protel軟件課程設(shè)計(jì)--函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　Protel設(shè)計(jì)系統(tǒng)是世界上第一套將EDA環(huán)境引入到Windows環(huán)境中的EDA開(kāi)發(fā)工具，是具有強(qiáng)大功能的電子設(shè)計(jì)CAD軟件，它具有原理設(shè)計(jì)、印刷電路板（PCB）、設(shè)計(jì)層次原理圖設(shè)計(jì)、報(bào)表制作、電路仿真以及邏輯器件設(shè)計(jì)等功能，是進(jìn)

2、行電子設(shè)計(jì)最有用的軟件設(shè)計(jì)之一。</p><p>　　函數(shù)信號(hào)發(fā)生器一般是指能自動(dòng)產(chǎn)生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形或儀器。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。為進(jìn)一步掌握電路的基本理論及實(shí)驗(yàn)調(diào)試技術(shù)，本課題要求設(shè)計(jì)由集成運(yùn)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)信號(hào)發(fā)生器。</p><p>　　

3、本次protel課程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)，用Protel軟件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路，并繪制出PCB電路板，根據(jù)電路圖對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行制作，最后進(jìn)行調(diào)試測(cè)試。通過(guò)對(duì)Protel軟件的學(xué)習(xí)與應(yīng)用，加深對(duì)相關(guān)原理的理解，并對(duì)protel軟件有初步的認(rèn)識(shí)和一定的操作能力，并根據(jù)通信電子線(xiàn)路所學(xué)的知識(shí)，運(yùn)用所學(xué)理論和方法進(jìn)行一次綜合性設(shè)計(jì)訓(xùn)練，從而培養(yǎng)獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。</p><p>　　關(guān)鍵字：Protel 、PCB

4、、集成運(yùn)放、晶體管差分放大器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器</p><p>　　1函數(shù)信號(hào)發(fā)生器原理分析1</p><p>　　1.1整體電路分析1</p><p>　　1.2 單元電路原理 …………………………………………………………………1</p><p>　　1.2.1方波-三角波電路1</p><p>　　1.2.2

5、三角波-正弦波電路..……………………………………………..3</p><p>　　2利用Protel設(shè)計(jì)電路5</p><p><b>　　2.1創(chuàng)建環(huán)境5</b></p><p>　　2.2 繪制原理電路圖……………….……………………………………………..8</p><p>　　3 PCB板的設(shè)計(jì)11<

6、/p><p>　　3.1元器件的布線(xiàn)和封裝說(shuō)明11</p><p>　　3.2創(chuàng)建PCB文件12</p><p>　　3.3函數(shù)信號(hào)發(fā)生器PCB圖13</p><p><b>　　4 設(shè)計(jì)總結(jié)16</b></p><p><b>　　5 參考文獻(xiàn)17</b></p

7、><p>　　1.函數(shù)信號(hào)發(fā)生器原理分析</p><p><b>　　1.1整體電路分析</b></p><p>　　函數(shù)信號(hào)發(fā)生器是一種能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測(cè)中具有十分廣泛的用途?，F(xiàn)在通過(guò)對(duì)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的原理以及構(gòu)成設(shè)計(jì)一個(gè)能變換出方波、三角波、正弦波的建議發(fā)生器。

8、</p><p>　　圖1.1 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器框圖</p><p><b>　　1.2單元電路原理</b></p><p>　　1.2.1方波-三角波電路</p><p>　　圖1.2所示為產(chǎn)生方波-三角波電路。原理如下：若a點(diǎn)短開(kāi)，運(yùn)算放大器A1與R1、R2及R3、RP1組成電壓比較器，C1為加速電容，可加速比較器的翻

9、轉(zhuǎn)。</p><p>　　圖1.2 方波-三角波產(chǎn)生電路</p><p>　　由圖1.2分析可知比較器有兩個(gè)門(mén)線(xiàn)電壓：</p><p>　　運(yùn)算放大器A2與R4、RP2、C2及組成反向積分器，其輸出信號(hào)為方波Uo1時(shí)，則積分器的電壓為：</p><p>　　當(dāng)Uo1=+Vcc時(shí)：</p><p><b>　　

