Protel課程設計函數(shù)信號發(fā)生器設計

1、課程設計任務書學生姓名： 專業(yè)班級： 指導教師： 工作單位： 信息工程學院 題 目: 函數(shù)信號發(fā)生器設計初始條件：protel dxp應用軟件；電容若干；電阻若干；lm348n，2個；2n3904，4個。要求完成的主要任務: 1、能夠完整的畫出電路圖；2、繪制相應電路原理圖的雙面印刷版圖pcb；3、對電路原理圖進行仿真，給出仿真結果；4、能夠產生多種波形，如三角波，矩形波，正弦波。時間安排：第1-18周，安排任務，并進行電路繪制，仿真；第19周完成（答辯，提交報告，演示）。指導教師簽名： 年 月 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日目 錄摘 要iabstractii1 設計準備11.1 課

2、題分析11.2 protel dxp 簡單介紹12 函數(shù)信號發(fā)生器原理圖設計32.1 整體電路原理32.2 方波-三角波電路32.3 三角波-正弦波的變換52.4 電路的設計72.4.1 準備畫圖72.4.2 定位元件和加載元件庫82.4.3 原理圖放置元件92.4.4 連接電路102.4.5 compile pcb project102.4.6 生成網(wǎng)絡表113 pcb板制作123.1 創(chuàng)建pcb文件123.2 導入器件133.3 元件的自動布局133.4 元件自動布線143.5 drc校驗154 電路仿真164.1 放置電源及信號源164.2 設置仿真參數(shù)164.3 查看仿真波形175 元

3、件清單186 小結與體會197 參考文獻20摘 要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，它具有原理圖設計、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，是進行電子設計最有用的軟件之一。protel dxp運行在優(yōu)化的設計瀏覽器平臺上，并且具備當今所有先進的設計特點，能夠處理各種復雜的pcb設計過程。通過設計輸入仿真、pcb繪制編輯、拓撲自動布線、信號完整性分析和設計輸出等技術融合，protel dxp提供了全面的設計解決方案。本次protel課程設計實現(xiàn)函數(shù)信號發(fā)生器的

4、原理圖繪制，pcb板圖制作，以及電路仿真。運用lm348n實現(xiàn)矩形波和三角波的輸出，再經(jīng)差分對管產生正余弦波形。關鍵詞：lm348n protel dxp 函數(shù)信號發(fā)生器abstractprotel design system is the worlds first set of eda environment will be introduced to the windows environment in the eda development tools, is a strong feature of the electronic design cad software, it has a

5、 schematic design, printed circuit board (pcb), schematic design level design , making statements, circuit emulation and logic device design, and other functions, is the conduct of electronic design one of the most useful software. protel dxp is the first all-in design tools and a board-level design

6、 system, electronic designers of the project module from the initial planning to final production data can be formed in accordance with their own design to achieve. protel dxp operation in optimizing the design of the browser platform, and have all of todays advanced design features, can handle comp

7、lex pcb design process. enter through the design simulation, pcb drawing editing, topology auto wiring, signal integrity analysis and design of output, and other technical integration, protel dxp provides a comprehensive design solution. the protel curriculum design function signal generator to achi

8、eve the principle of mapping, pcb board map production, and circuit emulation. lm348n use to achieve the rectangular wave and triangular wave output, and then by the differential pair is generated cosine wave tube.key words：lm348n protel dxp the principle of mapping函數(shù)信號發(fā)生器設計1 設計準備1.1 課題分析函數(shù)信號發(fā)生器一般是指

9、能自動產生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電壓或儀器。根據(jù)用途不同，有產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（如視頻信號函數(shù)發(fā)生器s101全部采用晶體管），也可以采用集成電路（如單片函數(shù)發(fā)生器模塊5g8038）。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(shù)發(fā)生器。1.2 protel dxp 簡單介紹 圖1-1 protel啟動界面到現(xiàn)在許多pcb工程師們也許還在使用protel99或者protel99se在他們所熟悉的編輯環(huán)境下進行pcb設計，他們都很有經(jīng)驗，能夠在protel9

10、9或protel99se上設計出一塊很棒的pcb。但有的時候他們甚至不相信軟件的智能化給他們帶來的巨大方便。于是許多pcb工程師根本不使用軟件帶有的強大的自動布線功能，因為即使重復布上幾百次都不能得到他們滿意的方案，或是調整的線太多還不如完全手工布線。這些都讓他們不愿意接受也不相信更新?lián)Q代了的人工智能能給他們的設計帶來什么巨大的方便，他們相信的只是他們多少年積累的經(jīng)驗。但實際上他們都很清楚當他們設計一塊多層高密度pcb所需要付出的代價是什么，同時他們也希望真的有那么一款軟件能讓他們的設計效率有極大的提高的pcb設計軟件。現(xiàn)在altium公司2004年最新產品protel 2004完全能滿足這方

