Protel专业课程设计.doc

课程设计任务书
学生姓名： 向阳 专业班级： 通信1004班
指导老师： 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汽车尾灯控制系统设计，并利用Multisim11.0完成了仿真
要求完成关键任务:
1.电路原理图设计
2.印刷版图制作
3.设计电路仿真，并给出仿真结果及分析
4.设计汇报撰写
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、印刷版图设计、电路仿真
3天
3
撰写汇报
1天
4
答辩
1天
累计
7天

指导老师署名： 年 月 日

系主任（或责任老师）署名： 年 月 日

目录
摘要 - 5 -
Abstract - 6 -
1 设计方案 - 7 -
1.1 汽车尾灯电路设计要求 - 7 -
1.2 设计原理及原理框图 - 7 -
2单元电路设计 - 8 -
2.1 时钟脉冲电路 - 8 -
2.2 开关控制电路 - 9 -
2.3 三进制计数器 - 10 -
2.4 译码、显示驱动电路 - 11 -
3 相关Protel原理图绘制 - 13 -
3.1 准备画图 - 13 -
3.3原理图放置元件 - 14 -
3.4连接电路 - 15 -
3.5元器件封装 - 16 -
3.5.1封装元器件 - 16 -
3.5.2 创建PCB元器件 - 17 -
4 PCB板制作 - 17 -
4.1生成网络表 - 17 -
4.2创建PCB文件 - 18 -
4.3导入器件 - 18 -
4.4元件自动布局 - 19 -
4.5手工调整布局和自动布线 - 20 -
4.6电路板图 - 21 -
4.7 3D效果图 - 21 -
5 Protel电路仿真 - 23 -
5.1绘制原理图 - 23 -
5.2放置电源及信号源 - 23 -
5.3放置网络标号 - 23 -
5.4设置仿真参数 - 23 -
5.5查看仿真波形 - 23 -
5.6仿真结果 - 24 -
6 试验过程中碰到问题 - 28 -
7 心得体会 - 29-
8 参考文件 - 30 -
附录 - 31-
元件清单 - 31 -

摘要
Protel在电子行业CAD软件中，她当之无愧地排在众多EDA软件前面，它含有原理图设计、印刷电路板（PCB）、设计层次原理图设计、报表制作、电路仿真和逻辑器件设计等功效，是进行电子设计最有用软件之一。几乎全部电子企业全部要用到它。现在比较常见是protel 99 SE， protel DXP和最新高端版本Altium Designer 6.0等。本设计关键是设计一个汽车尾灯控制电路原理，并用protel软件画出原理图、并进行PCB原理图仿真。
汽车尾灯是汽车关键部分，在我们生活中不可缺乏，正是有了它才是我们交通得以正常进行。现在社会上出现交通事故百分比很高除了本身原因外，汽车尾灯也发挥着关键作用，尾灯指示灯按正常指定闪烁将会避免很多事故发生 。汽车尾灯控制电路是数字电路在交通控制电路中经典应用，在日常生活中有着广泛应用，本设计基础上模拟了汽车运行过程中实际情况，通常有左右各三个灯，当大家看到灯不一样形式亮灭闪烁时，就会知道驾驶员操作意图，即行驶、左转、右转及刹车。本设计将借助Protel 99se软件实现汽车尾灯装置设计。

Abstract
Protel in the electronic profession's CAD software, he arranges deservingly at numerous EDA software's front, it has the schematic diagram design, the printed wiring board (PCB), design level functions and so on schematic diagram design, report form manufacture, circuit simulation as well as logical component design, is carries on the electron to design one of most useful softwares. The nearly all electronic company must use it. What is quite now commonly used is protel 99 SE, protel DXP and newest high-end edition Altium Designer 6.0 and so on. This design mainly designs an automobile rear light control circuit's principle, and draws the schematic diagram with the protel software, and carries on the PCB schematic diagram simulation.
Car taillight is the main part of the automobile, is indispensable in our life, it is it is our traffic is normal. Now there is a high proportion of traffic accidents in addition to their own reasons,automobile taillights also played a major role, indicating lamp tail lamp by normal specified flash will avoid many accidents. The car taillights control circuit is a typical application of digital circuit in the traffic control circuit, is widely used in daily life, the design is basically to simulate the real conditions of an automobile in the running process, generally about three each lamp, when people see the light of different forms of light flashing, the driverwill know intention, namely, turn left, turn right and stoprunning. This design will achieve the taillight device by means of Protel 99SE software.