10、當(dāng)Uo1=-Vee</b></p><p>　　可見(jiàn)積分器輸出方波時(shí)，輸出是一個(gè)上升速率與下降速率相等的三角波，其波形如圖1.3所示。</p><p>　　圖1.3方波-三角波波形</p><p>　　A點(diǎn)閉合，即比較器與積分器首尾相連，形成閉合電路，則自動(dòng)產(chǎn)生方波-三角波。三角比的幅度為：</p><p>　　方波-三角波的頻率

11、為：</p><p><b>　　由上分析可知：</b></p><p>　?、烹娢黄鱎P2在調(diào)整方波-三角波的輸出頻率時(shí)，不會(huì)影響輸出波形的幅度。</p><p>　　⑵方波的輸出幅度應(yīng)等于電源電壓。三角波的輸出幅度應(yīng)不超過(guò)電源電壓。電位器RP1可實(shí)現(xiàn)幅度上的微調(diào)，但會(huì)影響波形的頻率。</p><p>　　1.2.2三

12、角波-正弦波電路</p><p>　　三角波-正弦波的變換電路，主要由差分放大器組成。差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定、輸入阻抗高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是做直流放大器時(shí)，可以有效地抑制零點(diǎn)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的非線(xiàn)性。其非線(xiàn)性及變換原理如圖1.4所示。</p><p>　　圖1.4 三角波-正弦波的轉(zhuǎn)換原理</p>

13、<p>　　傳輸特性曲線(xiàn)對(duì)稱(chēng)，線(xiàn)性區(qū)越窄越好；</p><p>　　三角波的幅度Um應(yīng)正好使晶體管接近飽和區(qū)或截止區(qū)。</p><p>　　圖1.5為三角波-正弦波變換電路。其中RP1調(diào)節(jié)三極管的幅度，RP2調(diào)整電路的對(duì)稱(chēng)性，其并聯(lián)電阻RES用來(lái)減少差分放大器的線(xiàn)性區(qū)。電容C1、C2、C3為隔直電容，C4為濾波電容，以減少濾波分量，改善輸出波形。</p><p

14、>　　圖1.5 三角波-正弦波變換電路</p><p>　　整個(gè)設(shè)計(jì)電路采用如圖所示電路。其中運(yùn)算放大器A1、A2用一只雙運(yùn)放u747，差分放大器采用單入、單出方式，四只晶體管用集成電路差分對(duì)管BG319或雙三極管S3DG6等。取電源電壓為正負(fù)12V。</p><p><b>　　計(jì)算元件參數(shù)：</b></p><p>　　比較A1與積

15、分器A2的元件參數(shù)如下：</p><p><b>　　由于</b></p><p><b>　　因此</b></p><p><b>　　因?yàn)?</b></p><p>　　2.利用Protel設(shè)計(jì)電路</p><p><b>　　2.1創(chuàng)建環(huán)

16、境</b></p><p>　　Protel 的原理圖的繪制是十分簡(jiǎn)單。首先要新建一個(gè)工程，將所需的文件都保存在工程里，工程是在繪制完原理圖后進(jìn)行仿真以及PCB板制作的基礎(chǔ)，新建工程的類(lèi)型選擇為PCB project。具體繪制步驟如下：</p><p>　　1.從Windows操作系統(tǒng)的開(kāi)始菜單或桌面圖標(biāo)進(jìn)入Protel 99 SE 環(huán)境。如圖2.1。</p>&

17、lt;p>　　圖2.1 Protel 99 SE開(kāi)啟界面</p><p>　　2.使用菜單File/New,建立工程并命名為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì).ddb。</p><p>　　圖2.2 建立*.ddb工程</p><p>　　圖2.3 建立工程完成</p><p>　　3.使用菜單File/New,建立*.sch文件并命名為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器

