基于protel的交通灯课程设计

《基础强化训练》报告

题目：交通灯控制电路

专业班级：电子0903班

学生姓名：

指导教师：

基础强化训练任务书

题目：交通灯控制电路印制板图的设计

一、训练目的

主要目的就是对学生进行基础课程、基本技能、基本动手能力的强化训练，提高学生的基础理论知识、基本动手能力，提高人才培养的基本素质。

二、训练内容和要求

1、基础课程和基本技能强化训练

(1)设计一个交通灯控制电路；

(2)对所设计电路的基本原理进行分析；

2、文献检索与利用、论文撰写规范强化训练

要求学生掌握基本的文献检索方法，科学查找和利用文献资料，同时要求学生获得正确地撰写论文的基本能力，其中包括基本格式、基本排版技巧和文献参考资料的写法、公式编排、图表规范制作、中英文摘要的写法等训练。

3、基本动手能力和知识应用能力强化训练

(1)学习PROTEL软件；

(2)绘制电路的原理图和PCB版图，要求图纸绘制清晰、布线合理、符合绘图规范；

4、查阅至少5篇参考文献，按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写基础强化训练报告书，全文用A4纸打印。

三、初始条件

计算机；Microsoft Office Word 软件；PROTEL软件

四、时间安排

1、2011年7 月11日集中，作基础强化训练具体实施计划与报告格式要求的说明；

学生查阅相关资料，学习电路的工作原理。

2、2011 年7 月11 日，电路设计与分析。

3、2010 年7 月12日至2010 年7 月14日，相关电路原理图和PCB版图的绘制。

4、2010年7 月15日上交基础强化训练成果及报告，进行答辩。

指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日

摘要

随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题[1]。为此，通过我应用所学的知识设计了一套交通灯控制电路的方案。交通灯的控制系统主要由计时电路、主控电路、信号灯转换器、脉冲信号发生器组成。

关键词：计时电路、主控电路、信号灯转换器、脉冲信号发生器

。

Abstract

As social and economic development, urban transport is increasingly cause for concern. People, vehicles, coordination of relations between road, traffic management has become an important issue to be resolved. Urban traffic control system is used for urban traffic data monitoring, traffic signal control and traffic control, computer integrated management system, which is a modern urban traffic control command system, the most important part. How to use the appropriate control method to maximize the good use of costly

high-speed construction of urban roads to ease the main road and ramp, with urban traffic congestion around the area, becoming more and more traffic management and urban planning department needs to address the major problem. To this end, through the application of knowledge learned I designed a set of traffic lights control circuit program. Traffic light control system mainly by the timing circuit, control circuit, signal converters, pulse generator. Keywords: timing circuit, control circuit, signal converters, pulse generator

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目录

1. 概述 (6)

2. 设计要求 (7)

3. 方案设计 (8)

4. 单元电路设计与分析 (10)

4.1 555定时器构成的多谐振荡器 (10)

4.2 由74LS190构成的计数电路 (10)

4.3 显示电路 (11)

4.3.1 译码显示电路 (11)

4.3.2 灯光显示电路 (12)

5. 设计流程 (13)

6. Protel制图及电路设计 (15)

6.1 protel简介 (15)

6.2 Protel制作电路图 (15)

6.2.1 元件封装 (16)

6.2.2 部分电路制作 (17)

6.3 pcb板制作 (17)

6.3.1 生成网络表 (18)

6.3.2设置PCB设计环境 (19)

6.3.3 布置零件封装位置 (20)

6.3.4自动布线 (21)

7. 心得与体会 (23)

参考文献 (24)

1.概述

用555定时器构成一个多谐振荡器，即信号产生器，为计数器提供信号，再用74LS190分别构成5进制、20进制、25进制计数器（即支干道黄灯亮、绿灯亮和红灯亮的时间），再利用三态门（控制端高电位时为导通电路，反之为关闭电路的特性）、非门和D型锁存器（S、R分别为置1和置0强迫端的特性）构成控制电路来控制5、20、30进制计数器电路工作之间的转换，即利用三态门、非门和D型锁存器的特性在各进制计数器产生进位信号时，控制相关进制电路工作与不工作从而实现5、20、30进制计数器电路工作之间的转换和指示亮灭状态的转换。

设计一个十字路口交通灯定时控制系统：

1）主、支干道交替通行，主道每次放行25秒，支道每次放行20秒。

2）绿灯亮表示可以通行，红灯亮表示禁止通行。

3）当绿灯变红灯时，黄灯先亮5秒，此时另一干道上的红灯不变。

4）主、支路口要有数字显示，作为时间提示，以便人们更直观地把握时间。具体要求主、支干道通行时间及黄灯亮的时间均以秒为单位作减计数。

5）黄灯亮时，红灯按1HZ的频率闪烁。.

