電子線路cad課程設計---信號源的設計與制作

1、<p><b>　　電子線路CAD</b></p><p><b>　　課程設計</b></p><p>　　題 目： 信號源的設計與制作 </p><p>　　院（系、部）： </p><p>　　學 生 姓 名：

2、 </p><p>　　指 導 教 師： </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要·················

3、3;························3</p><p>　　1、課程設計的目的及要求······&#

4、183;····················3</p><p>　　1.1 設計目的··········

5、3;························3</p><p>　　1.2 設計要求·······

6、····························3</p><p>　　2、函數(shù)發(fā)生器基本原理···

7、;··························3</p><p>　　2.1 原理框圖·····&

8、#183;·····························4</p><p>　　2.2 函數(shù)發(fā)生器的總方案

9、3;························4</p><p>　　3、各組成部分的工作原理······&#

10、183;····················4</p><p>　　3.1 方波發(fā)生電路的工作原理·········

11、83;···········5</p><p>　　3.2 方波---三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理············5</p><p>　　3.3 三角波---

12、正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理··········6</p><p>　　4、Protel原理圖繪制··················

13、83;·············7</p><p>　　4.1設置畫圖環(huán)境·················

14、3;··············7</p><p>　　4.2 定位元件和加載元件庫················

15、·······7</p><p>　　4.3 放置元件并排版························

16、;······7</p><p>　　4.4 電路連接·························&

17、#183;··········8</p><p>　　4.5 電路及電氣規(guī)則檢查···················

18、3;······8</p><p>　　5、PCB板的制作·························

19、;············8</p><p>　　5.1 生成網(wǎng)絡表···················

20、···············8</p><p>　　5.2 創(chuàng)建PCB文件················

21、;················9</p><p>　　5.3 導入網(wǎng)絡報表至PCB··············&

22、#183;···········11</p><p>　　5.4元件的布局···················&#

23、183;·············11</p><p>　　5.5自動布線·················

24、3;··················12</p><p>　　6、元件清單·············&

25、#183;························13</p><p>　　7、仿真·······

26、···································13</p&g

27、t;<p>　　7.1 產(chǎn)生仿真波形·······························14</p&

28、gt;<p>　　7.2 仿真結(jié)果與分析····························14</p><p>　　

29、8、心得體會···································

30、3;··15</p><p>　　9、參考文獻·····························&

31、#183;··············16</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　Protel是protel公司在80年代末推出的軟件，率先將EDA環(huán)境引入到windows環(huán)境中。在電子行業(yè)的CAD軟件中，

32、他當之無愧的排在眾多的EDA軟件的前面。是電子設計者的首選軟件，它具有原理圖設計、印制電路板（PCB）、設計層次原理圖設計、報表制作、電路仿真以及邏輯器件的設計等功能，國內(nèi)已經(jīng)很流行，許多公司都要用它。</p><p>　　從2000年成功推出protel99se后，2001年protel公司更名為Altium公司并相繼推出ProtelDXP和protel2004。2006年初，公司推出了Protel系列的最新高

33、端版本Altium Designer6。本版全面的板級全方位電子設計系統(tǒng)。Altium Designer 是業(yè)界首例將設計流程、集成化PCB的設計、可編程邏輯器件設計和基于處理器設計的嵌入式軟件開發(fā)功能整合在一起的產(chǎn)品，一種同時進行PCB和FPGA設計以及嵌入式設計的解決方案，具有將設計方案從概念轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K成品所需的全部功能。</p><p>　　本次protel課程設計實現(xiàn)函數(shù)信號發(fā)生器的原理圖繪制，PCB版圖

34、制作，以及電路的仿真。運行運放構(gòu)成的比較器和積分器實現(xiàn)矩形波和三角波的輸出，再經(jīng)差分放大產(chǎn)生正余弦波形。</p><p>　　關(guān)鍵詞：protel99se 信號源 仿真</p><p>　　1 課程設計的目的及要求</p><p><b>　　1.1 設計目的</b></p><p>　　1、對電路、模電、數(shù)電等基礎(chǔ)知識