18、.sch,打開(kāi)出現(xiàn)繪圖界面。</p><p>　　圖2.4 建立*.sch文件</p><p>　　圖2.5 完成函數(shù)信號(hào)發(fā)生器.Sch文件建立</p><p>　　圖2.6 開(kāi)啟繪圖界面</p><p>　　4. 繪制原理圖，首先要添加所需的元件庫(kù)，由于我們所需的元件不一定都在初始的元件庫(kù)里找到，所以要添加元件庫(kù)，如下圖示：</p&

19、gt;<p>　　圖2.7 添加元件庫(kù)</p><p>　　2.2繪制原理電路圖</p><p>　　1．繪制調(diào)制原理電路圖。在繪制原理電路圖的時(shí)候，注意設(shè)置元器件的網(wǎng)絡(luò)號(hào)、封裝號(hào)和相關(guān)參數(shù)值。如圖2.8所示。</p><p>　　圖2.8 電路原理圖</p><p>　　2. 原理圖繪制完畢后，需要對(duì)電器規(guī)則進(jìn)行檢查。點(diǎn)擊To

20、ols?ERC，進(jìn)行電氣規(guī)則檢查(ERC)。相關(guān)結(jié)果如下所示：</p><p>　　圖2.9 電路原理圖ERC結(jié)果</p><p>　　3．執(zhí)行DesignCreate Netlist命令，生成網(wǎng)格圖。</p><p>　　圖2.10 生成網(wǎng)格圖</p><p><b>　　4.原件清單如下表</b></p>

21、;<p><b>　　表2.1</b></p><p><b>　　3.PCB板的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1元器件的布線(xiàn)和封裝說(shuō)明</p><p>　　電氣規(guī)則檢查無(wú)誤后，點(diǎn)擊Design---->Update PCB,進(jìn)行相應(yīng)的封裝和布線(xiàn)。Protel 99 SE提供了非常強(qiáng)大的PCB

22、電路板的繪制功能，可以通過(guò)原理圖直接經(jīng)網(wǎng)絡(luò)報(bào)表生成PCB，Protel 99 SE還提供了非常強(qiáng)大的自動(dòng)布局與自動(dòng)布線(xiàn)功能，并且用戶(hù)有更多的選擇余地，例如，在自動(dòng)布局中有最短連線(xiàn)，最小板面積兩種布局方式，并且每種方式還有其他的參數(shù)選擇，在自動(dòng)布線(xiàn)上，Protel 99 SE 提供了布線(xiàn)規(guī)則的設(shè)置，可以設(shè)置布線(xiàn)的寬度、方向，布線(xiàn)的優(yōu)先級(jí)，布線(xiàn)速度與過(guò)孔數(shù)目之間的衡量等多種選項(xiàng)。</p><p>　　雖然通過(guò)Prot

23、el 99 SE的自動(dòng)布局和自動(dòng)布線(xiàn)功能十分方便，但在自動(dòng)布局方面有時(shí)并不十分理想，尤其是在涉及高頻的時(shí)候，在對(duì)元件的擺放有特別的限制，因此自動(dòng)布局的效果往往不是很好。因而一般以自動(dòng)布局為參考，要借用適當(dāng)?shù)氖止じ哪承┰臄[放位置的設(shè)計(jì)方式。</p><p>　　但是自動(dòng)布線(xiàn)之前，元器件的封裝設(shè)置一定要正確。封裝是很重要的步驟，元器件的封裝號(hào)可以在相應(yīng)的庫(kù)里找到，也可以在網(wǎng)上搜索，保證正確即可，否則在繪制PCB

24、圖的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)一些錯(cuò)誤，這是我們不愿意看到的。本設(shè)計(jì)中采用的元器件有電阻、電容、放大器、滑動(dòng)變阻等，相應(yīng)元器件的封裝號(hào)如下：</p><p>　　RES2：AXIAL0.3</p><p>　　CAP： RAD0.3</p><p>　　OPAMP：DIP14</p><p>　　RESISTOR TAPPED：VR3</p>

25、<p><b>　　NPN1：TO-5</b></p><p>　　3.2創(chuàng)建PCB文件</p><p>　　使用菜單File/New/PCB建立PCB文件，并命名為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器.PCBdoc。</p><p>　　圖3.1 建立PCB文件</p><p>　　圖3.2 PCB界面</p>&l

