正弦波發(fā)生器的設(shè)計(jì)與仿真

齊齊哈爾大學(xué)EDA設(shè)計(jì)題目：正弦波發(fā)生器的設(shè)計(jì)與仿真學(xué)院：通信與電子工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：電子093學(xué)生姓名：白宇指導(dǎo)教師：齊懷琴王艷春張勁松成績(jī)：目錄1.緒論1.1什么是EDA1.2EDA應(yīng)用2.課程設(shè)計(jì)2.1課題設(shè)計(jì)目的2.2設(shè)計(jì)方案論證3.利用Multisim進(jìn)行仿真3.2調(diào)整參數(shù)，觀察波形一緒論1.1什么是EDA20世紀(jì)90年代，國(guó)際上電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)較先進(jìn)的國(guó)家，一直在積極探索新的電子電路設(shè)計(jì)方法，并在設(shè)計(jì)方法、工具等方面進(jìn)行了徹底的變革，取得了巨大成功。在電子技術(shù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，可編程邏輯器件〔如CPLD、FPGA〕的應(yīng)用，已得到廣泛的普及，這些器件為數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的靈活性。這些器件可以通過(guò)軟件編程而對(duì)其硬件結(jié)構(gòu)和工作方式進(jìn)行重構(gòu)，從而使得硬件的設(shè)計(jì)可以如同軟件設(shè)計(jì)那樣方便快捷。這一切極大地改變了傳統(tǒng)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)過(guò)程和設(shè)計(jì)觀念，促進(jìn)了EDA技術(shù)的迅速開(kāi)展。EDA技術(shù)就是以計(jì)算機(jī)為工具，設(shè)計(jì)者在EDA軟件平臺(tái)上，用硬件描述語(yǔ)言VHDL完成設(shè)計(jì)文件，然后由計(jì)算機(jī)自動(dòng)地完成邏輯編譯、化簡(jiǎn)、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真，直至對(duì)于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。EDA技術(shù)的出現(xiàn)，極大地提高了電路設(shè)計(jì)的效率和可操作性，減輕了設(shè)計(jì)者的勞動(dòng)強(qiáng)度。利用EDA工具，電子設(shè)計(jì)師可以從概念、算法、協(xié)議等開(kāi)始設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)，大量工作可以通過(guò)計(jì)算機(jī)完成，并可以將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計(jì)、性能分析到設(shè)計(jì)出IC幅員或PCB幅員的整個(gè)過(guò)程的計(jì)算機(jī)上自動(dòng)處理完成?，F(xiàn)在對(duì)EDA的概念或范疇用得很寬。包括在機(jī)械、電子、通信、航空航天、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學(xué)、軍事等各個(gè)領(lǐng)域，都有EDA的應(yīng)用。目前EDA技術(shù)已在各大公司、企事業(yè)單位和科研教學(xué)部門廣泛使用。例如在飛機(jī)制造過(guò)程中，從設(shè)計(jì)、性能測(cè)試及特性分析直到飛行模擬，都可能涉及到EDA技術(shù)。EDA應(yīng)用EDA在教學(xué)、科研、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造等各方面都發(fā)揮著巨大的作用。在教學(xué)方面，幾乎所有理工科〔特別是電子信息〕類的高校都開(kāi)設(shè)了EDA課程。主要是讓學(xué)生了解EDA的根本概念和根本原理、掌握用HDL語(yǔ)言編寫標(biāo)準(zhǔn)、掌握邏輯綜合的理論和算法、使用EDA工具進(jìn)行電子電路課程的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證并從事簡(jiǎn)單系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。一般學(xué)習(xí)電路仿真工具〔如multiSIM、PSPICE〕和PLD開(kāi)發(fā)工具〔如Altera/Xilinx的器件結(jié)構(gòu)及開(kāi)發(fā)系統(tǒng)〕，為今后工作打下根底。