CAd課程設(shè)計(jì)49754

1、課程設(shè)計(jì)（學(xué)年論文）說明書課題名稱： 直流電動(dòng)機(jī)PWM驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì) 學(xué)生學(xué)號(hào)： 1304200303 專業(yè)班級(jí)： 工業(yè)電氣自動(dòng)化01班 學(xué)生姓名： 方軍 學(xué)生成績(jī)： 指導(dǎo)教師： 王振 課題工作時(shí)間： 2013.12.30至 2014.1.3 武漢工程大學(xué)教務(wù)處 制填寫說明：1. 一、二、三項(xiàng)由指導(dǎo)教師在課程設(shè)計(jì)（學(xué)年論文）開始前填寫并交由學(xué)生保管；2. 四、五兩項(xiàng)由學(xué)生在完成課程設(shè)計(jì)后填寫，并將此表與課程設(shè)計(jì)一同裝訂成冊(cè)交給指導(dǎo)教師；3. 成績(jī)?cè)u(píng)定由指導(dǎo)教師按評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)評(píng)分。4. 此表格填寫好后與正文一同裝訂成冊(cè)。一、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)或?qū)W年論文的基本要求： 繪圖設(shè)計(jì): (1) 畫出完整的原理圖 (

2、2) ERC電氣規(guī)則檢測(cè) (3) 生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)表及元件清單 (4) 畫出所設(shè)計(jì)電路的PCB圖,包括規(guī)劃PCB板子大小、元器件布局以及布線，布線方法則可根據(jù)具體情況使用自動(dòng)布線（手工調(diào)整）或者手工布線兩種不同方式。（5）根據(jù)具體情況進(jìn)行電路仿真：仿真參數(shù)、類別、結(jié)果、仿真中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法等。原理圖工作原理介紹：圖1-1中，所示的直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器是一個(gè)PWM驅(qū)動(dòng)器，其輸入信號(hào)是一個(gè)010V的模似量，圖中所示的8038是一個(gè)三角波發(fā)生器，輸入的模擬信號(hào)與三角波產(chǎn)生的信號(hào)分別進(jìn)入兩組運(yùn)算放大器進(jìn)行電壓比較，得到具有一定關(guān)系的兩組調(diào)制波，該調(diào)制波經(jīng)過光耦TLP250進(jìn)行電氣隔離，輸出信號(hào)分別加到

3、H橋中大功率管VT1VT4的基數(shù)，VT1VT4的導(dǎo)通與斷開由調(diào)制波相位的改變來控制，VT1VT4的通斷會(huì)改變加在電動(dòng)機(jī)兩端的電樞電壓，從而改變電動(dòng)機(jī)的輸出速度，因此電動(dòng)機(jī)輸出速度會(huì)隨著輸入電壓的改變而線性改變。 參考圖： 圖11 (a) 直流電動(dòng)機(jī)PWM調(diào)速原理圖 圖11（b）驅(qū)動(dòng)器原理圖指導(dǎo)教師簽字： 教研室主任簽字：年 月 日 年 月 日二、進(jìn)度安排：12月27號(hào)：下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)并依據(jù)參考圖設(shè)計(jì)原理圖。12月30號(hào)：確定PCB板參數(shù)和元件封裝類型。12月30號(hào)1月3號(hào)：設(shè)計(jì)PCB版圖。1月6號(hào)：撰寫報(bào)告和答辯。三、應(yīng)收集資料及主要參考文獻(xiàn)：參考數(shù)目：1 邵群濤. 電氣制圖與電子線路CADM.

4、北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20054、 課程設(shè)計(jì)（學(xué)年論文）摘要（中文）： 目前，直流電動(dòng)機(jī)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用十分廣泛。直流電動(dòng)機(jī)的工作原理十分簡(jiǎn)單；當(dāng)定子中的勵(lì)磁磁通和轉(zhuǎn)子中的電流相互作用時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)電樞轉(zhuǎn)動(dòng)，恰當(dāng)?shù)乜刂妻D(zhuǎn)子中電樞電流的方向和大小，就可以控制直流電動(dòng)機(jī)的方向和轉(zhuǎn)速。電樞電流為零時(shí)直流電機(jī)則停止不動(dòng)。 在本設(shè)計(jì)中，直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)采用的是晶體管功率放大器組成的H型PWM電路。直流電動(dòng)機(jī)的速度調(diào)節(jié)通過改變PWM的占空比來實(shí)現(xiàn)，采用PWM波控制電動(dòng)機(jī)不僅方便且精度高。5、 課程設(shè)計(jì)（學(xué)年論文）摘要（英文）： At present, the application of DC

