電子線路cad課程設(shè)計(jì)---信號(hào)源的設(shè)計(jì)與制作

1、<p><b>　　電子線路CAD</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題 目： 信號(hào)源的設(shè)計(jì)與制作 </p><p>　　院（系、部）： </p><p>　　學(xué) 生 姓 名：

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

3、3;························3</p><p>　　1、課程設(shè)計(jì)的目的及要求······&#

4、183;····················3</p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)目的··········

5、3;························3</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)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(shè)置畫(huà)圖環(huán)境·················

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

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(luò)表···················

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

21、;················9</p><p>　　5.3 導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)報(bào)表至PCB··············&

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

23、183;·············11</p><p>　　5.5自動(dòng)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(huì)···································

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

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(dāng)之無(wú)愧的排在眾多的EDA軟件的前面。是電子設(shè)計(jì)者的首選軟件，它具有原理圖設(shè)計(jì)、印制電路板（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的設(shè)計(jì)等功能，國(guó)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(jí)全方位電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)。Altium Designer 是業(yè)界首例將設(shè)計(jì)流程、集成化PCB的設(shè)計(jì)、可編程邏輯器件設(shè)計(jì)和基于處理器設(shè)計(jì)的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)功能整合在一起的產(chǎn)品，一種同時(shí)進(jìn)行PCB和FPGA設(shè)計(jì)以及嵌入式設(shè)計(jì)的解決方案，具有將設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的原理圖繪制，PCB版圖

34、制作，以及電路的仿真。運(yùn)行運(yùn)放構(gòu)成的比較器和積分器實(shí)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(hào)源 仿真</p><p>　　1 課程設(shè)計(jì)的目的及要求</p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　1、對(duì)電路、模電、數(shù)電等基礎(chǔ)知識(shí)

35、的掌握，對(duì)Protel 99se軟件的熟練使用</p><p>　　2、培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計(jì)和實(shí)踐能力。</p><p><b>　　1.2 設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1、繪制信號(hào)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(luò)報(bào)表*.NET和原件清單*.XLS</p&g

36、t;<p>　　3、繪制相應(yīng)電路的單面印刷版圖*.Pcb并進(jìn)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(dòng)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(jìn)一步掌握電路的基本理論及實(shí)驗(yàn)調(diào)試技術(shù)，本課題采用由集成運(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)發(fā)生器的設(shè)計(jì)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(guò)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?。本課題采用先產(chǎn)生方波—三角波，再將三角波變換成正弦波的電路設(shè)計(jì)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(lái)完成。差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器時(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(luò)，通過(guò)RC充、放電實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。設(shè)某一時(shí)刻輸出電壓Uo=+Uz,則同相輸入端電位Up=+UT。Uo通過(guò)R3對(duì)電容C正向充電。反相輸入端電位n隨時(shí)間t的增長(zhǎng)而逐漸增高，當(dāng)t趨于無(wú)窮時(shí)，Un趨于+Uz；但是，一旦Un=+Ut后再稍增大，Uo就會(huì)從+Uz躍變?yōu)?Uz,與此同時(shí)Up從+Ut躍變?yōu)?Ut。隨后，Uo又通過(guò)R3

41、對(duì)電容C反向充電。Un隨時(shí)間逐漸增長(zhǎng)而減低，當(dāng)t趨于無(wú)窮大時(shí)，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(kāi)始正相充電。上述過(guò)程周而復(fù)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(shí)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龋部梢愿淖冋袷庮l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(lái)完成，電路圖如圖所示。</p><p>　　差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器，可以有效的抑

44、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的傳輸特性曲線的非線性，波形變換過(guò)程如圖所示。由圖可以看出，傳輸特性曲線越對(duì)稱，線性區(qū)域越窄越好;三角波的幅度Uim應(yīng)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(shí)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(shè)置畫(huà)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(shè)置圖紙尺寸、柵格等內(nèi)容。還可以在菜單選擇Tools » SchematicPreferences打開(kāi)原理圖參數(shù)對(duì)話框進(jìn)行設(shè)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(kù)

