protel函數(shù)信號發(fā)生器

1、沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計專用紙 摘 要 Protel設(shè)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(qiáng)大功能的電子設(shè)計CAD軟件，它具有原理圖設(shè)計、印刷電路板（PCB）、設(shè)計層次原理圖設(shè)計、報表制作、電路仿真以及邏輯器件設(shè)計等功能，是進(jìn)行電子設(shè)計最有用的軟件之一。本次protel課程設(shè)計實(shí)現(xiàn)函數(shù)信號發(fā)生器的原理圖繪制，PCB板圖制作，以及電路仿真。運(yùn)用uA747實(shí)現(xiàn)矩形波和三角波的輸出，再經(jīng)差分對管產(chǎn)生正余弦波形。 關(guān)鍵詞：函數(shù)信號發(fā)生器，矩形波和三角波輸出，正余弦波形目 錄1 設(shè)計目的與要求12 電路原理分析與設(shè)計12.1 函數(shù)信號發(fā)生器原理簡介12.2 函數(shù)

2、信號發(fā)生器原理分析12.1.1 矩形波電路組成及工作原理22.2.2 三角波電路組成及工作原理22.2.3 正弦波電路組成及工作原理32.3 函數(shù)信號發(fā)生器原理圖33 Protel 99SE繪制圖43.1 元件庫的調(diào)用43.1.1 新建一個設(shè)計庫43.1.2 設(shè)置編輯環(huán)境53.1.2 添加元件庫63.2 放置元件73.3 原理圖的布線83.4 ERC電氣規(guī)則檢查104 PCB設(shè)計104.1 生成PCB文件114.2 自動布線124.3 建立覆銅、補(bǔ)淚滴134.3.1 覆銅134.3.2 補(bǔ)淚滴14結(jié) 論16參考文獻(xiàn)17II1 設(shè)計目的與要求 Protel是當(dāng)今電子行業(yè)中常用的EDA工具，能夠完

3、成原理圖的繪制與仿真以及PCB板的制作，操作方便，功能強(qiáng)大。本次設(shè)計便是以protel 99SE為基礎(chǔ)平臺，綜合運(yùn)用其原理圖（SCH）繪制，原理圖（SCH）仿真以及印刷板（PCB）的制作功能，基本展現(xiàn)了protel的基本功能。該設(shè)計實(shí)現(xiàn)函數(shù)信號發(fā)生器的原理圖繪制，PCB板圖制作，以及電路仿真。運(yùn)用uA747實(shí)現(xiàn)矩形波和三角波的輸出，再經(jīng)差分對管產(chǎn)生正余弦波形。2 電路原理分析與設(shè)計2.1 函數(shù)信號發(fā)生器原理簡介函數(shù)信號發(fā)生器是一種能夠產(chǎn)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(shí)驗(yàn)和設(shè)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

4、發(fā)生器的原理以及構(gòu)成設(shè)計一個能變換出三角波、正弦波、方波的簡易發(fā)生器。2.2 函數(shù)信號發(fā)生器原理分析 差分放大積分器比較器圖1 整體原理框圖2.2.1 矩形波電路組成及工作原理因?yàn)榫匦尾妷褐挥袃煞N狀態(tài)，不是高電平，就是低電平，所以電壓比較器是它的重要組成部分；因?yàn)楫a(chǎn)生振蕩，就是要求輸出的兩種狀態(tài)自動地相互轉(zhuǎn)換，所以電路中必須引入反饋；因?yàn)檩敵鰻顟B(tài)應(yīng)按一定的時間間隔交替變化，即產(chǎn)生周期性變化，所以電路中要有延遲環(huán)節(jié)來確定每種狀態(tài)維持的時間。 電路組成：圖2為矩形波發(fā)生電路，它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RC充、放電實(shí)現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換。電

5、壓傳輸特性如圖2所示。圖2 矩形波發(fā)生電路圖設(shè)某一時刻輸出電壓uO=+UZ，則同相輸入端電位uP=+UT。uO通過R3對電容C正向充電，如圖中箭頭所示。反相輸入端電位uN隨時間t增長而逐漸升高，當(dāng)t趨近于無窮時，uN趨于+UZ；一旦uN=+UT，再稍增大，uO就從+UZ躍變?yōu)?UZ，與此同時uP從+UT躍變?yōu)?UT。隨后，uO又通過R3對電容C放電，如圖中箭頭所示。反相輸入端電位uN隨時間t增長而逐漸降低，當(dāng)t趨近于無窮時，uN趨于-UZ；一旦uN=-UT，再稍減小，uO就從-UZ躍變?yōu)?UZ，與此同時，uP從-UT躍變?yōu)?UT，電容又開始正向充電。 上述過程周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了自激振蕩，產(chǎn)生

6、矩形波。2.2.2 三角波電路組成及工作原理方波變?nèi)遣娐穲D3，該電路由密勒積分器A2和斯密特觸發(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?，也可以改變振蕩頻率。A2輸出三角波，A1輸出矩形波，它們之間相位差為90度。圖3 三角波發(fā)生電路圖2.2.3 正弦波電路組成及工作原理利用差分放大電路實(shí)現(xiàn)三角波，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，波形變換過程如圖4所示。由圖可以看出

