proteus課程設計

1、課程設計任務書學生姓名： 專業(yè)班級： 電子1102班 指導教師： 工作單位： 信息工程學院 題 目: 方波發(fā)生電路初始條件：計算機、Proteus軟件、Cadence軟件要求完成的主要任務: （包括課程設計工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、課程設計工作量：1.5周2、技術(shù)要求：（1）學習Proteus軟件和Cadence軟件。（2）設計一個方波發(fā)生電路。（3）利用Cadence軟件對該電路設計原理圖并進行PCB制版，用Proteus軟件對該電路進行仿真。3、查閱至少5篇參考文獻。按要求撰寫設計報告書。全文用A4紙打印，圖紙應符合繪圖規(guī)范。時間安排：2015.1.12做課設具體實

2、施安排和課設報告格式要求說明。2015.1.12-1.15學習Proteus軟件和Cadence軟件，查閱相關資料，復習所設計內(nèi)容的基本理論知識。2015.1.16-1.20對方波發(fā)生電路進行設計仿真工作，完成課設報告的撰寫。2015.1.21 提交課程設計報告，進行答辯。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緒論12方案論證23利用Proteus軟件進行電路設計及仿真54利用Cadence軟件進行電路設計及PCB繪制84.1電路原理圖設計8 4.2 PCB設計95心得體會12參考文獻13武漢理工大學Proteus及Cadence實訓課

3、程設計說明書摘要方波是一種非正弦曲線的波形，方波的頻率成分非常豐富，含有大量的諧波，有頻率、周期、幅度、占空比等技術(shù)指標，能夠產(chǎn)生方波的電路結(jié)構(gòu)稱為方波發(fā)生器，方波發(fā)生器常稱為多諧振蕩器。本文首先分析了常見方波發(fā)生電路的原理以及優(yōu)缺點，緊接著選擇了一種適用于設計任務的方案，然后利用Proteus軟件進行電路原理圖的繪制以及仿真分析，最后利用Cadence軟件進行了電路原理圖設計和PCB設計，完成本次方波發(fā)生電路的設計任務。關鍵字：方波；Proteus；Cadence；頻率AbstractSquare wave is a kind of non sinusoidal wave, square w

4、ave frequency components are abundant, contains a lot of harmonic, frequency, cycle, amplitude, duty cycle and other technical indicators, can produce square wave circuit structure called a square wave generator, square wave generator is often referred to as a multivibrator. At first, this paper ana

5、lyzes the common principle of square wave generator circuit as well as the advantages and disadvantages, followed by the selection of a suitable for design scheme, then using Proteus software of circuit principle diagram and simulation analysis, finally using Cadence software to design the circuit p

6、rinciple diagram and PCB design, completed the design task of the square wave generator.Key words: square wave;Proteus;Cadence;frequency1緒論方波是一種非正弦曲線的波形，方波發(fā)生器的應用非常廣泛，廣泛應用于各種電子電路、信號處理和控制系統(tǒng)中，特別是數(shù)字電路，幾乎離不開方波。矩形脈沖信號是數(shù)字邏輯電路的工作信號，所有的數(shù)字形式都是靠矩形脈沖信號進行傳送的，同時在數(shù)字電路中常用矩形脈沖信號時間周期作為定時脈沖和計時脈沖信號。Proteus軟件是英國Lab Cent

7、er Electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Kei

8、l和MPLAB等多種編譯器。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設計開發(fā)環(huán)境。用戶甚至可以實時采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。Cadence Design Systems是一個專門從事電子設計自動化（EDA）的軟件公司，由SDA Systems和ECAD兩家公司于1988年兼并而成。是全球最大的電子設計技術(shù)(Electronic Design Technologies)、程序方案服務和設計服務供應商。其解決方案旨

9、在提升和監(jiān)控半導體、計算機系統(tǒng)、網(wǎng)絡工程和電信設備、消費電子產(chǎn)品以及其它各類型電子產(chǎn)品的設計。Cadence Allegro系統(tǒng)互連平臺能夠跨集成電路、封裝和PCB協(xié)同設計高性能互連。應用平臺的協(xié)同設計方法，工程師可以迅速優(yōu)化I/O緩沖器之間和跨集成電路、封裝和PCB的系統(tǒng)互聯(lián)。該方法能避免硬件返工并降低硬件成本和縮短設計周期。約束驅(qū)動的Allegro流程包括高級功能用于設計捕捉、信號完整性和物理實現(xiàn)。由于它還得到Cadence Encounter與Virtuoso平臺的支持，Allegro協(xié)同設計方法使得高效的設計鏈協(xié)同成為現(xiàn)實。2方案論證方案一：利用施密特觸發(fā)器，再加上少量的電阻、電容元件