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(luò)表</b></p><p><b>　　·· </b></p><p>　　圖5.1 網(wǎng)絡(luò)報(bào)表（部分）</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)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(hào)作為開(kāi)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(hào)作為開(kāi)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(huà)出版圖，注意此時(shí)要點(diǎn)到Keep-OutLayer再開(kāi)始畫(huà)線，畫(huà)出為粉色。然后畫(huà)Top Layer，稍微比布局層大一點(diǎn)，畫(huà)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(yè)面，再選擇Printed Circuit Board Wizard圖標(biāo)，就進(jìn)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(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)報(bào)表至PCB</p><p>　　在PCB文件里面選擇菜單Design/Load nets…命令，然后點(diǎn)Browse，選擇網(wǎng)絡(luò)報(bào)表.NET文件，加載網(wǎng)絡(luò)表，加載結(jié)果如下圖。</p><p>　　圖5.3 加載網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行排版，布局，讓看起來(lái)比較美觀。</p><p><b>　　圖5.4 手動(dòng)布局</b></p><p><b>　　5.5 自動(dòng)布線</b></p><p&g

52、t;　　在Auto Route下可以有手動(dòng)和自動(dòng)兩種方式來(lái)布局，由于手動(dòng)布局太復(fù)雜，這里采用自動(dòng)布局的方式。在PCB1.PCB編輯器中，Design/Rules設(shè)置PCB板設(shè)計(jì)規(guī)則。</p><p>　　元件放置在頂層設(shè)置：Placement→Permitted Layers Rule→勾選Toplayer</p><p>　　在底層布線設(shè)置：Routing Layers→Toplayer

53、選Not Used→Bottomlayer選Any</p><p>　　設(shè)置好之后執(zhí)行Auto Route后開(kāi)始自動(dòng)布線。布線后見(jiàn)圖。</p><p><b>　　圖5.5 自動(dòng)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(kù)里的原件，將原件參數(shù)設(shè)置好之后便可進(jìn)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(yùn)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(yùn)放作為電壓比較器的門(mén)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(diǎn)，則可出現(xiàn)圖7.2.3較真實(shí)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(guò)使用Protel 99se軟件對(duì)函

57、數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與仿真，我深刻認(rèn)識(shí)到了實(shí)踐的重要性。許多東西在書(shū)上看起來(lái)很簡(jiǎn)單，但在實(shí)際操作時(shí)不那么容易，比如對(duì)工具軟件的使用。通過(guò)本次課設(shè)對(duì)于電路仿真軟件有了系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，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(shí)際動(dòng)手操作能力，掌握了新的技能，也明白學(xué)校安排這個(gè)課程設(shè)計(jì)的原因。本次課設(shè)更接近與實(shí)際的設(shè)計(jì)，學(xué)校在有意的培養(yǎng)我們是我們能夠更有競(jìng)爭(zhēng)力。

58、真正使我們能在現(xiàn)實(shí)社會(huì)中掌握真本領(lǐng)，有立足之地。</p><p>　　在整個(gè)電路繪制到PCB制作再到仿真，我個(gè)人感覺(jué)仿真部分是最難的，本次軟件使用中，前四五次的仿真都無(wú)法出現(xiàn)。后來(lái)通過(guò)使用一個(gè)電容產(chǎn)生自激后才有波形的顯現(xiàn)，可能這個(gè)軟件的仿真是十分理想的電路狀況。當(dāng)出現(xiàn)問(wèn)題并想方設(shè)法去解決的時(shí)候才是真正考驗(yàn)人的時(shí)候，需要你去查找去找新的知識(shí)，在這個(gè)過(guò)程中無(wú)疑又增進(jìn)了自己對(duì)軟件的認(rèn)識(shí)與知識(shí)的掌握。</p>

59、<p>　　通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我第一次比較獨(dú)立的完成了對(duì)一個(gè)工具軟件的從學(xué)習(xí)到使用的整個(gè)過(guò)程，可以想象在實(shí)際電路的設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)是怎樣的情形。對(duì)于Protel 99se這個(gè)軟件的強(qiáng)大功能有了深刻的了解。當(dāng)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(shí)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(shí)現(xiàn)了應(yīng)有的功能，感覺(jué)有很大的收獲。</p><p><b>　　9 參考文獻(xiàn)<

60、/b></p><p>　　[1]袁鵬平，何志剛，羅開(kāi)玉.Altium Designer6 電路圖和PCB板的設(shè)計(jì)[M].化學(xué)工業(yè)出版社</p><p>　　[2]劉曉偉，劉宇，溫培和. Altium Designer6 電路設(shè)計(jì)實(shí)用教程[M].電子工業(yè)出版社</p><p>　　[3]伍時(shí)和.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].清華大學(xué)出版社</p>&l