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1、成绩评定表学生姓名班级学号专业通信工程课程设计题目交通灯控制电路评语组长签字：成绩日期20 年 月 日课程设计任务书学院信息科学与工程学院专业通信工程学生姓名班级学号课程设计题目交通灯控制电路实践教学要求与任务 :1、绘制具有一定规模、一定复杂程度的电路原理图 *.sch 。2、绘制电路原理图相应的双面印刷板图 *.pcb 。3、熟悉 Protel 99 SE环境。4、综合应用数字电路知识设计一个交通灯控制器。工作计划与进度安排 :指导教师：201 年 月 日专业负责人：201 年 月 日学院教学副院长：201 年 月 日目录1 课程设计目的12 总体方案的设计13 单元电路的设计33.1 秒
2、脉冲产生电路33.2 计时器部分电路43.3 主控电路53.4 红绿灯显示电路54 protel 软件实现过程64.1 protel 99 SE 简介64.2 protel 制作电路图74.2.1 绘制电路的原理图（ *.SCH）74.2.2 元件封装 104.2.3 原理图的检查 104.3 pcb 双面印刷版制作 114.3.1 创建 pcb 文件 114.3.2 生成网络表 124.3.3 设置 pcb 设计环境 134.3.4 布置零件封装位置 134.3.5 自动布线 155 设计体会 176 参考文献 181 课程设计目的1. 综合应用数字电路知识设计一个交通灯控制器。了解各种元器
3、件的原理及其应 用。2. 深入了解交通灯的工作原理。3. 熟悉 protel环境。绘制交通灯控制器电路原理图 *.sch 和相应的双面印刷板图 *.pcb 。4. 锻炼自己的动手能力和实际解决问题的能力。2 总体方案的设计（1）通过分析系统的逻辑功能，画出其机构框图如图 1。交通灯控制系统的原理框图如图 1所示。它主要由秒脉冲信号发生器、定时器、控 制器、译码器和计时显示电路等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的 标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，控制器是系统的主要部分，由它 控制定时器和译码器的工作。图1 系统的原理框图（2）具体分析1. 东西干道绿灯亮，南北干道红
4、灯亮。南北干道禁止通行。绿灯亮规定的时间隔 30s时，转到下一工作状态。2. 东西干道黄灯亮，南北干道红灯亮。南北干道禁止通行。黄灯亮足规定时间间 隔 2s 时，转到下一工作状态。3. 东西干道红灯亮，南北干道绿灯亮。表示东西干道禁止通行，南北干道上的车 辆允许通行绿灯亮规定的时间间隔 30s 时，转到下一工作状态。4. 东西干道红灯亮，南北干道黄灯亮。表示东西干道禁止通行，黄灯亮足规定的 时间间隔 2s时，电路又转换到第种 1 工作状态。交通灯以上 4 种工作状态的转换是由控制器器进行控制的。 设控制器的四种状态编码为 00、01、11、10，并分别用 S0、S1、S2、S3 表示，则控制器
5、的工作状态及功能如表所示，控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。并作如下规定：车道运行状态控制状态 信号灯状态S0（00）东西干道绿，南北干道红S1（01）东西干道黄，南北干道红S2（11）东西干道红，南北干道绿S3（10）东西干道红，南北干道黄东西干道通行，南北干道禁止通行 东西干道停车，南北干道禁止通行 东西干道禁止通行，南北干道通行 东西干道禁止通行，南北干道停车其状态表为：表1状态东西车道南北车道时间s0绿灯亮红灯亮25 秒s1黄灯亮红灯亮5秒s2红灯亮绿灯亮25 秒s3红灯亮黄灯亮5秒设： A: 表示东西干道绿灯亮的时间间隔为 25秒，定时时间到 A=1，否则， A=0。 B
6、:表示南北干道绿灯亮的时间间隔为 25秒，定时时间到 B=1，否则， B=0。 C:表示黄灯亮的时间间隔为 5秒，定时时间到 C=1，否则， C=0。状态图如下3 单元电路的设计3.1 秒脉冲产生电路是一个能产生稳定而精确的时间延迟和频率的控制器。有触发和复位功能 外接电阻、电容各一个就能精确控制时间延迟。作为振荡工作时，振荡频率和占空因子由二个外接电阻和一个外接电容精确控制图3 秒脉冲产生电路原理图电路图如图 4所示图43.2 计时器部分电路74LS190是单时钟同步十进制加 /减计数器，当 U /D=0时做加法计数；当 U /D=1时做 减法计数。引出端符号及功能： MAX/MIN 进位输
7、出 /错位输出端； CLK 时钟输入端（上升沿 有效）； CTEN 计数控制端（低电平有效） ； AD 并行数据输入端； LOAD 异步并行置 入控制端（低电平有效） ；QAQD 输出端 ； RCO并行波时钟输出端（低电平有 效）； U /D 加 /减计数方式控制端 。表2CLKCTENLOADU/D工作状态11保持0预置数上升沿010加法计数上升沿011减法计数本课设通过用两片 74LS190级联实现交通灯控制电路的倒计时功能 . 倒计时显示部分通过 BCD 7段字形译码器和共阳极 7段发光二极管显示器相连来实现。电路图结果如图 5所示图53.3 主控电路控制器是交通管理的核心， 它应该能够