7、，傳輸特性曲線越對稱，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。圖4 差分放大器的非線性特性圖2.3 函數(shù)信號發(fā)生器原理圖 將上述三個單元電路合成整體電路圖，如圖5所示。 圖5 函數(shù)發(fā)生器整體原理圖3 Protel 99SE繪制圖3.1 元件庫的調(diào)用3.1.1 新建一個設(shè)計庫 （1）從Windows操作系統(tǒng)的開始菜單或桌面快捷圖標(biāo)進(jìn)入Protel 99SE環(huán)境。 （2）使用菜單File/New或File/New Design建立新設(shè)計數(shù)據(jù)庫文件，如圖6。（3）使用菜單File/New，選擇Schematic Document圖標(biāo)

8、。將原理圖文件打開。圖6 新建原理圖文檔3.1.2 設(shè)置編輯環(huán)境（1）選擇菜單【Design】/【Options】，彈出“Document Options”對話框，如圖7。注意根據(jù)原理圖的大小，設(shè)置圖紙尺寸，一般選擇A4。同時要選擇捕捉柵格（SnapGrid）和電氣特性（Electrical Grid）復(fù)選框，注意電氣柵格的尺寸一定要比捕捉柵格小，而可視柵格可以根據(jù)個人的喜好顯示或不顯示。畫圖方向一般都是橫向。圖7 Design/Option菜單顯示的Sheet Options 對話框（2）使用菜單Tool/preference中設(shè)置圖紙移動方式和速度等項(xiàng)內(nèi)容。一般圖紙移動方式為Auto Pa

9、n Recenter，移動速度為中等。為將原理圖中的內(nèi)容拷貝到文本編輯軟件中，應(yīng)該去掉Add Template to Clipboard前的對號。若是要在標(biāo)題欄中輸入一些內(nèi)容，就應(yīng)該在Convert Special Strings前加上對號。圖8 Tool/preference菜單顯示的Graphical Editing對話框 則出現(xiàn)原理圖編輯窗口，如圖9。圖9 原理圖編輯窗口3.1.2 添加元件庫 繪制原理圖，首先要添加所需的元件庫，具體做法如下。 選取窗口中“Browse.Sch”中的“Libraries”,如圖10。圖10 添加元件庫點(diǎn)擊Add/Remove按鈕，出現(xiàn)圖11所示“元件庫添

10、加、刪除”對話框。圖11 “元件庫添加、刪除”對話框 選取元件庫文件，雙擊鼠標(biāo)，此元件庫就會出現(xiàn)在“Selected Files”框中。 點(diǎn)擊OK按鈕，完成該元件庫的添加。3.2 放置元件單擊編輯窗口左邊的【Add/Remove】按鈕添加“Miscellaneous Device.ddb”和“Protel DOS Schematic Libraries.lib”元件庫。首先將所有元件都從庫中取出來，放置在圖紙上，并且調(diào)整好位置。設(shè)置各元件值并分別對元件編號和輸入相應(yīng)的封裝號。元件放置圖如圖12所示。封裝號及元件列表如圖13所示。圖12 元件放置圖圖13 元件清單圖 3.3 原理圖的布線元件布局

11、結(jié)束后，對器件間的管腳進(jìn)行電氣連接。單擊工具欄中的（放置導(dǎo)線）按鈕，執(zhí)行連線操作，注意導(dǎo)線的起點(diǎn)與終點(diǎn)不可與元件的引腳重合或虛連。原理圖繪制完成后，效果圖如圖14所示。圖14 電路原理圖 最后更改元件屬性，用鼠標(biāo)雙擊任一個元件都會彈出此元件的屬性對話框。以圖15電容屬性對話框?yàn)槔D15 屬性對話框 其中： Lib ref:元件樣本，修改此項(xiàng)將直接替換原有元件，元件樣本名不會顯示在元件圖中。 Footprint：元件的封裝號。元件的封裝是指設(shè)計PCB時，根據(jù)實(shí)際元件尺而定義的焊點(diǎn)，另外還附一些屬性和元件外觀的符號。 Designator：設(shè)置元件的序號。 Part type：設(shè)置元件的數(shù)值。

12、注意：每個元件的Footprint必須要填上相應(yīng)的封裝號。3.4 ERC電氣規(guī)則檢查當(dāng)整個電路設(shè)計完成后，可以進(jìn)行ERC檢查。主要是檢查電路圖中是否有電氣特性不一致的情況（如元件序列號重復(fù)，出現(xiàn)兩個R1），ERC檢查依據(jù)問題的嚴(yán)重性分別以錯誤(Error)或警告(Warning)信息來提示用戶。選擇Tools菜單下的ERC項(xiàng)，則彈出如下對話框，直接點(diǎn)擊OK鍵即可進(jìn)行ERC檢查。ERC檢查報告sheet1.ERC文件，如果有問題出現(xiàn)將用坐標(biāo)標(biāo)注重名元件位置。返回電原理圖，改正錯誤的元件屬性后，再次進(jìn)行ERC檢查，直到完全正確為止。圖16 ERC電器檢查結(jié)果4 PCB設(shè)計Protel 99SE提供