10、，如圖2.1所示，即遲滯比較器構(gòu)成的方波發(fā)生器。圖2.1 遲滯比較器構(gòu)成的方波發(fā)生器該發(fā)生器具有正反饋和負反饋，其中電路的正反饋系數(shù)為 （1）在接通電源的瞬間，輸出電壓究竟是正向飽和還是負向飽和，這是隨機的。它是通過電阻和電容充放電進而引起輸出電壓翻轉(zhuǎn)的，假設初始輸出電壓為負向飽和，而加于反向端的電壓由于電容器上的電壓不能突變，只能由輸出電壓通過負反饋電阻向電容充電來建立，當Vn愈來愈負，低于Vp時，則輸出電壓立即從負飽和值迅速翻轉(zhuǎn)到正飽和值，輸出電壓從正的飽和值翻轉(zhuǎn)到負飽和值同理可得，只不過是Vn愈來愈正，高于Vp時可以實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，如此不斷循環(huán)下去，則可以形成方波輸出。根據(jù)一階RC電路的三要素

11、法，輸出高電平的時間間隔 （2）同理，輸出低電平的時間間隔等于輸出高電平的時間間隔。則方波的周期為 （3）方案二：利用DDS技術(shù)進行方波發(fā)生器的設計，芯片選用AD9850。AD9850是AD公司生產(chǎn)的最高時鐘為125 MHz、采用先進的CMOS技術(shù)的直接頻率合成器，主要由可編程DDS系統(tǒng)、高性能數(shù)模變換器（DAC）和高速比較器3部分構(gòu)成，能實現(xiàn)全數(shù)字編程控制的頻率合成。AD9850內(nèi)含可編程DDS 系統(tǒng)和高速比較器，可實現(xiàn)全數(shù)字編程控制的頻率合成。可編程DDS系統(tǒng)的核心是相位累加器，由一個加法器和一個N位相位寄存器組成，N 一般為2432。每來一個外部參考時鐘，相位寄存器便以步長M遞加。相位寄

12、存器的輸出與相位控制字相加后可輸入到正弦查詢表地址上。正弦查詢表包含一個正弦波周期的數(shù)字幅度信息，每一個地址對應正弦波中0°360°范圍的一個相位點。查詢表把輸入地址的相位信息映射成正弦波幅度信號，然后驅(qū)動DAC 輸出模擬量，再通過內(nèi)部高速比較器便可形成方波發(fā)生器。方案三：利用555定時器構(gòu)成方波發(fā)生器。555定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。555 定時器的內(nèi)部電路框圖如圖2.2所示。圖2.2 555定時器內(nèi)部電路框

13、圖利用555定時器構(gòu)成的方波發(fā)生器如圖2.3所示。從電路的連接來講，也是將555定時器接成施密特觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)，即將2、6端并聯(lián)，再與RC構(gòu)成的充放電電路的串聯(lián)點連接，將7端接到接到放電點。圖2.3 555定時器構(gòu)成的方波發(fā)生器當電路與電源接通瞬間，C兩端沒有存儲電荷，兩端的電壓為零，555定時器的2，6端輸入電壓為零，即出現(xiàn)6端輸入電壓小于2/3Vcc，2端的輸入電壓小于1/3Vcc的情況，輸出信號為高電平，使555定時器內(nèi)部晶體管截止，電源Vcc經(jīng)R1、Rv和D2對C充電，這種情況一直維持到C的兩端電壓超過2/3Vcc。當C兩端的電壓超過2/3Vcc時，出現(xiàn)6端輸入電壓大于2/3Vcc，2端

14、的輸入電壓大于1/3Vcc的情況，輸出信號為低電平，使晶體管導通，電容C放電，這種情況一直維持到C的兩端電壓低于1/3Vcc。此后又重新回到上述的充電過程，如此周而復始，形成振蕩，產(chǎn)生方波脈沖。方案一是遲滯比較器構(gòu)成的方波發(fā)生器，方案簡單，但振蕩頻率不夠穩(wěn)定，沒有隔離電路，帶載能力較差，而且不易控制占空比等參量；方案二是選用AD9850芯片，利用DDS技術(shù)輸出方波，這種方案做出的方波頻率穩(wěn)定性好，頻率范圍較寬，而且更容易實現(xiàn)數(shù)字化控制，但是此方案難度相對較高，而且本次課程設計是利用Proteus軟件進行仿真的，但是Proteus元件庫里面沒有AD9850芯片；方案三利用555定時器實現(xiàn)方波電路

15、，原理簡單，振蕩頻率相對穩(wěn)定，在Proteus元件庫里面有對應元器件，完全滿足本次課程設計的任務要求，故選用方案三作為方波發(fā)生電路的實現(xiàn)方案。3利用Proteus軟件進行電路設計及仿真啟動Proteus軟件，然后進行電路圖的繪制，最終繪制出的方波發(fā)生電路如圖3.1所示。圖3.1 方波發(fā)生電路根據(jù)一階電路的三要素法，充電所用時間，即脈沖維持時間： （4）放電所用時間，即脈沖低電平時間： （5）所以，脈沖周期為 （6）脈沖頻率為 （7）其中C根據(jù)SW1的位置可能是C2、C3和C4；調(diào)節(jié)C2、C3、C4和RV2、RV3可調(diào)節(jié)頻率，根據(jù)公式（7）和C2、C3、C4、RV1、RV2、RV3的值易得，當C