8、按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转 换。本课程设计用二十进制计数器 74LS190实现，采用反馈归零法构成四进制计数器， 即可从输出端 QB、 QA得到所要求的 4个状态。输入端为计数器数值为 5、0时产生的两个信号相与得到一个控制信号。3.4 红绿灯显示电路 译码器的主要任务是将控制器的输出 QA、 QB的 4种工作状态，翻译成甲、乙车 道上 6个信号灯的工作状态。 控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如表 2 所 示。表中 A、B 代表甲、乙车道。由计数器部分电路产生的控制信号脉冲脉冲，送给控制器的 74LS190芯片。从而使表3QBQAAG 绿灯AY 黄灯AR 红灯BG 绿灯B
9、Y 黄灯BR 红灯001000010101000110001100110010104 protel 软件实现过程4.1 protel 99 SE 简介Protel99SE是Protel公司在 80年代末推出的 EDA 软件,应用广泛功能强大 ,是个完 整的板级全方位电子设计系统。 它包含了电原理图绘制、 模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线） 、可编程逻辑器件设计、图表 生成、电子表格生成、支持宏操作等功能。 Protel 99 SE 不仅在绘制原理图、 PCB 版布 局布线等方面功能更加完善，而且为用户提供功能强大、使用方便的仿真器， 它可以对 当前所画
10、的电路原理图进行即时仿真， 因此在电路的整个设计周期都可以仿真查看和分 析其性能指标，以便及时发现设计中存在的问题并加以改正， 从而更好的完成电路设计。Protel99se软件中提供了 SIM99se 数模混合仿真器集成软件可以对许多电子线路 进行模拟设计，模拟运行，反复修改。 提供了接近 6000 个仿真元件和大量的数学模型， 可以对电工电路， 低频电子线路、 高频电子线路和脉冲数字电路在一定范围内进行仿真 分析。 仿真结果以多种图形方式输出，直观明了，可以单图精细分析，也可以多图综 合比较分析、并可通过不同的角度进行分析，以获得对电路设计的准确判断。 Protel 99 se仿真方面其具有
11、的特点有：强大的分析功能、丰富的信号源、充分的仿真模型库、友 好的操作界面。4.2 protel 制作电路图4.2.1 绘制电路的原理图（ *.SCH）（1）创建一个项目首先启动 protel 99 SE 系统。如图 7所示，创建一个项目，名称为 JiaoTongDeng.ddb。图7单机【 OK】，显示结果如图 8图8(2) 创建原理图文件( *.SCH )打开 Documents文件夹，单击右键，选择 New，结果如图 9 所示- 8 -图9选择 Schematic Document文件夹，单击【 OK 】，结果如图 10 所示图 10(3) 添加元件库执行菜单命令【 Dsign】/【Ad
12、d/Remove Library 】，单击 Add 按钮添加所需要的元件 库。本课程设计需要从【 Protel DOS Schematic】库中添加 NE555定时器；从【 sim】库 中添加 7 段数码管 AMBERCA 、BCD 7 段字形译码器 7446 和十进制加 /减计数器 74LS190；从【Miscellaneous Device】库中添加 LED 、电阻、电容、与或非门逻辑器件。(4) 按设计的电路原理图添加元件并连接电路，结果如图 11 所示4.2.2 元件封装双击元件，为每个元件设置封装号和元件名称。电阻 R1 的封装号如图 12 所示图 12电阻 R1R8的封装号相同。无
13、极性 1 的封装号为 RAD0.1，有极性电容 C2 的封装号为 POLAR0.8，LED 的封装号为 DIODE0.4 ，集成芯片的封装号再添加元件时自动给 出。4.2.3 原理图的检查 原理图绘制完成后，要进行检查。因为原理图与其他的图不同，不是简单的电路的 点和线， 而是代表着实际的电器元件和它们之间的相互连接。因此， 它们之间不仅仅具 有一定的拓扑结构，还必须遵循一定的电气规则。电气规则检查（ ERC）是进行电路原理图设计过程中非常重要的步骤之一；原理图 的电气规则检查是发现一些不应该出现的短路、 开路、多个输出端子短路和未连接的输 入端子等。- 10 -电气规则检查还对原理图中所用元
14、件里， 若有元件输入端有定义， 则对该元件的输 入端进行是否有信号源的检查，若没有直接信号源，系统会提出警告。 做好的办法就是 在该端放置“ NO ERC”。执行菜单命令【 Tools】 /【ERC】，对原理图进行电气特性检查，运行结果如图13所示。图 13 结果显示电路原理图无电气特性错误。4.3 pcb 双面印刷版制作印制电路板，又称印刷电路板、印刷电路板，简称印制板，英文简称PCB( printedcircuit board )或 PWB(printed wiring board) ，以绝缘板为基材，切成一定尺寸，其上至少附有一个导电图形，并布有孔(如元件孔、紧固孔、金属化孔等) ，用来代替 以往装置电子元