科研方面主要利用電路仿真工具〔multiSIM或PSPICE〕進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與仿真；利用虛擬儀器進(jìn)行產(chǎn)品測(cè)試；將CPLD/FPGA器件實(shí)際應(yīng)用到儀器設(shè)備中；從事PCB設(shè)計(jì)和ASIC設(shè)計(jì)等。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造方面，包括計(jì)算機(jī)仿真，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的EDA工具應(yīng)用、系統(tǒng)級(jí)模擬及測(cè)試環(huán)境的仿真，生產(chǎn)流水線的EDA技術(shù)應(yīng)用、產(chǎn)品測(cè)試等各個(gè)環(huán)節(jié)。如PCB的制作、電子設(shè)備的研制與生產(chǎn)、電路板的焊接、ASIC的制作過(guò)程等。從應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，EDA技術(shù)已經(jīng)滲透到各行各業(yè)，如上文所說(shuō)，包括在機(jī)械、電子、通信、航空航航天、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學(xué)、軍事等各個(gè)領(lǐng)域，都有EDA應(yīng)用。另外，EDA軟件的功能日益強(qiáng)大，原來(lái)功能比擬單一的軟件，現(xiàn)在增加了很多新用途。如AutoCAD軟件可用于機(jī)械及建筑設(shè)計(jì)，也擴(kuò)展到建筑裝璜及各類效果圖、汽車和飛機(jī)的模型、電影特技等領(lǐng)域。2.1.課程設(shè)計(jì)目的〔1〕學(xué)會(huì)利用Protel2004，實(shí)現(xiàn)電路繪制以及PCB的生成以及學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)規(guī)那么的設(shè)置，從而對(duì)信號(hào)發(fā)生器有進(jìn)一步的了解。并能夠?qū)υO(shè)計(jì)結(jié)果加以分析?！?〕掌握利用Multisim10的根本操作，完成對(duì)電路的仿真和波形的測(cè)試分析?！?〕通過(guò)對(duì)正弦波發(fā)發(fā)生器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，掌握根本信號(hào)發(fā)生電路的工作原理及設(shè)計(jì)方法。2.2設(shè)計(jì)方案論證本實(shí)驗(yàn)使用的一個(gè)軟件是Multisim，它是一款電子電路仿真的虛擬電子工作臺(tái)軟件，采用直觀的圖形界面創(chuàng)立電路，在計(jì)算機(jī)屏幕上模仿真實(shí)實(shí)驗(yàn)室的工作臺(tái)，繪制電路圖需要的元器件，電路仿真需要的測(cè)試儀器均可以直接從屏幕上選??；軟件儀器控制面板外形和操作方式都與實(shí)物相似，可以實(shí)時(shí)顯示測(cè)量結(jié)果；Multisim軟件帶有豐富的電路元件庫(kù)，提供多種電路分析方法；作為設(shè)計(jì)工具，它可以同其它流行的電路分析，設(shè)計(jì)和制版軟件交換數(shù)據(jù);Multisim還是一個(gè)優(yōu)秀的電子技術(shù)訓(xùn)練工具，利用它提供的虛擬儀器可以用比實(shí)驗(yàn)室中更靈活的方式進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)，仿真電路的實(shí)際運(yùn)行情況，熟悉常用電子儀器測(cè)量方法。Multisim工作環(huán)境如圖1所示圖1Multisim工作環(huán)境ProtelDXP包含電路原理圖設(shè)計(jì)，電路原理圖仿真測(cè)試，印制電路板設(shè)計(jì)，自動(dòng)布線器和FPGA/CPLD設(shè)計(jì)，覆蓋了以PCB為核心的整個(gè)物理設(shè)計(jì)。它提供了進(jìn)行層次原理圖設(shè)計(jì)的環(huán)境，支持“自上而下”和“自下而上”的層次電路設(shè)計(jì)，能夠完成更加大型，更為復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)。ProtelDXP提供了豐富的原件原理圖庫(kù)和PCB封裝庫(kù)，并且?guī)斓墓芾砗途庉嫻δ芨油晟?