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个灯按右循环次序点亮
（3） 汽车左转弯时，左侧3个灯按左循环次序点亮
（4） 汽车临时刹车时全部指示灯同时闪烁
1.2 设计原理及原理框图
汽车尾灯控制电路关键由开关控制电路，三进制计数器，译码、显示驱动电路组成。因为汽车左转或右转时，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次序输出低电平，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，汽车处于右转弯状态；
开关置为10状态时，汽车处于左转弯状态；
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组成；译码电路可用译码器74LS138和6个和非门组成；显示、驱动电路由6个发光二极管和6个反向器组成。原理框图图1-1所表示：

脉冲发生电路

三进制计数器

开关控制电路
译码显示驱动电路

图1-1 原理框图
2单元电路设计
2.1 时钟脉冲电路
555定时器介绍：555定时器功效关键由两个比较器决定。两个比较器输出电压控制RS触发电路和放电管状态。在电源和地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器A1反向输入端电压为2/3Vcc,A2同相输入端电压为1/3Vcc,若触发输入端TR电压小于1/3Vcc,则比较器A2输出为1，，可使RS触发置1。，使输出端OUT为1。假如阙值输入端TH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定时器内部结构和引脚图：

图2-1内部结构结构图 图2-2引脚图
图2-3为由555定时器组成多谐振荡器。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经过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
这么，经过电容充放电时间，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
开关控制电路经过控制开关J1和J2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
汽车左或右转弯时因为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次序输出低电平，从而控制尾灯按要求电路，由此得出在每种运行状态下，各指示灯和各给定条件关系，即逻辑功效表：（0表示灯灭，1表示灯亮）
表2-1三进制计数器功效表
开关控制
J4 J8
三进制计数器
Q1 Q0
六个指示灯
1 2 3 4 5 6
0 0

0 0 0 0 0 0

0 1
0 0
0 1
1 0
1 0 0 0 0 0
0 1 0 0 0 0
0 0 1 0 0 0

1 0
0 0
0 1
1 1
0 0 0 1 0 0
0 0 0 0 1 0
0 0 0 0 0 1
1 1

cp cp cp cp cp cp

此计数器由74LS163芯片关键组成，74LS163计数功效介绍：其计数是同时，靠CP同时加在四个触发器上而实现，当CTp和CTt均为高电平时，在CP上升沿作用下Q0-Q3同时改变，从而消除了异步计数器中出现计数尖峰。对于74LS163，只有当CP为高电平时CTp和CTt才许可高至低电平跳变，而和CP无关。74LS163真值表：

表2-2 74LS163真值表

三进制计数器电路图图2-5所表示：

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个和非门，6个反向器和发光二极管组成。
74LS138芯片介绍：74138为3线-8线译码器，，其工作原理以下：当一个选通端为高电平，另两个选通端为低电平时，可将地址端二进制编码在一个对应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，若将选通端中一个作为数据输入端时，74138还能够做数据分配器。下图为其真值表：
表2-3 74LS138真值表

译码、显示驱动电路图以下图图2-6所表示；

图2-6 译码、显示驱动电路图
3 相关Protel原理图绘制
3.1 准备画图
进入Protel 99 SE，创建一个数据库，实施菜单File/New命令，系统弹出文件类型对话框，从框中选择原理图服务器（Schematic Document）图标，双击该图标，在空白处右击，在弹出来快捷菜单中，单击“New…”命令，弹出“New Documents”对话框，图3-1所表示。

图3-1 New Document对话框
双击图标，在文件夹窗口会出现一个原理图文件图标，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
此次课设要做仿真图，所以直接用仿真元器件库中元件来做原理图，需要添加仿真库。点击Browse Sch下Add/Remove,弹出图4所表示对话框。在对话框中找到Sim.ddb文件，点击Add,用Remove按钮移除其它元件库，只加载仿真元件库。只用在仿真库中找到元件才能进行仿真，仿真元件库中有大量元件，通常电路图全部能够画出。假如加载元件库过多，就有可能造成原理图有些元件不是仿真库中，造成仿真时出现错误。

