成绩评定表课程设计任务书目录1课程设计目的 (1)2总体方案的设计 (1)3单元电路的设计 (3)3.1秒脉冲产生电路 (3)3.2计时器部分电路 (4)3.3主控电路 (5)3.4红绿灯显示电路 (5)4 protel软件实现过程 (6)4.1protel 99 SE简介 (6)4.2protel制作电路图 (7)4.2.1绘制电路的原理图（*.SCH） (7)4.2.2元件封装 (10)4.2.3原理图的检查 (10)4.3pcb双面印刷版制作 (11)4.3.1创建pcb文件 (11)4.3.2生成网络表 (12)4.3.3设置pcb设计环境 (13)4.3.4布置零件封装位置 (13)4.3.5自动布线 (15)5设计体会 (17)6参考文献 (18)1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。
- 1 -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：控制状态信号灯状态车道运行状态S0（00）东西干道绿，南北干道红东西干道通行，南北干道禁止通行S1（01）东西干道黄，南北干道红东西干道停车，南北干道禁止通行S2（11）东西干道红，南北干道绿东西干道禁止通行，南北干道通行S3（10）东西干道红，南北干道黄东西干道禁止通行，南北干道停车其状态表为：表1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: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。
- 2 -- 3 -状态图如下C=0 图2 工作状态转换图 B=03 单元电路的设计3.1 秒脉冲产生电路５５５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）； A～D 并行数据输入端；LOAD 异步并行置入控制端（低电平有效）；QA～QD 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2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- 4 -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。
- 5 -表3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。
从而使控制器状态发生转换。
电路原理图如图6所示。
图64 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- 6 -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- 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】/【Add/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所示图114.2.2 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R1~R8的封装号相同。
无极性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。
电气规则检查还对原理图中所用元件里，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 (printed circuit 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器件的底盘，并实现电子元器件之间的相互连接。
由于这种板是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。
习惯称“印制线路板”为“印制电路”是不确切的，因为在印制板上并没有“印制元件”而仅有布线。
它是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体。
4.3.1 创建pcb文件(1) 立空白PCB文件。
执行菜单命令【File】/【New】/【PCB】，即可完成PCB文件的建立。
(2)命名PCB文件在PCB编译环境中，执行菜单命令【File】/【Save As…】将“PCB1”更名为“jiaotongdeng”。
新创建的PCB编辑界面如图14所示。
图144.3.2 生成网络表打开原理图编辑窗口，执行菜单命令【Dsign】/【create Netlist】，如图15所示。
图15单击【OK】，运行结果如图16所示。
图164.3.3 设置pcb设计环境(1) 进入PCB系统后的第一步就是设置PCB设计环境，包括设置格点大小和类型，光标类型，版层参数，布线参数等等。
大多数参数都可以用系统默认值，而且这些参数经过设置之后，符合个人的习惯，以后无须再去修改。
(2) 规划电路版，主要是确定电路版的边框，包括电路版的尺寸大小等等。
在需要放置固定孔的地方放上适当大小的焊盘。
对于3mm 的螺丝可用6.5~8mm 的外径和3.2~3.5mm 内径的焊盘对于标准板可从其它板或PCB izard 中调入。
(3) 在绘制电路版地边框前，一定要将当前层设置成Keep Out层，即禁止布线层。
4.3.4 布置零件封装位置Protel99可以进行自动布局,也可以进行手动布局。
如果进行自动布局，运行"Tools"下面的"Auto Place",用这个命令，你需要有足够的耐心。