5、 motor in the control system is very extensive. The working principle of DC motor is very simple; when the current in the stator excitation flux and rotor interaction, it will produce electromagnetic torque drive the rotation of the armature, and properly control the direction and size of the armatu

6、re current in the rotor, you can control the direction and speed of the DC motor. The armature current is zero and the DC motor is stopped. In this design, the DC motor drive is used in H type PWM transistor power amplifier circuit. DC motor speed regulation through changing the PWM duty ratio of th

7、e PWM wave to control the motor not only convenient and with high accuracy.六、成績(jī)?cè)u(píng)定：指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)： 指導(dǎo)教師簽字： 201 年 月 日項(xiàng)目評(píng)價(jià)項(xiàng)目評(píng)價(jià)調(diào)查論證工作量、工作態(tài)度實(shí)踐能力分析、解決問題能力質(zhì)量創(chuàng)新得分七、答辯記錄：答辯意見及答辯成績(jī)答辯小組教師（簽字）： 201 年 月 日總評(píng)成績(jī)：（教師評(píng)分×75%+答辯成績(jī)×25%）課程設(shè)計(jì)評(píng)審標(biāo)準(zhǔn)（指導(dǎo)教師用）評(píng)價(jià)內(nèi)容具 體 要 求權(quán)重調(diào)查論證能獨(dú)立查閱文獻(xiàn)和從事其他調(diào)研；能提出并較好地論述課題的實(shí)施方案；有收集、加工各種信息及獲得新知識(shí)的能力

8、。0.1實(shí)踐能力能正確選擇研究（實(shí)驗(yàn)）方法，獨(dú)立進(jìn)行研究工作。如裝置安裝、調(diào)試、操作。0.2分析解決問題能力能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實(shí)際問題；能正確處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；能對(duì)課題進(jìn)行理論分析，得出有價(jià)值的結(jié)論。0.2工作量、工作態(tài)度按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù)，工作量飽滿，難度較大，工作努力，遵守紀(jì)律；工作作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)。0.2質(zhì)量綜述簡(jiǎn)練完整，有見解；立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)正確，分析處理科學(xué)；文字通順，技術(shù)用語(yǔ)準(zhǔn)確，符號(hào)統(tǒng)一，編號(hào)齊全，書寫工整規(guī)范，圖表完備、整潔、正確；論文結(jié)果有應(yīng)用價(jià)值。0.2創(chuàng)新工作中有創(chuàng)新意識(shí)；對(duì)前人工作有改進(jìn)或獨(dú)特見解。0.11、 方案論證 1.1系統(tǒng)功能要

9、求設(shè)計(jì)直流電動(dòng)機(jī)（110V）PWM驅(qū)動(dòng)器，要求輸入信號(hào)是010V的電壓值，轉(zhuǎn)速與該輸入信號(hào)成正比，調(diào)制波產(chǎn)生的電路與后級(jí)功率管驅(qū)動(dòng)電路要進(jìn)行電氣隔離。 1.2工作原理圖1-2中，所示的直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器是一個(gè)PWM驅(qū)動(dòng)器，其輸入信號(hào)是一個(gè)010V的模似量，圖中所示的8038是一個(gè)三角波發(fā)生器，輸入的模擬信號(hào)與三角波產(chǎn)生的信號(hào)分別進(jìn)入兩組運(yùn)算放大器進(jìn)行電壓比較，得到具有一定關(guān)系的兩組調(diào)制波，該調(diào)制波經(jīng)過光耦TLP250進(jìn)行電氣隔離，輸出信號(hào)分別加到H橋中大功率管VT1VT4的基數(shù)，VT1VT4的導(dǎo)通與斷開由調(diào)制波相位的改變來控制，VT1VT4的通斷會(huì)改變加在電動(dòng)機(jī)兩端的電樞電壓，從而改變電動(dòng)機(jī)的輸