图3.1交通控制灯电路设计

如图3.1所示为交通控制电路设计方案图，根据概述中的设计思想及方法来实现。图3.2所示的交通指示灯状态转换图中描述的指示灯的转换及每种状态维持的时间（用数码显示管来显示）。

4.单元电路设计与分析

4.1 555定时器构成的多谐振荡器

图4.1 555定时器构成的多谐振荡器

如图4.1所示为555定时器构成的多谐振荡器，C2为0.01uF，若C1取10uF，依据公式周期T=（R1+2R2）Cln2 可计算出R1+2R2=144k欧姆时可得到周期为1s的振荡信号。

4.2 由74LS190构成的计数电路

图4.2 计数电路

4.3 显示电路

4.3.1 译码显示电路

显示控制部分,实际是一个时控电路.当红灯亮时,使减法计数器开始工作(用对方的红灯信号控制),每来一个秒脉冲,使计数器减1,直到计数器为”0”而停止.译码显示用74LS47BCD码七段译码器,显示器用LC5011—11共阴极LED显示器。

图4.3 译码显示

4.3.2 灯光显示电路

图4.4 灯光显示

5.设计流程

1).

图5.1 流程图

图中设南北方向的红、黄、绿灯分别为ＮＳＲ、ＮＳＹ、ＮＳＧ东西方向的红、黄、绿灯分别为ＥＷＲ、ＥＷＹ、ＥＷＧ．它们的工作方式,有些必须是并行的,即南北方向绿灯亮,东西方向红灯亮;南北方向黄灯亮东西方向红灯亮；南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮。

2）应满足两个方向的工作时序：即东西方向亮红灯的时间应等于南北方向亮黄、绿灯时间之和，南北方向亮红灯的时间应等于东西方向亮黄、绿灯时间之和，时序工作流程图如图5.1所示。

图5.1中，假设每个单位时间是4秒，则南北、东西方向绿，黄，红灯亮时间分别为20秒，4秒，24秒，一次循环为48秒。其中红灯亮的时间是绿灯，黄灯亮的时间之和，黄灯是间歇闪耀的。

3）十字路口要有数字显示，作为时间提示，以便人们更直观的把握时间。具体为：当某方向绿灯亮时，置显示器为某值，然后以每秒减1的计数方式工作，直至减到数为‘0’，十字路口红，绿灯交换，一次工作循环结束，而进入下一步某方向的工作循环。

如：当南北方向从红灯转换成绿灯时，置南北方向的数字显示为24，并使数显计数器开始减‘1’计数，当减到绿灯灭而黄灯闪耀时，数显的应值应为4，当减到‘0’时，此时黄灯灭，南北方向的红灯亮；同时使得东西方向的绿灯亮，并置东西方向的数显为24。

6.P rotel制图及电路设计

6.1 protel简介

PROTEL是PORTEL公司在80年代末推出的EDA软件，在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件，它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，有些高校的电子专业还专门开设了课程来学习它，几乎所有的电子公司都要用到它，许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使用PROTEL。

6.2 Protel制作电路图

Protel 99 SE主要由原理图设计系统、印制电路板设计系统两大部分组成。

生成protel文件如图6.1。.

图6.1 选择sch文件

网格板使用及基本元件使用

图6.2 网格及元件

6.2.1 元件封装

零件封装是指实际零件焊接到电路板时所指示的外观和焊点的位置。是纯粹的空间概念.因此不同的元件可共用同一零件封装，同种元件也可有不同的零件封装。像电阻，有传统的针插式，这种元件体积较大，电路板必须钻孔才能安置元件，完成钻孔后，插入元件，再过锡炉或喷锡（也可手焊），成本较高，较新的设计都是采用体积小的表面贴片式元件（SMD）这种元件不必钻孔，用钢膜将半熔状锡膏倒入电路板，再把SMD元件放上，即可焊接在电路板上了[2]。

图6.3 二极管封装

6.2.2 部分电路制作

图6.4 555振荡电路

图6.5 计数电路

6.3 pcb板制作

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。

6.3.1 生成网络表

1)利用原理图设计工具绘制原理图，并且生成对应的网络表。当然，有些特殊情况下，如电路版比较简单，已经有了网络表等情况下也可以不进行原理图的设计，直接进入PCB设计系统，在PCB设计系统中，可以直接取用零件封装，人工生成网络表。

2)手工更改网络表将一些元件的固定用脚等原理图上没有的焊盘定义到与它相通的网络上，没任何物理连接的可定义到地或保护地等。将一些原理图和PCB封装库中引脚名称不一致的器件引脚名称改成和PCB封装库中的一致，特别是二、三极管等。

图6.6 生成网络表

图6.7 电路的ERC检测

6.3.2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。

图6.8 pcb板设计环境

6.3.3 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。布线的关键是布局，多数设计者采用手动布局的形式。用鼠标选中一个元件，按住鼠标左键不放，拖住这个元件到达目的地，放开左键，将该元件固定。Protel99在布局方面新增加了一些技巧。新的交互式布局选项包含自动选择和自动对齐。使用自动选择方式可以很快地收集相似封装的元件，然后旋转、展开和整理成组，就可以移动到板上所需位置上了。当简易的布局完成后，使用自动对齐方式整齐地展开或缩紧一组封装相似的元件。