图3-2 加载元件库对话框
3.3原理图放置元件
依据实际电路需要，到元件库中找出所需元件，然后用元件管理器Place按钮将元件放置在工作平面上，依据元件之间走线把元件调整好。
摆放元件基础操作
移动元件：用鼠标左键点中元件，并按住不放，然后移动元件。
元件旋转：就是改变元件放置方向。用鼠标左键点中元件后，按住不放，此时能够使用功效键，就能够实现元件旋转。
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
此时一定要选择工具条中进行连线，因为只用此线才是含有电气性质，当预拉线指针移动到元件引脚或其它电气特征线时，指针中心将会出现一个黑点，它提醒我们在目前状态下单机鼠标左键就会形成一个有效电气连接。
绘制好原理图图3-3所表示。
图3-3 整体原理图
在电路连接完成后，可进行ERC检验。ERC关键是检验电路图中是否有电气特征不一致情况，依据问题严重性分别以错误（Error）或警告(Warning)信息来提醒用户。选择Tools菜单下ERC项，在弹出对话框中，直接点击OK键即可进行ERC检验。假如有错误，更正错误后可再进行ERC检验。
我检验结果图图3-4所表示
图3-4 原理图ERC检验生成界面
3.5元器件封装
3.5.1封装元器件
在绘制PCB界面中，点击Browse下拉菜单，选中Libraries文件夹，在Libraries中找到原理图中元器件对应封装。在数字芯片中一个可能包含多个元器件，所以能够将相同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，图7所表示。使两个元器件型号相同，全部填LM358，然后再将一个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
因为PCB封装库中没有数码管封装，这时就需要自己绘制一个元器件封装。和新建原理图操作相同，弹出“New Documents”对话框后，双击对话框中Pcb Library Documents图标，在文件夹窗口会出现一个元器件封装库文件图标，默认文件名为“PCBLIB.LIB”,开启元器件封装编辑器，给数码管封装更名为SHUMAGUAN。然后在编辑界面绘制数码管封装。注意焊盘编号和原理图里引脚编号一样，最终在丝印层绘制元件边框。画好后保留并更新库文件，用时候导入这个库文件就行了。
4 PCB板制作
4.1生成网络表
网络表很关键，它是PCB（电路板）布线依据，也是原理图设计软件SCH和印刷电路板软件PCB之间接口。选择设计菜单下create netlist 选项则弹出4-1所表示对话框，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后出现以下图图4-2所表示网络表：
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，在弹出来快捷菜单中，单击“New…”命令，弹出“New Documents”对话框。选择图标PCB Document点击OK，在文件夹窗口会出现一个元器件PCB文件图标。双击图标，进入PCB设计主界面。
4.3导入器件
选择菜单栏中Design∣Load Nets...,弹出以下对话框。

图4-3加载网络表对话框
单击Browse…，在弹出下拉菜单中选择原理图所生成网络表，再单击Execute,网络表加载成功，没有任何错误存在。
4.4元件自动布局
在*.PCB文件界面下，实施菜单命令Tools/Auto Placement/Auto Placer… ，弹出图4-4所表示对话框。

图4-4 布局设置
Cluster Placer：成组布局方法，比较适合元件较少电路
Statistical Placer：统计布局方法，比较适合元件较多电路
Quick Component Placer：快速元件布局，和成组布局方法（Cluster Placer）搭配使用。
4.5手工调整布局和自动布线
（1）元件位置、方向调整：利用鼠标拖动改变元件位置；结合x、y和空格键改变元件方向。
（2）元件标注调整：利用鼠标拖动改变元件位置；结合x、y和空格键改变元件方向。
（3）设置布线参数：Design/Rules。
（4）设定自动布线器：实施Auto Route/Setup后，出现图14所表示对话框，把Routing Grid 设置为“20.0000”，其它选项使用默认。以后，点击按钮Route All，开始自动布线。
（5）自动布线手动调整：利用Tools/Un－route删除已经有布线，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
4.7 3D效果图
选择view—Board in 3D即可360度旋转观察她各个方位效果图，以下图4.7.1图和图4.7.2即是器3D效果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
5 Protel电路仿真
5.1绘制原理图
元件必需选自sim.ddb，其它元件库元件全部不能用于仿真。
5.2放置电源及信号源
（1）通常电源信号源能够从simulate中选择：实施菜单命令Simulate/Soures/。
（2）特殊电源信号源能够从仿真库中sim.ddb中字库Simulation Symbols.lib中选择。
5.3放置网络标号
作用：指示信号测试点或信号输入输出点。
方法：利用Place/NetLabel或对应工具条（结合Tab键），放在需要指明节点周围。
5.4设置仿真参数
实施菜单命令Simulate/Setup弹出图十三对话框。选中工作点分析（Operation Point Analysis）和暂态分析（Transient Anlysis），其它分析在此不作介绍。
5.5查看仿真波形
（1）点击simulate/run，或单击工具栏按钮。
（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结构或参数。
5.6仿真结果
因为protel仿真效果不是很好，而且本人按参考书资料仿真连续调了很数次也没能仿真出理想波形，所以此次仿真最终选择了自己比较熟悉仿真软件multism 11.0。用该软件仿真效果很直观清楚。由仿真软件multism 11.0画出整个汽车尾灯控制系统电路图图5-1所表示