35、的掌握，對Protel 99se軟件的熟練使用</p><p>　　2、培養(yǎng)學生綜合設計和實踐能力。</p><p><b>　　1.2 設計要求</b></p><p>　　1、繪制信號源的的電路原理圖*.Sch，能夠?qū)崿F(xiàn)完備的功能</p><p>　　2、能夠生成網(wǎng)絡報表*.NET和原件清單*.XLS</p&g

36、t;<p>　　3、繪制相應電路的單面印刷版圖*.Pcb并進行仿真，給出仿真結(jié)果</p><p>　　2 函數(shù)發(fā)生器基本原理</p><p><b>　　2.1 原理框圖</b></p><p><b>　　圖2.1</b></p><p>　　2.2 函數(shù)發(fā)生器的總方案</p&

37、gt;<p>　　函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動產(chǎn)生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件，也可以采用集成電路(如單片函數(shù)發(fā)生器模塊8038)。為進一步掌握電路的基本理論及實驗調(diào)試技術(shù)，本課題采用由集成運算放大器與晶體管差分放大器共同組成的方波—三角波—正弦波函數(shù)發(fā)生器的設計方法。</p><p>　　產(chǎn)生正弦波

38、、方波、三角波的方案有多種，如首先產(chǎn)生正弦波，然后通過整形電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方波變成三角波；也可以首先產(chǎn)生三角波—方波，再將三角波變成正弦波或?qū)⒎讲ㄗ兂烧也ǖ鹊取１菊n題采用先產(chǎn)生方波—三角波，再將三角波變換成正弦波的電路設計方法，</p><p>　　本課題中函數(shù)發(fā)生器電路組成為由比較器和積分器組成方波—三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由差分放

39、大器來完成。差分放大器具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強等優(yōu)點。特別是作為直流放大器時，可以有效地抑制零點漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。</p><p>　　3 各組成部分的工作原理</p><p>　　3.1 方波發(fā)生電路的工作原理</p><p>　　圖3.1 矩形波產(chǎn)生電路</p&

40、gt;<p>　　此電路由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。RC回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡，通過RC充、放電實現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換。設某一時刻輸出電壓Uo=+Uz,則同相輸入端電位Up=+UT。Uo通過R3對電容C正向充電。反相輸入端電位n隨時間t的增長而逐漸增高，當t趨于無窮時，Un趨于+Uz；但是，一旦Un=+Ut后再稍增大，Uo就會從+Uz躍變?yōu)?Uz,與此同時Up從+Ut躍變?yōu)?Ut。隨后，Uo又通過R3

41、對電容C反向充電。Un隨時間逐漸增長而減低，當t趨于無窮大時，Un趨于-Uz；但是，一旦Un=-Ut,再減小，Uo就從-Uz躍變?yōu)?Uz，Up從-Ut躍變?yōu)?Ut，電容又開始正相充電。上述過程周而復始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。</p><p>　　3.2 方波---三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理</p><p>　　圖3.2.1 方波—三角波產(chǎn)生電路</p><p>　　方波

42、變?nèi)遣娐穲D， 方波轉(zhuǎn)三角波電路圖如圖所示為具有三角波和矩形波輸出的振蕩電路。該電路由密勒積分器A2和施密特觸發(fā)器A1構(gòu)成，可以產(chǎn)生三角波和矩形波輸出。振蕩頻率由密勒積分器的時間常數(shù)(R3+R4)?C1和觸發(fā)器的滯后電壓Vcc(R1+R2)/(R1+R2+R3)確定，其中Vcc為電源電壓。調(diào)節(jié)電阻R3可以改變振蕩頻率，而調(diào)節(jié)電阻R2既可以改變?nèi)遣ǖ妮敵龇?，也可以改變振蕩頻率。A2輸出三角波，A1輸出矩形波，它們之間相位差為90度。

