protel課設(shè)—汽車尾燈控制系統(tǒng)要點

1、課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級：指導(dǎo)教師： 工作單位： 題 目： PROTEL應(yīng)用課程設(shè)計初始條件1. 一臺裝有PROTEL軟件或以上版本的電腦及使用 PROTEL軟件繪制電路原理 圖和印刷電路板的基本技能；2. 模擬、數(shù)字、高頻、單片機(jī)、或者一個具有完備功能的電子電路系統(tǒng)。要求完成的主要任務(wù)：1. 繪制具有一定規(guī)模、一定復(fù)雜程度的電路原理圖*sch （自選）o可以涉及模擬、 數(shù)字、高頻、單片機(jī)、或者一個具有完備功能的電子電路系統(tǒng)。2. 繪制相應(yīng)電路原理圖的雙面印刷版圖*pcb，對電路原理圖進(jìn)行仿真，給出仿真結(jié) 果（如波形*.sdf、數(shù)據(jù)）并說明是否達(dá)到設(shè)計意圖。參考書目：1. Prote

2、l 99入門與提高.趙品編著.人民郵電出版社.2000.112. Protel 99高級應(yīng)用.趙品編著.人民郵電出版社.2000.113. Protel 99 SE電路設(shè)計與仿真應(yīng)用時間安排第16周下達(dá)任務(wù)，查找資料；第17周設(shè)計仿真，撰寫報告；第18周完成設(shè)計，提交報告，答辯。地點：鑒主18樓實驗室6指導(dǎo)教師簽名：2012年月日系主任（或責(zé)任教師）簽名：2012年月日目錄摘要2.Abstact2.弓I言11設(shè)計任務(wù)1.1.1設(shè)計需求：1.1.2設(shè)計具體要求： 2.2設(shè)計方案2.2.1方案一：采用8位的MCU設(shè)計 22.1.1原理框圖2.2.1.2方案的優(yōu)缺點2.2.2方案二：采用分立的數(shù)字芯

3、片搭建 32.2.1原理框圖3.2.2.2方案的優(yōu)缺點 3.2.3最終方案4.3原理圖繪制與電路原理分析 4.3.1時鐘發(fā)生電路（f=1Hz）4.3.2轉(zhuǎn)彎信號狀態(tài)計數(shù)電路 53.3左右彎控制電路6.3.4剎車控制電路的設(shè)計8.3.5停車控制電路設(shè)計 9.3.6總體電路圖104原理圖的仿真結(jié)果與分析 104.1555多諧振蕩器仿真結(jié)果 104.2用altiumdesigner對原理圖進(jìn)行仿真125雙面印刷版圖（PCB）135.1全局圖1 135.2全局圖2135.3局部圖1 145.4局部圖2146心得與體會.57元器件清單.68參考文獻(xiàn)173摘要Altium Designe是ProteI軟件

4、的原廠商 Altium公司推出了 ProteI系列的最新 高端版本。Altium Designer提供單一的綜合了電子產(chǎn)品開發(fā)所需的所有必須技 術(shù)和功能的統(tǒng)一應(yīng)用，它在單一設(shè)計環(huán)境中集成板級和FPGA系統(tǒng)設(shè)計、基于FPGA和分立處理器的嵌入式軟件開發(fā)以及 PCB版圖設(shè)計、編輯和制造，這使得 Altium Desig ner成為電子產(chǎn)品統(tǒng)一開發(fā)的完整解決方案。通過工程設(shè)計的實際經(jīng) 驗總結(jié)，探討了如何快捷地完成一個復(fù)雜的、優(yōu)良的電子產(chǎn)品設(shè)計，并重點就電路原理圖設(shè)計，相應(yīng)電路原理圖的雙面印刷版圖繪制，以及電路原理圖的仿真加以介紹。關(guān)鍵詞：Altium Designer ; 體化設(shè)計；自動布線Abst

5、actAltium Desig ner is protel software ven dors altium the compa ny unv eiled protel series of the latest vers ion. Altium desig ner provides a single comprehensive the development of all must technical and fun cti onal unity of the applicati on, it is in a si ngle in tegrated in the class and based

6、 on fpga fpga system desig n, and the divisi on of the processor embedded software developme nt and desig n, the editor in pcb with, this designer altium a unity of the development of electronic products complete solutions.Engineering design of practical experienee, and discusses how fast a complex,