11、面的要求。當然protel 2004面對的用戶不光是為了方便這些有多年經(jīng)驗的pcb工程師們。protel 2004同時還降低了制作pcb的門檻，通過短時間的培訓(即使是自學)，很短時間您都可以很快的制作一塊合格的pcb。1、電路原理圖的設計電路原理圖的設計主要是protel dxp原理圖設計系統(tǒng)來繪制一張電路原理圖。在這一過程中，要充分利用protel dxp所提供的各種原理繪圖工具、各種編輯功能，來實現(xiàn)我們的目的，即得到一張正確、精美的電路原理圖。2、產生網(wǎng)絡表網(wǎng)絡表是電路原理設計與印刷電路板設計之間的一座橋梁，它是電路板自動的靈魂。網(wǎng)絡表可以從電路原理圖中獲得，也可從印刷電路板中提取出來。

12、3、印刷電路板的設計印制電路板的設計主要是針對protel dxp的另外一個重要部分pcb而言的，在這個過程中，我們借助protel dxp提供的強大功能實現(xiàn)電路板的版面設計，完成功難度的工作等。4、電路的仿真protel dxp提供了仿真功能，我們在設計完電路后可以對電路進行一定的仿真。2 函數(shù)信號發(fā)生器原理圖設計2.1 整體電路原理函數(shù)信號發(fā)生器是一種能能夠產生多種波形,如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號發(fā)生器。函數(shù)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(xiàn)在我們通過對函數(shù)信號發(fā)生器的原理以及構成設計一個能變換出三角波、正弦波、方波的簡易發(fā)生器。圖2

13、-1 函數(shù)信號發(fā)生器框圖2.2 方波-三角波電路圖2-2所示為產生方波-三角波電路。工作原理如下：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，可加速比較器的翻轉。圖2-2 方波-三角波產生電路由圖2-2分析可知比較器有兩個門限電壓：運放a2與r4、rp2、c2及r5組成反相積分器，其輸入信號為方波uo1時，則輸出積分器的電壓為：當uo1=+vcc時：當uo1=-vee時：可見積分器輸入方波時，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2-3所示。圖2-3 方波-三角波波形a點閉合，即比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，則自動產生方波-三角波。

14、三角波的幅度為： 方波-三角波的頻率為：由上分析可知：電位器rp2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。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(xiàn)幅度上午微調，但會影響波形的頻率。2.3 三角波-正弦波的變換三角波正弦波的變換主要有差分放大器來完成。差分放大器具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高、抗干擾能力強等優(yōu)點。特別是做直流放大器時，可以有效的抑制零點漂移，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2-4所示。圖2-4 三角波正弦波的變換原理1：傳輸特性曲線越對稱，線性區(qū)越窄越

15、好；2：三角波的幅度um應正好使晶體管接近飽和區(qū)或截止區(qū)。圖2-5為三角波正弦波的變換的電路。其中rp1調節(jié)三極管的幅度，rp2調整電路的對稱性，其并聯(lián)電阻re2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。圖2-5 三角波正弦波變換電路整個設計電路采用如圖所示。其中運算放大器a1、a2用一只雙運放a747，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12v。2）計算元件參數(shù)比較器a1與積分器a2的元件參數(shù)計算如下：由于因此取r3=10k,則r3+rp1=30 k，取r3=2

16、0k, rp1為47 k的電位器。取平衡電阻r1=r2/（r3+rp1）10 k。因為當1hzf10hz時，取c2=10f，則r4+rp2=（757.5）k，取5.1 k，rp2為100 k電位器。當 19hzf100hz，取c2=1f以實現(xiàn)頻率波段的轉換，r4、rp2的值不變。取平衡電阻r5=10 k。三角波正弦波變換電路的參數(shù)選擇原則是：隔直電容c3、c4、c5要取得大，因為輸出頻率較低，取c3=c4=c5=470f，濾波電容c6一般為幾十皮法至0.1f。re2=100與rp4=100，相并聯(lián)，以減少差分放大器的線性區(qū)。差分放大器的靜態(tài)工作點可通過觀測傳輸特性曲線，調整rp4及電阻r*確定