13、了非常強(qiáng)大的PCB電路板的繪制功能，可以通過原理圖直接經(jīng)網(wǎng)絡(luò)報表生成PCB，Protel99SE還提供了非常強(qiáng)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(shù)選擇，在自動布線上，Protel 99SE提供了布線規(guī)則的設(shè)置，可以設(shè)置布線的寬度、方向，布線的優(yōu)先級，布線速度與過孔數(shù)目之間的衡量等多種選項(xiàng)。4.1 生成PCB文件 選擇菜單Design/Netlist For Project/Protel命令，隨后在project欄會多出一項(xiàng)Generated Protel Netlist，展開后有一個“*.NET”

14、，這就是生成的網(wǎng)絡(luò)表。 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)，以方括號作為開頭和結(jié)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(jié)尾，如圖17所示。圖17 生成的網(wǎng)絡(luò)表 然后新建一個PCB文件，點(diǎn)擊design中的“導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表”，結(jié)果如圖18所示。圖18 生成PCB圖4.2 自動布線先把重疊的元件拖開，當(dāng)用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)中任何重疊元件時，將彈出小的對話框，表示當(dāng)前點(diǎn)中的地方重疊了幾個元件，當(dāng)移動鼠標(biāo)到相應(yīng)的字體上，字將全部變藍(lán)，單擊鼠標(biāo)左鍵，便可獲取一個元件，然后將其拖走。然后選擇工具條上的 按鈕，畫邊框，將圖包含在密閉的曲線內(nèi)。只要選擇Auto RoeteAll選項(xiàng)，彈

15、出如圖19所示的對話框。圖19 Auto RoeteAll選項(xiàng)卡 點(diǎn)擊Roete All，即可開始自動布線。布線結(jié)果如20所示。圖20 自動布線結(jié)果Protel內(nèi)集成了一個功能強(qiáng)大而品質(zhì)高超的布線程序，能自動地設(shè)計出最佳的自動布線策略。 布線完畢后，執(zhí)行菜單命令【Tools】/【Design Rules Check】，對短路情況和沒有布置的連線進(jìn)行檢查，如果不存在錯誤，則電路板的布線完成。4.3 建立覆銅、補(bǔ)淚滴覆銅主要是為了提高電路板的抗干擾能力，由于電路板上的電路的工作頻率較高，電磁干擾較強(qiáng)，如果不進(jìn)行接地線覆銅操作，那么整個電路板的接地面積過小，將導(dǎo)致整個電路板的地電平不穩(wěn)定，噪聲很大，

16、容易產(chǎn)生干擾信號，從而導(dǎo)致電路板無法正常工作。4.3.1 覆銅選擇菜單命令Place/Polygon Plane，在彈出的對話框中將覆銅方式設(shè)置為45°角填充模式，選中Remove Dead Copper復(fù)選框，層面設(shè)置為Top Layer，其余設(shè)定為默認(rèn)，點(diǎn)擊OK，光標(biāo)變?yōu)槭中?。用光?biāo)畫出覆銅的形狀，系統(tǒng)自動建立頂層的覆銅。采用同樣的方式，為PCB板的Bottom Layer層建立覆銅。圖21 Toplayer層覆銅效果圖圖22 Bottom Layer層覆銅效果圖4.3.2 補(bǔ)淚滴選擇菜單命令Tools/Teardrops，在彈出的對話框中，在General一欄選擇All Pa

17、ds，Action一欄選擇Arc（淚滴的形狀為圓弧形）。最終成果圖如圖23，圖24所示。圖23 Toplayer層最終效果圖圖24 Bottomlayer層最終效果圖結(jié) 論這次課程設(shè)計歷時一個星期多，本次課程設(shè)計與以往不同，更強(qiáng)調(diào)對EDA的實(shí)用，使我對電子設(shè)計自動化有了初步的認(rèn)識。我認(rèn)識到EDA技術(shù)在電子設(shè)計中以及實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中的重要性，EDA技術(shù)是在電子CAD技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的計算機(jī)軟件系統(tǒng)，是以計算機(jī)為工作平臺，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)的最新成果，進(jìn)行電子產(chǎn)品的自動設(shè)計。利用EDA工具，電子設(shè)計師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設(shè)計電子系統(tǒng)，大量工作可以通過計算機(jī)

18、完成，并可以將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計、性能分析到設(shè)計出IC版圖或PCB版圖的整個過程的計算機(jī)上自動處理完成。對我而言，此次課程設(shè)計的過程中我遇到了許多挫折,如軟件使用中的很多問題,但我認(rèn)為挫折是一份財富，經(jīng)歷是一份擁有。這次課程設(shè)計必將成為我人生旅途上一個非常美好的回憶。從拿到題目到具體設(shè)計，從學(xué)習(xí)到實(shí)踐，在一個多星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，如對prot