7、 and electronic product design and emphasis on the prin ciple draw ing the circuit desig n circuits diagram, the prin ciple of a prin ted map is draw n, and electrical prin ciple of simulatio n be in troduced.Keywords : Altium Designer ; integration design automatic#引言Altium Designer 6.0除了全面繼承包括 99S

8、E, Protel2004在內(nèi)的先前一系列 版本的功能和優(yōu)點以外，還增加了許多改進(jìn)和很多高端功能。Altium Desig ner 6.0 拓寬了板級設(shè)計的傳統(tǒng)界限，全面集成了FPGA設(shè)計功能和SOPC設(shè)計實現(xiàn)功能，從而允許工程師能將系統(tǒng)設(shè)計中的FPGA與PCB設(shè)計以及嵌入式設(shè)計集成在一起。交互式編輯、出錯查詢、布線和可視化功能，從而能更快地實現(xiàn)電路 板布局，支持高速電路設(shè)計，具有成熟的布線后信號完整性分析工具.AltiumDesig ner 6.0對差分信號提供系統(tǒng)范圍內(nèi)的支持，可對高速內(nèi)連的差分信號對進(jìn) 行充分定義、管理和交互式布線。支持包括對在FPGA項目內(nèi)部定義的LVDS信號的物理設(shè)計

9、 進(jìn)行自動映射。LVDS是差分信號最通用的標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于 可編程器件。Altium Designer可充分利用當(dāng)今FPGA器件上的擴(kuò)展I/O管腳。利用Altium Designer設(shè)計簡單的數(shù)字電路，可以很好的幫助我們?nèi)チ私夂?學(xué)習(xí)這款軟件的各方面的良好的性能。1設(shè)計任務(wù)1.1設(shè)計需求：設(shè)計構(gòu)成一個控制汽車六個尾燈的電路， 用六個指示燈模擬六個尾燈（汽車 尾部左右每側(cè)三個燈），并用兩個撥動式（乒乓）開關(guān)作為轉(zhuǎn)彎信號源；一個兵 乓開關(guān)用于指示右轉(zhuǎn)彎，一個乒乓開關(guān)用于指示左轉(zhuǎn)彎，如果兩個乒乓開關(guān)都被 接通，說明駕駛員是一個外行，緊急閃爍器起作用。暗O亮圖1汽車轉(zhuǎn)（彎示意圖邏輯電平指示控制電路邏輯

10、開關(guān)時鐘產(chǎn)生31.2設(shè)計具體要求:1. 用Altium Designer 6.0繪出汽車尾燈顯示控制電路的原理圖。2. 采用Altium Designer 6.0自帶的仿真功能對原理圖進(jìn)行全面的仿真。3. 生成相應(yīng)的PCB雙面板。2設(shè)計方案2.1方案一：采用8位的MCI設(shè)計2.1.1原理框圖圖2 MCU原理框圖2.1.2方案的優(yōu)缺點優(yōu)點：此方案采用8位的MCU,設(shè)計思路簡明清晰。通過原理框圖我們很容易的就 可以看出電路的工作原理、電路要實現(xiàn)的基本功能。電路分為三大部分：外部按 鍵（即設(shè)計需求中的模擬開關(guān)），MCU控制部分，輸出顯示部分（汽車尾燈）。本 方案的主要部分是中間的 MCU部分，是實現(xiàn)

11、系統(tǒng)全部功能的關(guān)鍵所在。由于MCU的高集成性，使得整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、實用性有了很大程度的提 升。隨著科技的發(fā)展，采用 MCU/MPU的設(shè)計是必然的，此方案很好的與未來 接軌。此外MCU的價格相當(dāng)便宜，在制作成本上有很大的優(yōu)勢。缺點：Altium Designer 6.0里的仿真元器件模型不是很豐富，仿真難度大。2.2方案二：采用分立的數(shù)字芯片搭建2.2.1原理框圖圖3分立數(shù)字芯片原理框圖2.2.2方案的優(yōu)缺點優(yōu)點：此方案中電路的各部分的原理和功能更清晰，可以很好的幫助我們?nèi)ダ斫獾?層硬件是如何工作的。設(shè)計思路清晰，總體電路的搭建可以結(jié)合組合邏輯和時序 邏輯電路的設(shè)計思想，先分立實現(xiàn)各單