17、。2.4 電路的設計2.4.1 準備畫圖（1）.啟動protel dxp 2004a 從windows操作系統(tǒng)的開始菜單或桌面快捷圖標進入protel dxp 2004環(huán)境。b 使用菜單file/new/pcbproject建立新工程文件。在側欄中可對其save as 并且重命名為hanshu.pcbprj。c 使用菜單file/new，在下拉菜單選擇schematic，建立新原理圖文件。d 一個名為sheet1.schdoc的原理圖圖紙出現(xiàn)在設計窗口中，并且原理圖文件夾也自動地添加（連接）到項目。這個原理圖圖紙現(xiàn)在列表在projects標簽中的緊挨著項目名下的schematic sheets

18、文件夾下。同樣方法重命名為hanshu.schdoc。設置畫圖環(huán)境使用菜單design/document option，在如圖2-6所示的窗口中設置圖紙尺寸、柵格等內容。圖2-6 document option對話框原理圖參數(shù)設置：（1）從菜單選擇tools preferences打開原理圖參數(shù)對話框。這個對話框允許你設置全部參數(shù)，這些將應用到你將繼續(xù)工作的所有原理圖圖紙。（2）點擊default primitives標簽以使其為當前，勾選permanent。點擊ok按鈕關閉對話框。（3）在你開始繪制原理圖之前，保存這個原理圖圖紙，因此選擇file save。圖2-7 preferences對

19、話框2.4.2 定位元件和加載元件庫（1）點擊libraries標簽顯示庫工作區(qū)面板。（2）在庫面板中按下search按鈕，或選擇tools find component。這將打開查找?guī)鞂υ捒?。?）確認scope被設置為libraries on path，并且path區(qū)含有指向你的庫的正確路徑。如果你接受安裝過程中的默認目錄，路徑中會顯示c:program filesaltiumlibrary。確認include subdirectories未被選擇（未被勾選）。（4）本函數(shù)發(fā)生器中的運放ua747查找所有與有關的，所以在search criteria單元的name文本框內鍵入*747*。圖

20、2-8 元件查找對話框（1）點擊search按鈕開始查找。當查找進行時results標簽將顯示。如果你輸入的規(guī)則正確，一個庫將被找到并顯示在查找?guī)鞂υ捒?。?）點擊miscellaneous devices.intlib庫以選擇它。（3）點擊install library按鈕使這個庫在你的原理圖中可用。（4）關閉search libraries對話框。添加的庫將顯示在庫面板的頂總。如果你點擊上面列表中的庫名，庫中的元件會在下面列表。面板中的元件過濾器可以用來在一個庫內快速定位一個元件。同樣方法找出所需元件。2.4.3 原理圖放置元件（1）電容、電阻等常用元件也在miscellaneous de

21、vices.intlib庫里，該應該已經(jīng)在libraries面板中被選擇。（2）在libraries面板的元件過濾器欄鍵入cap或res。（3）在元件列表中點擊元件選擇它，然后點擊place按鈕。現(xiàn)在在你的光標上懸浮著一個電容符號。（4）按tab鍵編輯電容的屬性。在component properties對話框的properties單元，設置designator，檢查pcb封裝模型。（5）規(guī)則欄的設置將顯示在原理圖中。點擊規(guī)則列表中的add顯示parameter properties對話框。輸入名稱value以及值20n。確認string作為規(guī)則類型被選擇，并且value的visible框被勾

22、選。點擊ok。（6）在對話框的properties單元，點擊comment欄并從下拉列表中選擇=value，將visible關閉。點擊ok按鈕返回放置模式。右擊或按esc退出放置模式。2.4.4 連接電路連線起著在你的電路中的各種元件之間建立連接的作用。（1）從菜單選擇place wire或從wiring tools工具欄點擊wire工具進入連線模式。光標將變?yōu)槭中螤?。?）將光標放在元件一端。當你放對位置時，一個紅色的連接標記會出現(xiàn)在光標處。這表示光標在元件的一個電氣連接點上。（3）左擊或按enter固定第一個導線點。移動光標你會看見一根導線從光標處延伸到固定點。（4）將光標稱到q1的基極