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以下图所表示5-2和5-3所表示

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以下图所表示5-4和5-5所表示

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
现象及波形分别以下图所表示5-6和5-7所表示

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，波形分别以下图5.6.8所表示

图5-8 汽车正常直行波形图

6 试验过程中碰到问题
必需有元件库才能画图，所以画图前应该在元件库管理器中放置部分元件库。首优异入元件库管理器，然后单击Add/Remove按钮，我在设置元件可时候碰到了Protel99se和Window7系统不兼容问题，使得在按正常步骤添加元件可时候会出现无法添加问题，以后我查阅资料后发觉是不兼容造成，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[Change Library File List]下找到File0,等号后面内容就是默认已经添加库，假如要添加多个怎么办呢?简单，在File0后面添File1,File2..依次类推,但注意最终修改File0上面Count属性,假如你添了n个,就把它值改为n。
更改后记事本上内容以下图图6-1和图6-2所表示

图6-1 对ADVSCH99SE.INI文件修改图

图6-2 对ADVPCB99SE.INI文件修改图
修改以后便能够在库中找到常见元件，通常常见元件全部在miscellaneous Decive.ddb库中。而TTL和CMOS数字集成电路能够在TI Databooks库或NSC Databooks库中查找。运算放大器和稳压电源电路能够在NSC analog.ddb库中查找。完成添加元件库以后出现一下图6-3界面。

图6-3 选择元件库窗口

7 心得体会
Protel是一款功效很强大软件，能够画原理图，制作PCB，还兼有仿真功效。刚开始听说要做Protel课设时候并没有认为有什么难度，我们在大二上学期实习中就接触过Protel，对这个软件有点熟悉。可是在做课设过程中，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，只要最终做PCB自动布线条数和老师所要求一样，就算完成任务了，根本就不了解这么做原理。经过这次课设对Protel有了更深层次了解。
我以前对Protel仿真一无所知，经过上网查资料，去图书馆查阅书籍，才逐步对它仿真有点了解。元件只有在Protel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。在网上搜了部分以往相关Protel课设资料，认为做555电路可行。我选择了做555定时器组成占空比可调多谐振荡器，仿真是个大难题，就开始做仿真。刚开始做仿真碰到很多问题，仿真时总是说有错误，而那些错误我又看不懂，做了好数次后真是有点心灰意冷了。不过这些问题不处理又不行，只有硬着头皮做下去。最终在我不懈努力之下，有波形出来了，即使只是部分横线，不过也是对我一个很大激励。在我改了电路部分参数后，也基础上能够仿真出来了。做完这次仿真后，我也几乎能看懂Protel仿真会出现那些问题了，即使不一定全部能处理。
仿真做好以后，我就开始做PCB了。我到网上查封装号时候，数电芯片通常是DIP封装，网上资料给是DIP-14，可是加载网络表时候总是有错误。我在PCB封装库找到了相对应封装，才发觉我Protel是DIP14，改过以后就能顺利加载网络表了。以后，又认为我电路图过于简单，加了一个二十三进制计数器。这么原理图中又多了数码管，在封装库中没有对应封装，为了处理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。这些全部是我在这次课设中学到东西。

8 参考文件
【1】Protel99 入门和提升.赵品编著.人民邮电出版社..11
【2】Protel99 高级应用.赵品编著.人民邮电出版社..11
【3】伍时和.《数字电子技术基础》[M].清华大学出版社,.
【4】 谢自美.《电子线路设计.试验.测试（第三版）》.武汉：华中科技大学出版，
【5】李东生、张勇、许四毛. Protel 99SE电路设计教程. 北京：电子工业出版社，
【6】周润景，张丽娜. protel 99 SE原理图和印制电路板设计.北京：电子工业出版社，.8

附录
元件清单