绘制与电路原理分析53.1时钟发生电路（f=1Hz）53.2转弯信号状态计数电路63.3左右弯控制电路73.4刹车控制电路的设计83.5停车控制电路设计93.6总体电路图104原理图的仿真结果与分析114.1555多谐振荡器仿真结果114.2用altiumdesigner对原理图进行仿真125双面印刷版图（PCB）135.1全局图1135.2全局图2145.3局部图1145.4局部图2156心得与体会157元器件清单168参考文献1717摘要Altium Designer是Protel软件的原厂商 Altium公司推出

4、了Protel系列的最新高端版本。Altium Designer 提供单一的综合了电子产品开发所需的所有必须技术和功能的统一应用，它在单一设计环境中集成板级和FPGA系统设计、基于FPGA和分立处理器的嵌入式软件开发以及PCB版图设计、编辑和制造，这使得Altium Designer成为电子产品统一开发的完整解决方案。通过工程设计的实际经验总结，探讨了如何快捷地完成一个复杂的、优良的电子产品设计，并重点就电路原理图设计，相应电路原理图的双面印刷版图绘制，以及电路原理图的仿真加以介绍。关键词：Altium Designer；一体化设计；自动布线AbstactAltium Designer is

5、protel software vendors altium the company unveiled protel series of the latest version. Altium designer provides a single comprehensive the development of all must technical and functional unity of the application, it is in a single integrated in the class and based on fpga fpga system design, and

6、the division of the processor embedded software development and design, the editor in pcb with, this designer altium a unity of the development of electronic products complete solutions.Engineering design of practical experience, and discusses how fast a complex, and electronic product design and em

7、phasis on the principle drawing the circuit design circuits diagram, the principle of a printed map is drawn, and electrical principle of simulation be introduced.Keywords : Altium Designer ; integration design automatic引言Altium Designer 6.0除了全面继承包括99SE，Protel2004在内的先前一系列版本的功能和优点以外，还增加了许多改进和很多高端功能。A

8、ltium Designer 6.0拓宽了板级设计的传统界限，全面集成了FPGA设计功能和 SOPC设计实现功能，从而允许工程师能将系统设计中的FPGA与PCB设计以及嵌入式设计集成在一起。 交互式编辑、出错查询、布线和可视化功能，从而能更快地实现电路板布局,支持高速电路设计，具有成熟的布线后信号完整性分析工具.Altium Designer 6.0对差分信号提供系统范围内的支持，可对高速内连的差分信号对进行充分定义、管理和交互式布线。支持包括对在FPGA项目内部定义的LVDS信号的物理设计 进行自动映射。 LVDS 是差分信号最通用的标准，广泛应用于可编程器件。Altium Designer

9、可充分利用当今FPGA 器件上的扩展I/O管脚。 利用Altium Designer设计简单的数字电路，可以很好的帮助我们去了解和学习这款软件的各方面的良好的性能。1 设计任务1.1设计需求：设计构成一个控制汽车六个尾灯的电路，用六个指示灯模拟六个尾灯（汽车尾部左右每侧三个灯），并用两个拨动式（乒乓）开关作为转弯信号源；一个兵乓开关用于指示右转弯，一个乒乓开关用于指示左转弯，如果两个乒乓开关都被接通，说明驾驶员是一个外行，紧急闪烁器起作用。图1 汽车转弯示意图1.2设计具体要求：1. 用Altium Designer 6.0绘出汽车尾灯显示控制电路的原理图。2. 采用Altium Design

10、er 6.0自带的仿真功能对原理图进行全面的仿真。3. 生成相应的PCB双面板。2 设计方案2.1方案一：采用8位的MCU设计2.1.1原理框图图2 MCU原理框图2.1.2方案的优缺点 优点：此方案采用8位的MCU,设计思路简明清晰。通过原理框图我们很容易的就可以看出电路的工作原理、电路要实现的基本功能。电路分为三大部分：外部按键(即设计需求中的模拟开关)，MCU控制部分，输出显示部分（汽车尾灯）。本方案的主要部分是中间的MCU部分，是实现系统全部功能的关键所在。由于MCU的高集成性，使得整个系统的稳定性、可靠性、实用性有了很大程度的提升。随着科技的发展，采用MCU/MPU的设计是必然的，此

11、方案很好的与未来接轨。此外MCU的价格相当便宜，在制作成本上有很大的优势。缺点：Altium Designer 6.0里的仿真元器件模型不是很丰富，仿真难度大。 2.2 方案二：采用分立的数字芯片搭建2.2.1原理框图 图3 分立数字芯片原理框图2.2.2方案的优缺点优点：此方案中电路的各部分的原理和功能更清晰，可以很好的帮助我们去理解底层硬件是如何工作的。设计思路清晰，总体电路的搭建可以结合组合逻辑和时序逻辑电路的设计思想，先分立实现各单一功能，在综合在一起。易于设计，鉴于最近我们刚学完数字电子技术，对于基本触发器、计数器、译码器以及各种门电路都有很深入的理解和学习，易于用所学过的器件搭建初