10、出速度，因此電動(dòng)機(jī)輸出速度會(huì)隨著輸入電壓的改變而線性改變。圖1-2 1.3電氣電子線路CAD設(shè)計(jì)步驟 （1）前期準(zhǔn)備 包括創(chuàng)建工程文件、準(zhǔn)備元件庫(kù)和繪制原理圖。創(chuàng)建PCB工程文件，就相當(dāng)于在計(jì)算機(jī)中創(chuàng)建一個(gè)文件夾，將與PCB設(shè)計(jì)相關(guān)的文件統(tǒng)一規(guī)整到該工程文件下，便于日后的管理、更改等操作。接下來就要準(zhǔn)備好項(xiàng)目中所需要庫(kù)文件，包括原理圖的元件庫(kù)和PCB的元件庫(kù)。當(dāng)然元件庫(kù)可以用Altium Designer自帶的庫(kù)，但一般情況下較難找到合適 的，最好是根據(jù)所選期間得標(biāo)準(zhǔn)尺寸資料自己做元件庫(kù)。 （2）PCB結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) PCB結(jié)構(gòu)包括創(chuàng)建PCB文件，確定電路板尺寸和各項(xiàng)機(jī)械定位，在PCB設(shè)計(jì)環(huán)境下繪制

11、PCB版面，并按定位要求放置所需的接插件、按鍵/開關(guān)、螺絲孔，裝配孔等。并充分考慮和確定布線區(qū)域和非布線區(qū)域。 （3）PBC布局布局要求均衡，疏密有序，不能頭重腳輕或一頭沉。在放置元器件時(shí)，一定要考慮元器件的實(shí)際尺寸、元器件之間的相對(duì)位置，以保證電路板的電氣性能和生產(chǎn)安裝的可行性和便利性，然后適當(dāng)?shù)男薷钠骷臄[放使之整齊美觀。 （4）PCB布線布線是最重要的工序。這將直接影響著PCB板的性能好壞.。在PCB的設(shè)計(jì)過程中，布線一般有三種境界的劃分：首先是布通，其次是電氣性能的滿足，接著是美觀。 （5）網(wǎng)絡(luò)和DRC及結(jié)構(gòu)檢查 首先，在確定電路原理圖設(shè)計(jì)無誤的前提下，將所生成的PCB網(wǎng)絡(luò)文件與原理圖

12、網(wǎng)絡(luò)文件進(jìn)行物理關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)檢查，并根據(jù)輸出文件結(jié)果及時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，以保證布線連接關(guān)系的正確性；網(wǎng)絡(luò)檢查正確通過后，對(duì)PCB設(shè)計(jì)進(jìn)行DRC檢查，并根據(jù)輸出文件結(jié)果及時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修正，以保證PCB布線的電氣性能。最后需進(jìn)一步對(duì)PCB的機(jī)械安裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查和確認(rèn)。2、 項(xiàng)目元件庫(kù) 雖然Altium Designer提供了豐富的元件庫(kù)，足以應(yīng)付大多數(shù)的設(shè)計(jì)。但是也有部分元件沒有收錄其中，此外設(shè)計(jì)中經(jīng)常也會(huì)使用一些非標(biāo)準(zhǔn)器件，這就需要設(shè)計(jì)者自己制作元件庫(kù)。在本實(shí)驗(yàn)直流電動(dòng)機(jī)PWM驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)中，由摩托羅拉公司設(shè)計(jì)的MC1413就無法在原元件庫(kù)中找到。接下來已設(shè)計(jì)MC1413為例介紹元件庫(kù)制作。 2.1

13、制作原理圖元件庫(kù)原理圖如圖2-1圖2-1 MC1413原理圖 （1）創(chuàng)建元件庫(kù) 執(zhí)行命令菜單“文件”“新的”“庫(kù)”“原理圖”元件庫(kù)，系統(tǒng)將進(jìn)入原理圖元件庫(kù)編輯工作界面，如圖2-1-1圖2-1-1 創(chuàng)建元件庫(kù)單擊“保存”，可以設(shè)置保存的文件名和位置。 （2）創(chuàng)建一個(gè)元件打開SCH Library面板，新建庫(kù)文件中已經(jīng)存在一個(gè)默認(rèn)的元件。雙擊該元件，可對(duì)元件的屬性進(jìn)行編輯，如圖2-1-2 圖2-1-2 創(chuàng)建元件在繪圖工具箱中點(diǎn)擊矩形繪圖工具，即可繪出MC1413的基本結(jié)構(gòu)，點(diǎn)擊工具箱中的放置管腳即可在矩形上放置若干管腳，放置時(shí)按住TAB鍵可設(shè)置管腳屬性，如圖2-1-2-1。我們根據(jù)原理圖給出的圖形