43、</p><p><b>　　圖3.2.2</b></p><p>　　3.3 三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理</p><p>　　三角波——正弦波的變換電路主要由差分放大電路來完成，電路圖如圖所示。</p><p>　　差分放大器具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強等優(yōu)點。特別是作為直流放大器，可以有效的抑

44、制零點漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器的傳輸特性曲線的非線性，波形變換過程如圖所示。由圖可以看出，傳輸特性曲線越對稱，線性區(qū)域越窄越好;三角波的幅度Uim應正好使晶體接近飽和區(qū)域或者截至區(qū)域。用差分放大電路實現(xiàn)三角波到正弦波。</p><p>　　圖3.3 三角波-正弦波變換電路</p><p>　　4 Protel原理圖繪制</p>

45、<p><b>　　4.1設置畫圖環(huán)境</b></p><p>　　使用菜單Design/Document Options，出現(xiàn)如圖所示的窗口，可以設置圖紙尺寸、柵格等內(nèi)容。還可以在菜單選擇Tools » SchematicPreferences打開原理圖參數(shù)對話框進行設置,然后保存作為圖紙使用。</p><p>　　4.2 定位元件和加載元件庫

46、</p><p>　　4.3 放置元件并排版</p><p><b>　　4.4 電路連接</b></p><p>　　圖4.4 整體電路圖結(jié)果</p><p>　　4.5 電路及電氣規(guī)則檢查</p><p>　　圖4.5電氣規(guī)則檢查圖</p><p><b>　

47、　5 PCB板的制作</b></p><p><b>　　5.1 生成網(wǎng)絡表</b></p><p><b>　　·· </b></p><p>　　圖5.1 網(wǎng)絡報表（部分）</p><p>　　網(wǎng)絡表中主要內(nèi)容分為兩部分，一部分是各元件的屬性參數(shù)，以方括號作為開頭

48、和結(jié)尾；一部分是各元件引腳的電氣連接信息，以圓括號作為開頭和結(jié)尾，如上圖所示。</p><p>　　5.2 創(chuàng)建PCB文件</p><p>　　1、使用菜單File/New/PCB建立PCB文件。</p><p>　　2、出現(xiàn)PCB界面后要畫出版圖，注意此時要點到Keep-OutLayer再開始畫線，畫出為粉色。然后畫Top Layer，稍微比布局層大一點，畫出為紅

49、色，如圖所示。</p><p>　　圖5.2.1 自建PCB板</p><p>　　3、利用向?qū)б?guī)劃一塊電路板</p><p>　　4、使用電路板向?qū)Ы㈦娐钒鎴D，執(zhí)行菜單File/New，在彈出的窗口中選擇Wizards頁面，再選擇Printed Circuit Board Wizard圖標，就進入了電路板向?qū)?。利用向?qū)?chuàng)建名為PCB1.PCB大小100mm

50、15;80mm的單層矩形PCB板。</p><p>　　圖5.2.2 向?qū)б?guī)劃電路板</p><p>　　5.3 導入網(wǎng)絡報表至PCB</p><p>　　在PCB文件里面選擇菜單Design/Load nets…命令，然后點Browse，選擇網(wǎng)絡報表.NET文件，加載網(wǎng)絡表，加載結(jié)果如下圖。</p><p>　　圖5.3 加載網(wǎng)絡表后生成圖

51、</p><p><b>　　5.4 元件的布局</b></p><p>　　將生成的PCB圖，進行排版，布局，讓看起來比較美觀。</p><p><b>　　圖5.4 手動布局</b></p><p><b>　　5.5 自動布線</b></p><p&g