12、我们所需电路。同时Altium Designer 6.0自带的库文件里都包含常见数字芯片的仿真模型，易于仿真。缺点：电路过于复杂，无论是做仿真还是实物，繁琐的连线是个头疼的问题，一不小心连错电路，不便于检查。造价过高，由于是基于分立的元器件，价格远远高于用MCU搭建。2.3最终方案采用方案二：用分立的数字芯片搭建。3原理图绘制与电路原理分析3.1时钟发生电路（f=1Hz）图4 时钟发生电路时钟发生电路采用555定时构成。555定时器构成的多谐振荡器可以用作多种时钟脉冲发生器。本电路采用电源电压作为基准电压，5脚通过100p的滤波电容接地。由555定时器构成的多谐振荡器如图4所示，R0，R1和C

13、1是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚） 和低电平触发端（2脚）并接后接到R2和C的连接处，将放电端（7脚）接到R0，R1的连接处。因此有555构成多谐振荡器的计算公式得：TPH对应的放电时间：TPH=0.7（R1+R2）C1TPL对应的放电时间: TPL=0.7R1C1振荡周期：T=TPL+TPH振荡频率：f=1 / T经过设计与思考，当频率为1HZ时，得出个器件的参数如图4所示。3.2 转弯信号状态计数电路图5 转弯信号状态计数电路本部分采用2-5-10计数器74ls90和三八译码器74ls138构成。汽车转弯时灯只有四个状态，设计任务就是用74ls90设计一个四进制的计数器.设计思

14、路：在十进制计数的基础上构造四进制计数。74LS90功能：直接置0（R0（1）·R0（2）=1）直接置9（R9（1）·R9（2）=1）二进制计数（CP1输入Q0输出）五进制计数（CP2输入Q3Q2Q1输出）十进制计数（CP1输入，Q0接CP2,QOQ1Q2Q3输出）逻辑电路的状态转换图：图6四进制计数状态图采用置零法构成四进制计数器。将74ls90出的Q2端反馈到R0(1)R0(2)两置零端。此外在设计时要将R9(0)R9(1)接地。将Q0Q1Q2依次接74ls138的地址输入端。3.3左右弯控制电路图7 左右转弯控制电路电路原理：设两开关初始默认值为低电平（即当SW11和

15、SW2接地时表示没有转弯信号），转弯时均为高电平。将控制左转弯的74ls138的E3与SW2（控制右转开关）相连，将控制右转弯的74ls138的E3与SW11（控制左转开关）相连。电路工作的真值表如下图：SW2SW11E3（左）E3（右）CP(左)CP(右)0000cpcp1010cp001010cp111100上述真值表的最后一项是不允许的，故需设计一报警电路，具体设计如下图。图8 错误操作报警电路电路原理简述：当E3（左）E3（右）不同时为1时，输出为高电平，不影响原电路的正常工作。E3（左）E3（右）同时为1时此时两个74ls138均被封死（输出为高），灯的亮灭就有时钟CP控制。3.4

16、刹车控制电路的设计图9 刹车电路有需求分析得，报警电路的优先级要高于此刹车电路，故有如下真值表：刹车电路真值表E3（左）E3（右）C(制动使能)BREAK_LEFTBREAK_RIGHT0001101011100111101100111011011011011111有真值表得其逻辑表达式：BREAK_LEFT=C+E3(右)BREAK_RIGHT=C+E3(左)3.5停车控制电路设计 图10 停车电路由设计需求可知，停车电路的优先级最高，所以在设计本部分电路时，我采用了两头同时下手的方案。一方面延续上面74ls138的使能端的功能，使74ls138均不能正常工作；另一方面直接控制输出端，是灯的

17、亮度减到一半。设计电路如左边电路的初始状态为低电平（即SW接地时，车灯正常），模拟停车时将开关拨到高电平即可。3.6总体电路图图11 总体电路图4 原理图的仿真结果与分析4.1 555多谐振荡器仿真结果通过网络可知是因为没有仿真模型，通过下载模型即可。图12 555振荡器原理图中的仿真如图。在刚开始仿真时报错。图13 报错图直接仿真原理图结果出不来，所以增加了些辅助元件和初始化条件器件。由前面介绍的原理分析我们可以得出理论结果是输出为秒脉冲。有仿真结果可以看出，仿真成功。图14 555仿真原理图图15 555仿真结果4.2用altium designer对原理图进行仿真对局部画的仿真图形。首先

18、检查各元件的Simulate属性执行菜单Simulate下的SIM命令，若有错误，则要根据给出的错误提示对原理图进行修改，知道没有错误为止。这时执行上述命令则会得到如下图5a的仿真图，此图中，仿真输出波形对应的芯片74LS161的输出端口QA、QB、QC、QD。有vin、vout1vout4、vout5vout8仿真出来的波形可以看出，电路的各项性能达到要求。图16 仿真波形图5双面印刷版图（PCB）5.1全局图1图175.2全局图2图185.3局部图1图195.4局部图2图206心得与体会我打自学单片机以来，对于单片机的外围硬件扩展部分，就只是用电烙铁焊一些外围电路。对于PCB板的设计与制作只是偶有耳闻，没有进行实际的操作。此次protel课设给我一个很好的机会。这次的课设体会颇深，尤其是对PCB的制作。PCB的设计与制作，对于缩短电子产品的设计与制作的开发时间，提高电子产品的成功率都有很大的好处。通过这次Protel 电路设计与制版实验课程设计，我体会到了EDA给我们带来的便捷，更重要的是我学会了利用Altium Designer的部分使用方法，能够利用电脑做电路的原理图和画PCB，制作与修改PCB元件封装的方法设计PCB图的方法及电路原理图仿真的