16、為1nF時頻率范圍為1KHZ100KHZ，當C為10nF時頻率范圍為100HZ10KHZ，當C為100nF時頻率范圍為10HZ1KHZ；利用二極管的單向?qū)щ娦?，調(diào)節(jié)實現(xiàn)占空比可調(diào)；其中D3為電源指示燈；C1的作用是避免電路高頻脈沖的影響。當C為100nF時，RV2=RV3=700K時，得到電路的最低頻率，電容端和電路輸出端的波形圖如圖3.2所示。圖3.2 電路為最低頻率時電容端和電路輸出端波形圖當C為10nF時，RV2=RV3=350K時，得到此電路的中頻頻率，電容端和電路輸出端的波形圖如圖3.3所示。圖3.3電路為中頻頻率時電容端和電路輸出端波形圖當C為1nF時，RV2=RV3=0時，得到電

17、路的最高頻率，電容端和電路輸出端的波形圖如圖3.4所示。圖3.4 電路為最高頻率時電容端和電路輸出端波形圖當C為10nF時，RV2=RV3=0K時，調(diào)節(jié)RV1為25%阻值時來改變方波的占空比，電容端和電路輸出端的波形圖如圖3.5所示。 圖 3.5改變占空比后某一頻率下電容端和電路輸出端波形圖由圖3.2可以得出電路輸出端的最低頻率大致為9HZ，由圖3.4可以得出電路輸出端的最高頻率大致為98KHZ，這與由公式（7）得出的結(jié)論是一致的，而且有圖3.5可以得出此方波發(fā)生電路占空比可調(diào)，因此此方波發(fā)生電路是正確的。4利用Cadence軟件進行電路設計及PCB繪制4.1電路原理圖設計啟動Cadence

18、16.6中的OrCAD Capture CIS組件進行電路原理圖的繪制，首先創(chuàng)建元件庫及元件lmc555，繪制得到的lmc555如圖4.1所示。圖4.1 利用OrCAD Capture CIS繪制的lmc555元件然后在原理圖頁面進行電路原理圖的繪制，最終設計出的電路原理圖如圖4.2所示。圖4.2 方波發(fā)生電路原理圖然后點擊菜單欄Tools->Create Netlist生成網(wǎng)表文件，選擇PCB Editor的網(wǎng)表，網(wǎng)表文件選擇標準的allegro，如圖4.3所示。圖4.3生成網(wǎng)表選項卡4.2 PCB設計Allegro零件庫是多個零件，焊盤和圖形文件的集合，包括零件的封裝、機械零件、繪圖

19、格式文件、自定義的焊盤和自定義的圖形文件等。在使用Allegro PCB Edit設計PCB時，必須首先要創(chuàng)建零件庫，Allegro自帶了一個零件庫，其中定義了一些常用的標準零件圖形及焊盤定義等。在Allegro PCB Edit窗口中，零件的每一個引腳必須有一個對應的焊盤名稱，在創(chuàng)建零件封裝時，要在繪圖文件里添加引腳，必須使用焊盤名稱找到焊盤，因此創(chuàng)建封裝之前必須定義焊盤。啟動Cadence 16.6中的Pad Designer組件進行焊盤的設計，設計出來的焊盤分別命名為my_smd60_50.pad和my_smd80rec100.pad。然后啟動Cadence 16.6中的PCB Edit

20、組件進行封裝的設計，使用封裝向?qū)нM行相應的設計。在進行其它的元件封裝均采用元件庫自帶的封裝，其中包含jumper3，dip6_3和dip8_3等。然后使用PCB Edit創(chuàng)建電路板，設置好相應的規(guī)則，設置好允許布線區(qū)域和允許零件擺放區(qū)域等區(qū)域，然后設置好各個層次的顏色，添加安裝孔和光學定位孔后導入網(wǎng)表信息，相應的設置如圖4.4所示，然后點擊Import Cadence導入網(wǎng)表。圖4.4 導入網(wǎng)表相應設置然后進行零件布局，可以選用手工放置零件和使用原理圖交互式擺放零件，最后再進行連線，可以選擇手工布線和自動布線兩種方式，最終得到的PCB圖分別如圖4.5和圖4.6所示。圖4.5使用手工放置零件和自動布線方式得到的PCB圖 圖4.6使用交互式擺放零件和手工布線得到的PCB圖手工布線時使用45度拐角可以使制作出的電路板連線部分機械性能和電氣性能更加良好。5心得體會在本次課程設計過程中，我所做的是“方波發(fā)生電路”這一課題，通過認真的學習，成功地得到了方波發(fā)生電路