，草組更加簡(jiǎn)便。電路設(shè)計(jì)人員通過(guò)ProtelDXP提供的編輯工具，可以方便的實(shí)現(xiàn)庫(kù)中沒(méi)有包含的原件原理圖以及PCB封裝的設(shè)計(jì)制作。它提供了原件集成庫(kù)的概念。在它的元件集成庫(kù)中集成了元件的原理圖符號(hào)，本次設(shè)計(jì)重要通過(guò)ProtelDXP繪圖軟件完成正弦波發(fā)生器原理圖的繪制及PCB圖的繪制，并利用Multisim軟件進(jìn)行編譯、仿真出正弦波波形，并對(duì)其進(jìn)行比擬。本次設(shè)計(jì)主要用軟件ProtelDXP，ProtelDXP是第一個(gè)將所有設(shè)計(jì)工具集于一身的板級(jí)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，電子設(shè)計(jì)者從最初的工程模塊規(guī)劃到最終形成生產(chǎn)數(shù)據(jù)都可以按照自己的設(shè)計(jì)方式實(shí)現(xiàn)。ProtelDXP是第一個(gè)將所有設(shè)計(jì)工具集于一身的板級(jí)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，能夠處理各種復(fù)雜的PCB設(shè)計(jì)過(guò)程。通過(guò)設(shè)計(jì)輸入仿真、PCB繪制編輯、拓?fù)渥詣?dòng)布線、信號(hào)完整性分析和設(shè)計(jì)輸出等技術(shù)融合，提供了全面的設(shè)計(jì)解決方案。ProtelDXP工作環(huán)境如圖2所示圖2ProtelDXP工作環(huán)境3．利用Multisim進(jìn)行仿真正弦波產(chǎn)生電路的目的就是使電路產(chǎn)生一定頻率和幅度的正弦波，我們一般在放大電路中引入正反應(yīng)，并創(chuàng)造條件，使其產(chǎn)生穩(wěn)定可靠的振蕩。正弦波產(chǎn)生電路的根本結(jié)構(gòu)是:引入正反應(yīng)的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和放大電路。其中:接入正反應(yīng)是產(chǎn)生振蕩的首要條件，它又被稱為相位條件；產(chǎn)生振蕩必須滿足幅度條件；要保證輸出波形為單一頻率的正弦波，必須具有選頻特性；同時(shí)它還應(yīng)該具有穩(wěn)幅特性。因此，正弦波產(chǎn)生電路一般包括：放大電路；反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)；選頻網(wǎng)絡(luò)；穩(wěn)幅電路各局部。正弦波振蕩電路的組成判斷及分類：放大電路：保證電路能夠有從起振到動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程，電路獲得一定幅值的輸入值，實(shí)現(xiàn)自由控制。選頻網(wǎng)路：確定電路的振蕩頻率，是電路產(chǎn)生單一頻率的振蕩，即保證電路產(chǎn)生正弦波振蕩。正反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)：引入正反應(yīng)，使放大電路的輸入信號(hào)等于其反應(yīng)信號(hào)。穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：也就是非線性環(huán)節(jié)，作用是輸出信號(hào)幅值穩(wěn)定。正弦波振蕩器由根本放大器、反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)幅網(wǎng)絡(luò)4局部組成，他們的作用分別是：放大器和反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)組成正反應(yīng)放大器,選頻網(wǎng)絡(luò)用來(lái)提取特定頻率的正弦波發(fā)生器。RC正弦振蕩電路原理圖如下列圖3所示圖3RC正弦振蕩電路原理圖本次設(shè)計(jì)采用RC正弦波震蕩電路，其功能通常是用來(lái)產(chǎn)生頻率低于1MHz的低頻信號(hào)。本設(shè)計(jì)中，串，并，與和構(gòu)成了四臂電橋，反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和選頻網(wǎng)絡(luò)有RC串并連電路組成，反應(yīng)信號(hào)從運(yùn)放的正向輸入端輸入，所以是正反應(yīng)，選擇的頻率滿足,選參數(shù)時(shí)注意，。