12、一功能，在綜合在一起。易于設(shè)計，鑒于 最近我們剛學(xué)完數(shù)字電子技術(shù)，對于基本觸發(fā)器、計數(shù)器、譯碼器以及各種門電 路都有很深入的理解和學(xué)習(xí)，易于用所學(xué)過的器件搭建初我們所需電路。同時Altium Designer 6.0自帶的庫文件里都包含常見數(shù)字芯片的仿真模型，易于仿真。 缺點：電路過于復(fù)雜，無論是做仿真還是實物，繁瑣的連線是個頭疼的問題，一不 小心連錯電路，不便于檢查。造價過高，由于是基于分立的元器件，價格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高 于用MCU搭建。2.3最終方案采用方案二：用分立的數(shù)字芯片搭建。3原理圖繪制與電路原理分析3.1時鐘發(fā)生電路（f=1Hz）圖4時鐘發(fā)生電路2C1PofT-10uFRSTVCCTHRC

13、VOLTDISCTRIGOUT時鐘部分時鐘發(fā)生電路采用555定時構(gòu)成。555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器可以用作多種時鐘脈沖發(fā)生器。本電路采用電源電壓作為基準(zhǔn)電壓，5腳通過100p的濾波電容接地。由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖4所示，RO, R1和C1是外接定時元件， 電路中將高電平觸發(fā)端（6腳）和低電平觸發(fā)端（2腳）并接后接到R2和C的連 接處，將放電端（7腳）接到RO，R1的連接處。因此有555構(gòu)成多諧振蕩器的計算公式得：TPH寸應(yīng)的放電時間：TPH=0.7（ R1+R2）C1TPL寸應(yīng)的放電時間：TPL=0.7R1C1振蕩周期：T=TPL+TPH振蕩頻率：f=1 / T經(jīng)過設(shè)計與思考，當(dāng)頻

14、率為1HZ時，得出個器件的參數(shù)如圖4所示。3.2轉(zhuǎn)彎信號狀態(tài)計數(shù)電路vcctcQOQQH EFrags»nnn 沁 p -一 s 7 r" - +J 1 1111A A A A 二STID?tAC!HEccfi1rs:lhH1103HKDKITNCOGHNS51A Pvcc_¥¥£pp誓豊盹k 9 cCElnElCEV IBMMTtCOaT U IBMMTtHCllH計數(shù)尊鄒分圖5轉(zhuǎn)彎信號狀態(tài)計數(shù)電路本部分采用2-5-10計數(shù)器74ls90和三八譯碼器74IS138構(gòu)成。汽車轉(zhuǎn)彎時燈只有四個狀態(tài)，設(shè)計任務(wù)就是用74Is90設(shè)計一個四進(jìn)制的計數(shù)器

15、.設(shè)計思路：在十進(jìn)制計數(shù)的基礎(chǔ)上構(gòu)造四進(jìn)制計數(shù)。74LS90 功能：直接置 0 (RO (1) RO (2) =1) 直接置 9 (R9 (1) R9 (2) =1)二進(jìn)制計數(shù)(CP1輸入Q0輸出) 五進(jìn)制計數(shù)(CP2輸入Q3Q2Q1輸出)十進(jìn)制計數(shù)(CP1輸入，Q0接CP2,QOQ1Q2Q3輸出)邏輯電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：Q3Q2Q1Q000000100臨界狀態(tài)臨A001119圖6四進(jìn)制計數(shù)狀態(tài)圖采用置零法構(gòu)成四進(jìn)制計數(shù)器。將74IS90出的Q2端反饋到R0(1)R0(2)兩置 零端。此外在設(shè)計時要將 R9(0)R9(1)接地。將Q0Q1Q2依次接74ls138的地址輸 入端。3.3左右彎控制電

16、路 沒有轉(zhuǎn)彎信號），轉(zhuǎn)彎時均為高電平。將控制左轉(zhuǎn)彎的74IS138的E3與SW2 （控 制右轉(zhuǎn)開關(guān)）相連，將控制右轉(zhuǎn)彎的74IS138的E3與SW11 （控制左轉(zhuǎn)開關(guān)）相 連。圖7左右轉(zhuǎn)彎控制電路電路原理：設(shè)兩開關(guān)初始默認(rèn)值為低電平(即當(dāng)SW11和SW2接地時表示電路工作的真值表如下圖:SW2SW11E3 （左）E3 （右）CP（左）CP（右）0000cpcp1010cp00p01cp111100上述真值表的最后一項是不允許的，故需設(shè)計一報警電路，具體設(shè)計如下圖圖8錯誤操作報警電路電路原理簡述：當(dāng)E3 （左）E3 （右）不同時為1時，輸出為高電平，不影 響原電路的正常工作。E3 （左）E3 （

