protel軟件課程設計--函數信號發(fā)生器設計

1、<p><b>　　課程設計任務書</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　Protel設計系統(tǒng)是世界上第一套將EDA環(huán)境引入到Windows環(huán)境中的EDA開發(fā)工具，是具有強大功能的電子設計CAD軟件，它具有原理設計、印刷電路板（PCB）、設計層次原理圖設計、報表制作、電路仿真以及邏輯器件設計等功能，是進

2、行電子設計最有用的軟件設計之一。</p><p>　　函數信號發(fā)生器一般是指能自動產生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形或儀器。根據用途不同，有產生三種或多種波形的函數發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件，也可以采用集成電路。為進一步掌握電路的基本理論及實驗調試技術，本課題要求設計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-正弦波函數信號發(fā)生器。</p><p>　　

3、本次protel課程設計實現函數信號發(fā)生器設計，用Protel軟件設計實驗電路，并繪制出PCB電路板，根據電路圖對設計進行制作，最后進行調試測試。通過對Protel軟件的學習與應用，加深對相關原理的理解，并對protel軟件有初步的認識和一定的操作能力，并根據通信電子線路所學的知識，運用所學理論和方法進行一次綜合性設計訓練，從而培養(yǎng)獨立分析問題和解決問題的能力。</p><p>　　關鍵字：Protel 、PCB

4、、集成運放、晶體管差分放大器、函數信號發(fā)生器</p><p>　　1函數信號發(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設計電路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板的設計11<

6、/p><p>　　3.1元器件的布線和封裝說明11</p><p>　　3.2創(chuàng)建PCB文件12</p><p>　　3.3函數信號發(fā)生器PCB圖13</p><p><b>　　4 設計總結16</b></p><p><b>　　5 參考文獻17</b></p

7、><p>　　1.函數信號發(fā)生器原理分析</p><p><b>　　1.1整體電路分析</b></p><p>　　函數信號發(fā)生器是一種能夠產生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路。函數信號發(fā)生器在電路實驗和設備檢測中具有十分廣泛的用途?，F在通過對函數信號發(fā)生器的原理以及構成設計一個能變換出方波、三角波、正弦波的建議發(fā)生器。

8、</p><p>　　圖1.1 函數信號發(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所示為產生方波-三角波電路。原理如下：若a點短開，運算放大器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。</p><p>　　圖1.2 方波-三角波產生電路</p><p>　　由圖1.2分析可知比較器有兩個門線電壓：</p><p>　　運算放大器A2與R4、RP2、C2及組成反向積分器，其輸出信號為方波Uo1時，則積分器的電壓為：</p><p>　　當Uo1=+Vcc時：</p><p><b>　　

10、當Uo1=-Vee</b></p><p>　　可見積分器輸出方波時，輸出是一個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點閉合，即比較器與積分器首尾相連，形成閉合電路，則自動產生方波-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在調整方波-三角波的輸出頻率時，不會影響輸出波形的幅度。</p><p>　　⑵方波的輸出幅度應等于電源電壓。三角波的輸出幅度應不超過電源電壓。電位器RP1可實現幅度上的微調，但會影響波形的頻率。</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穩(wěn)定、輸入阻抗高、抗干擾能力強等優(yōu)點。特別是做直流放大器時，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的非線性。其非線性及變換原理如圖1.4所示。</p><p>　　圖1.4 三角波-正弦波的轉換原理</p>

13、<p>　　傳輸特性曲線對稱，線性區(qū)越窄越好；</p><p>　　三角波的幅度Um應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調節(jié)三極管的幅度，RP2調整電路的對稱性，其并聯電阻RES用來減少差分放大器的線性區(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>　　整個設計電路采用如圖所示電路。其中運算放大器A1、A2用一只雙運放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管BG319或雙三極管S3DG6等。取電源電壓為正負12V。</p><p><b>　　計算元件參數：</b></p><p>　　比較A1與積

15、分器A2的元件參數如下：</p><p><b>　　由于</b></p><p><b>　　因此</b></p><p><b>　　因為 </b></p><p>　　2.利用Protel設計電路</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單。首先要新建一個工程，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行仿真以及PCB板制作的基礎，新建工程的類型選擇為PCB project。具體繪制步驟如下：</p><p>　　1.從Windows操作系統(tǒng)的開始菜單或桌面圖標進入Protel 99 SE 環(huán)境。如圖2.1。</p>&

17、lt;p>　　圖2.1 Protel 99 SE開啟界面</p><p>　　2.使用菜單File/New,建立工程并命名為函數信號發(fā)生器設計.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文件并命名為函數信號發(fā)生器