52、t;　　在Auto Route下可以有手動和自動兩種方式來布局，由于手動布局太復雜，這里采用自動布局的方式。在PCB1.PCB編輯器中，Design/Rules設置PCB板設計規(guī)則。</p><p>　　元件放置在頂層設置：Placement→Permitted Layers Rule→勾選Toplayer</p><p>　　在底層布線設置：Routing Layers→Toplayer

53、選Not Used→Bottomlayer選Any</p><p>　　設置好之后執(zhí)行Auto Route后開始自動布線。布線后見圖。</p><p><b>　　圖5.5 自動布線</b></p><p><b>　　6 元件清單</b></p><p><b>　　圖6.1 材料清單&

54、lt;/b></p><p><b>　　7 仿真</b></p><p><b>　　7.1產(chǎn)生仿真波形</b></p><p>　　以上原理圖內(nèi)的原件均為Sim.lib仿真庫里的原件，將原件參數(shù)設置好之后便可進行仿真，仿真波形如下：</p><p><b>　　圖7.1 仿真波形

55、</b></p><p>　　7.2仿真結(jié)果與分析</p><p>　　7.2.1觀察運算放大器U1的同相輸入端與U1的輸出，得到如圖7.2.1波形?？捎^察到運放作為電壓比較器的門線電壓為0V。一旦同向輸入端電壓到0V輸出即可翻轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　圖7.2.1</b></p><p>　　7.2

56、.2調(diào)整原件參數(shù)，以減小差分放大器的線性區(qū)，產(chǎn)生如下圖7.2.2失真波形，調(diào)整靜態(tài)工作點，則可出現(xiàn)圖7.2.3較真實波形。</p><p>　　圖7.2.2 失真波形</p><p>　　圖7.2.3 調(diào)整后波形</p><p><b>　　8 結(jié)論</b></p><p>　　此次通過使用Protel 99se軟件對函

57、數(shù)信號發(fā)生器的設計與仿真，我深刻認識到了實踐的重要性。許多東西在書上看起來很簡單，但在實際操作時不那么容易，比如對工具軟件的使用。通過本次課設對于電路仿真軟件有了系統(tǒng)的認識，并且掌握了基本的操作，能夠完成原理圖的繪制，PCB的制作及仿真等。</p><p>　　最重要的是鍛煉了實際動手操作能力，掌握了新的技能，也明白學校安排這個課程設計的原因。本次課設更接近與實際的設計，學校在有意的培養(yǎng)我們是我們能夠更有競爭力。

58、真正使我們能在現(xiàn)實社會中掌握真本領(lǐng)，有立足之地。</p><p>　　在整個電路繪制到PCB制作再到仿真，我個人感覺仿真部分是最難的，本次軟件使用中，前四五次的仿真都無法出現(xiàn)。后來通過使用一個電容產(chǎn)生自激后才有波形的顯現(xiàn)，可能這個軟件的仿真是十分理想的電路狀況。當出現(xiàn)問題并想方設法去解決的時候才是真正考驗人的時候，需要你去查找去找新的知識，在這個過程中無疑又增進了自己對軟件的認識與知識的掌握。</p>

59、<p>　　通過這次課程設計，我第一次比較獨立的完成了對一個工具軟件的從學習到使用的整個過程，可以想象在實際電路的設計時會是怎樣的情形。對于Protel 99se這個軟件的強大功能有了深刻的了解。當一次次的布局與一次次的仿真失敗到最終看到仿真波形的時候，心里感到非常的興奮，雖然幾經(jīng)周折，但最后還是成功了，實現(xiàn)了應有的功能，感覺有很大的收獲。</p><p><b>　　9 參考文獻<

60、/b></p><p>　　[1]袁鵬平，何志剛，羅開玉.Altium Designer6 電路圖和PCB板的設計[M].化學工業(yè)出版社</p><p>　　[2]劉曉偉，劉宇，溫培和. Altium Designer6 電路設計實用教程[M].電子工業(yè)出版社</p><p>　　[3]伍時和.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].清華大學出版社</p>&l