23、上，你會看見光標變?yōu)橐粋€紅色連接標記。左擊或按enter連接到q1的基極。（5）完成這部分導線的放置。注意光標仍然為十字形狀，表示你準備放置其它導線。要完全退出放置模式恢復箭頭光標，你應該再一次右擊或按esc。2.4.5 compile pcb project制作編輯一個項目就是在設計文檔中檢查草圖和電氣規(guī)則錯誤并將你置于一個調試環(huán)境。在options for project 對話框中對error checking和connection matrix標簽中的規(guī)則進行了設置。（1）選擇project compile pcb project。（2）當項目被編輯時，任何已經(jīng)啟動的錯誤均將顯示在設計窗

24、口下部的messages面板中。被編輯的文件會與同級的文件、元件和列出的網(wǎng)絡以及一個能瀏覽的連接模型一起列表在compiled面板中。如果你的電路繪制正確，messages面板應該是空白的。如果報告給出錯誤，則檢查你的電路并確認所有的導線和連接是正確的。圖2-9 整體電路原理圖2.4.6 生成網(wǎng)絡表網(wǎng)絡表中主要內容分為兩部分，一部分是各元件的屬性參數(shù)，以方括號作為開頭和結尾；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尾，圖2-10 網(wǎng)絡表3 pcb板制作3.1 創(chuàng)建pcb文件使用菜單file/new/pcb建立pcb文件。在側欄中可對其save as 并且重命名為函數(shù)信號發(fā)生器.p

25、cbdoc。如圖3-3所示。圖3-1 新建pcb文件在pcb文件中，place/line畫下方框，如圖3-2。圖3-2 pcb置線3.2 導入器件（1）菜單degsin/import changes from .（2）彈出的對話框下方的按鈕，則在status欄的check列中可以查看裝入的元件是否正確，如果正確的話，會有標志，確定所有元件封裝和網(wǎng)絡都正確以后，單擊按鈕，再單擊按鈕，這時網(wǎng)絡表和元件已經(jīng)裝載到pcb文件中。裝好元件和網(wǎng)絡表后，既要開始元件的布局工作，在dxp下可以有手動和自動兩種方式來布局，這里先采用自動布局，然后手動調整的方式。完成布局工作，就要開始自動布線。選擇auto ro

26、ute/all命令，彈出如圖3-5所示的對話框。圖3-3 元件導入圖3-4 元件導入后界面3.3 元件的自動布局在pcb文件的界面下，執(zhí)行菜單命令tools/auto placement/auto place，選擇上面一個選項，集群放置。圖3-6的對話框。圖3-5 元件自動放置自動布局后并進行調整，可得到圖：圖3-6 自動布局后圖3.4 元件自動布線執(zhí)行auto route/all后開始自動布線。圖3-7 執(zhí)行自動布線自動布線后并進行調整，可得到圖：圖3-8 自動布線后土3.5 drc校驗圖3-9 drc校驗圖可看到rule violations全為0，即符合要求。4 電路仿真4.1 放置電源

27、及信號源圖4-1 放置電源信號源4.2 設置仿真參數(shù)執(zhí)行菜單命令：設計-仿真-mixed sim彈出如圖4-3所示的對話框。選中工作點分析（operation point analysis）和暫態(tài)分析（transient anlysis）。選擇要觀察的net，以及時間進行設置。圖4-2 仿真步驟4.3 查看仿真波形圖4-3 仿真波形圖4-3為較滿意的波形，vo1輸出為矩形波，vo2為三角波輸出，vo3為正弦波輸出。電路仿真成功驗證了電路原理的設計。5 元件清單表5-1 元件清單圖descriptiondesignatorfootprintlibrefquantityvoltage source

28、12vnegvsrc1voltage source12vposvsrc1capacitorc1rad-0.3cap1capacitorc2rad-0.3cap1capacitorc3rad-0.3cap1capacitorc4rad-0.3cap1capacitorc5rad-0.3cap1npn general purpose amplifierq1bcy-w3/e42n39041npn general purpose amplifierq2bcy-w3/e42n39041npn general purpose amplifierq3bcy-w3/e42n39041npn general p

29、urpose amplifierq4bcy-w3/e42n39041resistorr1axial-0.4res21resistorr2axial-0.4res21resistorr3axial-0.4res21resistorr4axial-0.4res21resistorr5axial-0.4res21tapped resistorr6vr3res tap1resistorr7axial-0.4res21resistorr8axial-0.4res21resistorr9axial-0.4res21tapped resistorr10vr3res tap1resistorr11axial-0.4res21resistorr12axial-0.4res21resistorr13axial-0.4res21resistorr14axial-0.4res21resistorr15axial-0.4res21resistorr16axial-0.4res21four ua741 quad bipolar