26、t;p>　　3.3函數(shù)信號(hào)發(fā)生器PCB圖</p><p>　　1.首先載入調(diào)制器的網(wǎng)絡(luò)表結(jié)果，執(zhí)行Design—>Load Netslist，結(jié)果如下：</p><p>　　圖3.3 網(wǎng)格表結(jié)果</p><p>　　2.網(wǎng)絡(luò)表通過(guò)后，可以進(jìn)行PCB圖的繪制，調(diào)幅器初始PCB圖如下所示：</p><p>　　圖3.4原件導(dǎo)入后界面&

27、lt;/p><p>　　3.為保證PCB圖的美觀、有序，我們可以手工調(diào)整對(duì)元器件進(jìn)行布局，并在Keep Out Layer下畫(huà)出底板。</p><p>　　圖3.5 手工調(diào)整后界面</p><p>　　4．完成手工調(diào)整后，執(zhí)行Auto RouteAll進(jìn)行自動(dòng)布線(xiàn)，結(jié)果如下圖所示：</p><p>　　圖3.6 執(zhí)行Auto RouteAll界面

28、 （1）</p><p>　　圖3.7執(zhí)行Auto RouteAll界面 （2）</p><p>　　圖3.8 自動(dòng)布局后圖</p><p><b>　　4.設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)歷時(shí)一個(gè)星期，使我對(duì)Protel軟件有了初步的了解，可以說(shuō)是收獲良多。Protel 99是目前 Protel電路繪

29、圖軟件的最新版本。Protel 99的各種文件是建立在后綴名為ddb的數(shù)據(jù)庫(kù)文件中的。我們可以新建一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)文件，在這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)文件中新建自己所有的原理圖、印版圖和庫(kù)文件；也可以新建不同的數(shù)據(jù)庫(kù)文件，在不同的數(shù)據(jù)庫(kù)文件中新建自己不同的原理圖、印版圖和庫(kù)文件。但是必須注意，原理圖文件和印版圖文件必須新建在同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)文件中的文件夾里，這樣才能更方便地應(yīng)用Protel 99的最大特點(diǎn)——原理圖和印版圖同步設(shè)計(jì)。</p><

30、p>　　由于Protel這個(gè)軟件以前沒(méi)有接觸過(guò)，在初接觸時(shí)非常的陌生。通過(guò)自己在圖書(shū)館查閱了許多關(guān)于Protel軟件訓(xùn)練的資料，從最初始的開(kāi)始，一點(diǎn)一點(diǎn)地摸索，漸漸地熟悉了關(guān)于Protel軟件使用的相關(guān)知識(shí)。我在自己學(xué)習(xí)和向同學(xué)請(qǐng)教的過(guò)程中，不斷地提高自己的動(dòng)手能力和學(xué)習(xí)能力。</p><p>　　通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，使我認(rèn)識(shí)到了理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性，只有理論是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有將理論與實(shí)際結(jié)合起來(lái)，從理論

31、中得到結(jié)果，從實(shí)際中證明結(jié)果，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手與獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了不少問(wèn)題，在問(wèn)題中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，并不斷通過(guò)各種方法來(lái)完善自理的開(kāi)方面的能力。</p><p>　　總體來(lái)說(shuō)，這次Protel軟件訓(xùn)練達(dá)到了完善自我，增長(zhǎng)理論知識(shí)，提高實(shí)際應(yīng)用的能力，對(duì)我今后的課程學(xué)習(xí)有很大的幫助。</p><p><b>　　5.參考文獻(xiàn)</b></

32、p><p>　　1.謝自美 主編《電子線(xiàn)路設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)》 華中科技大學(xué)出版社</p><p>　　2.康華光 主編《電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）》 高等教育出版社</p><p>　　3.徐麗萍 主編《電子綜合電路設(shè)計(jì)與安裝調(diào)制》 中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社</p><p>　　4.肖玲妮 主編《.Protel99SE印刷電路板設(shè)計(jì)教程》 北京清華