14、繪出IN和COM輸入，OUT輸出。圖2-1-2-1 引腳設(shè)置 （3）設(shè)置元件屬性 每個(gè)元件都有與之相關(guān)的屬性，MC1413的屬性也要設(shè)置。在SCH Library中雙擊要編輯的元件，即可對(duì)其設(shè)置。如圖2-1-3，我們?yōu)槠淙∶麨镸C1413，標(biāo)號(hào)為U？，允許標(biāo)識(shí)號(hào)自動(dòng)遞增。右下方的model域中可選擇PCB模型，用于以后的PCB同步設(shè)計(jì)。圖2-1-3 設(shè)置元件屬性 2.2制作PCB元件庫(kù) PCB圖如圖2-2圖2-2 PCB圖 （1）創(chuàng)建元件庫(kù) 與創(chuàng)建原理圖元件庫(kù)相同。單擊“保存”，可設(shè)置保存的位置和文件名。 （2）創(chuàng)建一個(gè)元件 打開PCB Library面板，新建庫(kù)文件中已經(jīng)存在一個(gè)默認(rèn)的元件。

15、雙擊該元件，可對(duì)元件的屬性進(jìn)行編輯，如圖2-2-2圖2-2-2 更改名稱 （3）設(shè)置面板 單機(jī)菜單“工具”“器件庫(kù)選項(xiàng)”，可對(duì)面板進(jìn)行設(shè)置，如圖2-2-3。圖2-2-3 設(shè)置面板 （4）繪制元件外形 在繪制元件外形前，首先要獲得元件的準(zhǔn)確外形和尺寸。該封裝焊盤列間距為300mil，列內(nèi)焊盤間距為100mil。找到繪圖區(qū)的原點(diǎn)，以元點(diǎn)為參照放置所創(chuàng)建封裝的焊盤，輪廓等對(duì)象。選擇工具欄中的焊盤，鼠標(biāo)變十字后按下TAB鍵可設(shè)置焊盤，如圖2-1-4。接著以第一個(gè)焊盤為基準(zhǔn)，放置兩列共16個(gè)焊盤，焊盤放置結(jié)束，如圖2-1-5。 圖2-1-4 圖2-1-5 點(diǎn)擊繪圖區(qū)底部的Top Overlay，在這一層

16、上繪制元件封裝輪廓。單擊工具箱中的連線放置，鼠標(biāo)變?yōu)槭?，移?dòng)鼠標(biāo)即可繪制出輪廓線。繪制弧形也是單擊弧形繪制按鍵，即可繪制。第一個(gè)焊盤做成方形，以便確認(rèn)。得到圖2-1-6。圖2-1-6 輪廓描繪 2.3利用向?qū)ё越≒CB封裝庫(kù) 我們也可以利用繪制向?qū)碇谱鱌CB封裝。鼠標(biāo)右鍵PCB Library中的元件，點(diǎn)擊“繪制向?qū)А?，即可彈出?duì)話框，如圖2-3-1。圖2-3-1 向?qū)ч_始界面點(diǎn)擊下一步，選擇封裝類型和使用度量單位，如圖2-3-2圖2-3-2 選擇封裝類型繼續(xù)點(diǎn)擊下一步可設(shè)置焊盤尺寸，焊盤間距，設(shè)定元件名稱等等，如圖2-3-3。圖2-3-3 設(shè)置焊盤最后，將制作完成的PBC元件庫(kù)與原理圖元