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

19、gt;<p>　　圖2.7 添加元件庫</p><p>　　2.2繪制原理電路圖</p><p>　　1．繪制調制原理電路圖。在繪制原理電路圖的時候，注意設置元器件的網絡號、封裝號和相關參數值。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，需要對電器規(guī)則進行檢查。點擊To

20、ols?ERC，進行電氣規(guī)則檢查(ERC)。相關結果如下所示：</p><p>　　圖2.9 電路原理圖ERC結果</p><p>　　3．執(zhí)行DesignCreate Netlist命令，生成網格圖。</p><p>　　圖2.10 生成網格圖</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板的設計</b></p><p>　　3.1元器件的布線和封裝說明</p><p>　　電氣規(guī)則檢查無誤后，點擊Design---->Update PCB,進行相應的封裝和布線。Protel 99 SE提供了非常強大的PCB

22、電路板的繪制功能，可以通過原理圖直接經網絡報表生成PCB，Protel 99 SE還提供了非常強大的自動布局與自動布線功能，并且用戶有更多的選擇余地，例如，在自動布局中有最短連線，最小板面積兩種布局方式，并且每種方式還有其他的參數選擇，在自動布線上，Protel 99 SE 提供了布線規(guī)則的設置，可以設置布線的寬度、方向，布線的優(yōu)先級，布線速度與過孔數目之間的衡量等多種選項。</p><p>　　雖然通過Prot

23、el 99 SE的自動布局和自動布線功能十分方便，但在自動布局方面有時并不十分理想，尤其是在涉及高頻的時候，在對元件的擺放有特別的限制，因此自動布局的效果往往不是很好。因而一般以自動布局為參考，要借用適當的手工更改某些元件的擺放位置的設計方式。</p><p>　　但是自動布線之前，元器件的封裝設置一定要正確。封裝是很重要的步驟，元器件的封裝號可以在相應的庫里找到，也可以在網上搜索，保證正確即可，否則在繪制PCB

24、圖的時候會出現一些錯誤，這是我們不愿意看到的。本設計中采用的元器件有電阻、電容、放大器、滑動變阻等，相應元器件的封裝號如下：</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，并命名為函數信號發(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函數信號發(fā)生器PCB圖</p><p>　　1.首先載入調制器的網絡表結果，執(zhí)行Design—>Load Netslist，結果如下：</p><p>　　圖3.3 網格表結果</p><p>　　2.網絡表通過后，可以進行PCB圖的繪制，調幅器初始PCB圖如下所示：</p><p>　　圖3.4原件導入后界面&

27、lt;/p><p>　　3.為保證PCB圖的美觀、有序，我們可以手工調整對元器件進行布局，并在Keep Out Layer下畫出底板。</p><p>　　圖3.5 手工調整后界面</p><p>　　4．完成手工調整后，執(zhí)行Auto RouteAll進行自動布線，結果如下圖所示：</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 自動布局后圖</p><p><b>　　4.設計總結</b></p><p>　　這次課程設計歷時一個星期，使我對Protel軟件有了初步的了解，可以說是收獲良多。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的數據庫文件中的。我們可以新建一個數據庫文件，在這個數據庫文件中新建自己所有的原理圖、印版圖和庫文件；也可以新建不同的數據庫文件，在不同的數據庫文件中新建自己不同的原理圖、印版圖和庫文件。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數據庫文件中的文件夾里，這樣才能更方便地應用Protel 99的最大特點——原理圖和印版圖同步設計。</p><

30、p>　　由于Protel這個軟件以前沒有接觸過，在初接觸時非常的陌生。通過自己在圖書館查閱了許多關于Protel軟件訓練的資料，從最初始的開始，一點一點地摸索，漸漸地熟悉了關于Protel軟件使用的相關知識。我在自己學習和向同學請教的過程中，不斷地提高自己的動手能力和學習能力。</p><p>　　通過這次課程設計，使我認識到了理論與實際相結合的重要性，只有理論是遠遠不夠的，只有將理論與實際結合起來，從理論

31、中得到結果，從實際中證明結果，從而提高自己的實際動手與獨立思考的能力。在設計過程中遇到了不少問題，在問題中發(fā)現了自己的不足之處，并不斷通過各種方法來完善自理的開方面的能力。</p><p>　　總體來說，這次Protel軟件訓練達到了完善自我，增長理論知識，提高實際應用的能力，對我今后的課程學習有很大的幫助。</p><p><b>　　5.參考文獻</b></

32、p><p>　　1.謝自美 主編《電子線路設計，實驗，設計》 華中科技大學出版社</p><p>　　2.康華光 主編《電子技術基礎（模擬部分）》 高等教育出版社</p><p>　　3.徐麗萍 主編《電子綜合電路設計與安裝調制》 中國勞動社會保障出版社</p><p>　　4.肖玲妮 主編《.Protel99SE印刷電路板設計教程》 北京清華