17、右）同時為1時此時兩個74IS138均被封死 （輸出為高），燈的亮滅就有時鐘CP控制。3.4剎車控制電路的設(shè)計剎車部分圖9剎車電路有需求分析得，報警電路的優(yōu)先級要高于此剎車電路，故有如下真值表:剎車電路真值表E3 （左）E3 （右）C（制動使能）BREAK LEFTBREAK RIGHT0001101011100111101100111011011011011111有真值表得其邏輯表達(dá)式：BREAK_LEFT=C+E3（右）BREAK_RIGHT=C+E3（左）3.5停車控制電路設(shè)計圖10停車電路由設(shè)計需求可知，停車電路的優(yōu)先級最高，所以在設(shè)計本部分電路時，我采 用了兩頭同時下手的方案。一方面

18、延續(xù)上面74IS138的使能端的功能，使74IS138 均不能正常工作；另一方面直接控制輸出端，是燈的亮度減到一半。設(shè)計電路如 左邊電路的初始狀態(tài)為低電平（即 SW接地時，車燈正常），模擬停車時將開關(guān) 撥到高電平即可。3.6總體電路圖B-L1ERJSF rr- 煮:-!.莊ivhkf;LILI丄h/fdsEj?MrUI4HrnFglFTIl "W'5rQFL!J計察胖#刃圖11總體電路圖4原理圖的仿真結(jié)果與分析4.1 555多諧振蕩器仿真結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)可知是因為沒有仿真模型，通過下載模型即可Ui lUUtpLMj Error_ Generated Fileuupui uener

19、. Name: Mixea im ivpe: ftavsinmietiEt555 Actable Multi vibrator, schAdvSinnXU1 -匚 ould not findmo 血 I: 5H5Ouput Gener. 555 Arable MukMbrator.nsx圖12555振蕩器原理圖中的仿真如圖。在剛開始仿真時報錯圖13報錯圖直接仿真原理圖結(jié)果出不來，所以增加了些輔助元件和初始化條件器件。 由 前面介紹的原理分析我們可以得出理論結(jié)果是輸出為秒脈沖。 有仿真結(jié)果可以看 出，仿真成功。圖14 555仿真原理圖 ut圖15 555仿真結(jié)果4.2用altium design

20、er對原理圖進(jìn)行仿真對局部畫的仿真圖形。首先檢查各元件的Simulate屬性執(zhí)行菜單Simulate下的SIM命令，若有錯誤，則要根據(jù)給出的錯誤提示對原理圖進(jìn)行修改，知道 沒有錯誤為止。這時執(zhí)行上述命令則會得到如下圖5a的仿真圖，此圖中，仿真輸出波形對應(yīng)的芯片 74LS161的輸出端口 QA、QB、QC、QD。有vin、voutl vout4、vout5vout8仿真出來的波形可以看出，電路的各項性能達(dá)到要求。亠0.0DO b2.ODH3 s肩，0001 石6.000 &8.0«Oil s1 0.1JOsvint£5.UUU VO.UDI9I Vvoullonnn

21、vo.oinio vVUUII2瓦UUU VU.UUU Vvouta巧Vn.ininn vVUUI48.000 VOLUUU Vz.nmjiijivvautf2.UUUUVU.UJUllIuVvuul 7nnnuvn.nnnuVVQiiilEf2.000uiVU.UUUUV圖16仿真波形圖5雙面印刷版圖（PCB5.1全局圖1iaLJU1Ina1-r_b * o pcond_C a翱計翱gITKku口Ou L* r - - kJ:圖17yLZni 用 74HC 口曰闖n n si b n_4Bu|LJBu Q « c * «- 工 E5JEE.口 DOU1J口Nn?1KjJMnrvLKHLjilrp5HhCJ6.JPULJ圖18MEH+g口 a D5.3局部圖1ICT-芻電寧1圖6心得與體會我打自學(xué)單片機(jī)以來，對于單片機(jī)的外圍硬件擴(kuò)展部分，就只是用電烙鐵焊 一些外圍電路。對于PCB板的設(shè)計與制作只是偶有耳聞，沒有進(jìn)行實際的操作。 此次protel課設(shè)給我一個很好的機(jī)會。這次的課設(shè)體會頗深，尤其是對PCB的制作。PCB的設(shè)計與制作，對于縮短電子產(chǎn)品的設(shè)計與制作的開發(fā)時間，提高 電子產(chǎn)品的成功率都有很大的好處。通過這次Pro