17、件庫(kù)結(jié)合，即可做成一個(gè)完整的集成元件庫(kù)。如圖2-3-4，圖2-3-5。圖2-3-4 結(jié)合圖2-3-5 結(jié)合3、 原理圖設(shè)計(jì) 3.1原理圖設(shè)計(jì)操作流程 （1）創(chuàng)建 PCB 工程（項(xiàng)目文件） 啟動(dòng) Protel DXP 后，選擇菜單【File】/【New】/【Project】/【PCB Project】命令。 （2）保存 PCB 項(xiàng)目（工程）文件 選擇【 File 】 / 【 Save Project 】菜單命令，彈出保存對(duì)話框【 Save PCB_Project1.PrjPCBAS】；選擇保存路徑后在【文件名】欄內(nèi)輸入新文件名保存到自己建立的文件夾中。 （3）創(chuàng)建原理圖文件在新建的 PCB 項(xiàng)目

18、（工程）下，選擇菜單【File】/【New】/【Schematic】命令。 （4）保存原理圖文件選擇【File】/【Save】菜單命令，彈出保存對(duì)話框 【Save Sheet1.SchDocAS】，選擇保存路徑后在【文件名】欄內(nèi)輸入新文件名保存到自己建立的文件夾中。 （5）設(shè)置工作環(huán)境選擇【Design】/【Document Option】菜單命令，在系統(tǒng)彈出的框中進(jìn)行設(shè)置。 （6）放置元件方法一：安裝庫(kù)文件的方式放置選擇【Design】/【Add/Remove library】菜單命令，在彈出的對(duì)話框中單擊安裝找到庫(kù)文件即可。方法二:搜索元件方式放置 （7）原理圖布線選擇【Place】/【W(wǎng)

19、ire】工具菜單，此時(shí)將帶十字型的光標(biāo)放到元件引腳位置單擊鼠標(biāo)左鍵即可進(jìn)行連線（注意拉線過程不應(yīng)一直按住鼠標(biāo)左鍵不放），將導(dǎo)線拉到另一引腳上單擊鼠標(biāo)左鍵即放完一根導(dǎo)線，放置完導(dǎo)線單擊右鍵或者【Esc】鍵結(jié)束放置。 （8）原理圖電氣規(guī)則檢查選擇【Project】/【Compile PCB Project工程名】；若無錯(cuò)誤提示，即通過電器規(guī)則檢查，如有錯(cuò)誤，則需找到錯(cuò)誤位置進(jìn)行修改調(diào)整。 （9）原理圖如圖3-1-1所示 圖3-1-1 原理圖 （10)元器件清單如圖3-1-2所示圖3-1-2 元器件清單4、 PCB圖設(shè)計(jì) 4.1設(shè)計(jì)步驟和操作 （1）創(chuàng)建 PCB 工程（項(xiàng)目）文件如果在原理圖繪制階段

20、已經(jīng)新建，則無需新建。啟動(dòng) Protel DXP 后，選擇菜單【File】/【New】/【Project】/【PCB Project】命令。 （2）保存 PCB 工程（項(xiàng)目）文件選擇【 File 】 / 【 Save Project 】菜單命令，彈出保存對(duì)話框【 Save PCB_Project1.PrjPCBAS】對(duì)話框；選擇保存路徑后在【文件名】欄內(nèi)輸入新文件名保存到自己建立的文件夾中。 （3）原理圖繪制 詳見第三章 （4）將原理圖導(dǎo)入PCB單擊【設(shè)計(jì)】，然后點(diǎn)擊【update PCB documeng】，在彈出的對(duì)話框中點(diǎn)擊執(zhí)行更改。 （5）PCB布局通過移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)元器件，將元器件移動(dòng)到電路板內(nèi)合適的位置，使電路的布局最合理。 （6）PCB布線我在把各個(gè)元器件排列好后選擇了自動(dòng)布線。PCB圖如圖4.1所示。 4.2元件布局要求 （1）先布放關(guān)鍵元器件，然后按照地址線和數(shù)據(jù)線的走向布放其他元件。 （2）高頻元器件引腳引出的導(dǎo)線應(yīng)盡量短些，以減少對(duì)其他元件及其電路的影響。 （3）模擬電路模塊與數(shù)字電路模塊應(yīng)分開布置，不要混合在一起。 （4）帶強(qiáng)電的元件與其他元件距離盡量要遠(yuǎn)，并布放在調(diào)試時(shí)不易觸碰的地方。 （5）對(duì)于重量較大的元器件，安裝到 PCB 上要安裝一個(gè)支架固定，防止元件脫落。 （6）對(duì)于一些嚴(yán)重發(fā)熱的元件，必須安裝散熱片。 （7）電位器、可變