對(duì)做出的原理圖進(jìn)行仿真，調(diào)整其參數(shù)，并調(diào)整滑動(dòng)變阻器，將滑動(dòng)變阻器調(diào)至20%時(shí)，對(duì)電路進(jìn)行仿真，雙擊示波器，進(jìn)入波形顯示界面，調(diào)整示波器的時(shí)間軸比例為100ms/Div，調(diào)整其通道比例為1mV/Div，得到正弦波振蕩電路仿真圖如圖4所示圖4正弦波振蕩電路仿真圖3.2調(diào)整參數(shù)，觀察波形調(diào)整電路中的參數(shù)，將C1,C2改為10F，對(duì)其進(jìn)行仿真得到正弦波振蕩電路圖如圖5所示圖5正弦波振蕩電路圖〔1〕繪制電路原理圖根據(jù)Multisim仿真電路原理圖，在Protel中創(chuàng)立一個(gè)正弦波放大器的電路原理圖：點(diǎn)擊File->New->Schematic，翻開(kāi)原理圖編輯界面，按照仿真原理圖，在libraries元件庫(kù)中找出對(duì)應(yīng)的原件，組成電路原理圖，正弦波放大器電路原理圖如圖6所示圖6正弦波放大器電路原理圖為了能夠容易的根據(jù)正弦波放大器電路原理圖繪制出對(duì)應(yīng)的PCB圖，設(shè)計(jì)電路原理圖的時(shí)候，盡量選擇元件庫(kù)中原有的元器件，以便在設(shè)計(jì)PCB圖的時(shí)候，能夠很好的封裝，使PCB的制作過(guò)程更加簡(jiǎn)單。〔2〕翻開(kāi)ProtelDXP軟件，選擇選擇File->New->PCB命令，那么系統(tǒng)生成一張沒(méi)有定義的邊界的PCB圖紙，如圖7所示圖7翻開(kāi)PCB工作界面〔3〕翻開(kāi)PCB圖紙后，選擇Design->BoardShape->RedefineBoardShape命令進(jìn)行重定義板型。光標(biāo)變成十字形，工作窗口變成綠色，系統(tǒng)進(jìn)入PCB外形窗口，在PCB圖紙的適當(dāng)位置點(diǎn)擊鼠標(biāo)作為起點(diǎn)，依次完成4個(gè)頂點(diǎn)的繪制，這樣電路板的衛(wèi)星輪廓偶就確定下來(lái)了，在繪制好的線框霞邊界上雙擊既可以彈出“線條屬性”的對(duì)話框，在該對(duì)話框中可以對(duì)線條寬和顏色等特定進(jìn)行設(shè)置，在線條的屬性設(shè)置完畢后可以選中Lock后面的復(fù)選框，這樣可以線條鎖定，使其位置、線性等參數(shù)固定下來(lái)，不會(huì)受到移動(dòng)、刪除等所悟操作的影響。如圖8所示圖8PCB外形編輯〔4〕制作PCB圖當(dāng)完成了電路原理圖的繪制和電路板形狀，大小確實(shí)定后，確保電路原理圖和電路板在同一個(gè)工程中，翻開(kāi)PCB，選擇Design->lmpotrchangesfromLogamp命令，系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)將原理圖載入PCB中。自動(dòng)布線裝入原理圖至PCB后，把原件封裝放入PCB的內(nèi)部，這就需要對(duì)原件封裝進(jìn)行布局。Protel2004提供了強(qiáng)大的自動(dòng)布局功能，用戶只需要定義好規(guī)那么，Protel可以將重疊的原件封裝別離開(kāi)。然后進(jìn)行手工布局，系統(tǒng)對(duì)原件的自動(dòng)布局一邊以尋找最短布線路徑為目標(biāo)，因此原件的自動(dòng)布局往往不理想，用戶需要進(jìn)行手工調(diào)整，或者直接用手工進(jìn)行器件的布局。先選中改元器件，然后進(jìn)行移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)等操作。最終形成最理想的布局效果，此時(shí)選AutoRoute->All命令，對(duì)整個(gè)PCB進(jìn)行布線，根據(jù)電路圖原理的復(fù)雜程度和布線難度的不同，Protel的布線時(shí)間也不用。布線完成后，就得到了PCB圖。PCB原理圖如圖9所示圖9PCB原理圖4總結(jié)4.1設(shè)計(jì)體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)讓我受益匪淺，雖然時(shí)間不長(zhǎng)，但是我還是學(xué)到了很多以前沒(méi)有學(xué)過(guò)的東西。學(xué)到了一些書本上沒(méi)有的東西，讓我對(duì)EDA這門課程有了更深層次的了解，同時(shí)我也能夠更加熟練的應(yīng)用ProtelDXP軟件和Multisim軟件，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我能夠熟練的使用ProtelDXP軟件繪制電路原理圖，以及元器件的封裝和PCB圖的生成，同時(shí)，我還更熟練的掌握了Multisim軟件的使用方法和功能，并且能夠獨(dú)立的繪