protel函數(shù)信號發(fā)生器

1、沈陽理工大學課程設計專用紙 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。本次protel課程設計實現(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。運用uA747實現(xiàn)矩形波和三角波的輸出，再經差分對管產生正余弦波形。 關鍵詞：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 設計目的與要求12 電路原理分析與設計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 元件庫的調用43.1.1 新建一個設計庫43.1.2 設置編輯環(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設計104.1 生成PCB文件114.2 自動布線124.3 建立覆銅、補淚滴134.3.1 覆銅134.3.2 補淚滴14結 論16參考文獻17II1 設計目的與要求 Protel是當今電子行業(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，功能強大。本次設計便是以protel 99SE為基礎平臺，綜合運用其原理圖（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。該設計實現(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。運用uA747實現(xiàn)矩形波和三角波的輸出，再經差分對管產生正余弦波形。2 電路原理分析與設計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

4、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。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為矩形波電壓只有兩種狀態(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；因為產生振蕩，就是要求輸出的兩種狀態(tài)自動地相互轉換，所以電路中必須引入反饋；因為輸出狀態(tài)應按一定的時間間隔交替變化，即產生周期性變化，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)，又作為反饋網絡，通過RC充、放電實現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉換。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。 上述過程周而復始，電路產生了自激振蕩，產生

6、矩形波。2.2.2 三角波電路組成及工作原理方波變三角波電路圖3，該電路由密勒積分器A2和斯密特觸發(fā)器A1構成，可以產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。調節(jié)電阻R3可以改變振蕩頻率，而調節(jié)電阻R2既可以改變三角波的輸出幅度，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 元件庫的調用3.1.1 新建一個設計庫 （1）從Windows操作系統(tǒng)的開始菜單或桌面快捷圖標進入Protel 99SE環(huán)境。 （2）使用菜單File/New或File/New Design建立新設計數(shù)據庫文件，如圖6。（3）使用菜單File/New，選擇Schematic Document圖標

8、。將原理圖文件打開。圖6 新建原理圖文檔3.1.2 設置編輯環(huán)境（1）選擇菜單【Design】/【Options】，彈出“Document Options”對話框，如圖7。注意根據原理圖的大小，設置圖紙尺寸，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中設置圖紙移動方式和速度等項內容。一般圖紙移動方式為Auto Pa

9、n Recenter，移動速度為中等。為將原理圖中的內容拷貝到文本編輯軟件中，應該去掉Add Template to Clipboard前的對號。若是要在標題欄中輸入一些內容，就應該在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，此元件庫就會出現(xiàn)在“Selected Files”框中。 點擊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，并且調整好位置。設置各元件值并分別對元件編號和輸入相應的封裝號。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、結束后，對器件間的管腳進行電氣連接。單擊工具欄中的（放置導線）按鈕，執(zhí)行連線操作，注意導線的起點與終點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電容屬性對話框為例。圖15 屬性對話框 其中： Lib ref:元件樣本，修改此項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。元件的封裝是指設計PCB時，根據實際元件尺而定義的焊點，另外還附一些屬性和元件外觀的符號。 Designator：設置元件的序號。 Part type：設置元件的數(shù)值。

12、注意：每個元件的Footprint必須要填上相應的封裝號。3.4 ERC電氣規(guī)則檢查當整個電路設計完成后，可以進行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，出現(xiàn)兩個R1），ERC檢查依據問題的嚴重性分別以錯誤(Error)或警告(Warning)信息來提示用戶。選擇Tools菜單下的ERC項，則彈出如下對話框，直接點擊OK鍵即可進行ERC檢查。ERC檢查報告sheet1.ERC文件，如果有問題出現(xiàn)將用坐標標注重名元件位置。返回電原理圖，改正錯誤的元件屬性后，再次進行ERC檢查，直到完全正確為止。圖16 ERC電器檢查結果4 PCB設計Protel 99SE提供

13、了非常強大的PCB電路板的繪制功能，可以通過原理圖直接經網絡報表生成PCB，Protel99SE還提供了非常強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)則的設置，可以設置布線的寬度、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。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Generated Protel Netlist，展開后有一個“*.NET”

14、，這就是生成的網絡表。 網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，如圖17所示。圖17 生成的網絡表 然后新建一個PCB文件，點擊design中的“導入網絡表”，結果如圖18所示。圖18 生成PCB圖4.2 自動布線先把重疊的元件拖開，當用鼠標左鍵點中任何重疊元件時，將彈出小的對話框，表示當前點中的地方重疊了幾個元件，當移動鼠標到相應的字體上，字將全部變藍，單擊鼠標左鍵，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。只要選擇Auto RoeteAll選項，彈

15、出如圖19所示的對話框。圖19 Auto RoeteAll選項卡 點擊Roete All，即可開始自動布線。布線結果如20所示。圖20 自動布線結果Protel內集成了一個功能強大而品質高超的布線程序，能自動地設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，如果不進行接地線覆銅操作，那么整個電路板的接地面積過小，將導致整個電路板的地電平不穩(wěn)定，噪聲很大，

16、容易產生干擾信號，從而導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置為45角填充模式，選中Remove Dead Copper復選框，層面設置為Top Layer，其余設定為默認，點擊OK，光標變?yōu)槭中巍Ｓ霉鈽水嫵龈层~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 Pads，Act

17、ion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 論這次課程設計歷時一個星期多，本次課程設計與以往不同，更強調對EDA的實用，使我對電子設計自動化有了初步的認識。我認識到EDA技術在電子設計中以及實際生產應用中的重要性，EDA技術是在電子CAD技術基礎上發(fā)展起來的計算機軟件系統(tǒng)，是以計算機為工作平臺，融合了應用電子技術、計算機技術、信息處理及智能化技術的最新成果，進行電子產品的自動設計。利用EDA工具，電子設計師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設計電子系統(tǒng)，大量工作可以通過計算機完成，并可以

18、將電子產品從電路設計、性能分析到設計出IC版圖或PCB版圖的整個過程的計算機上自動處理完成。對我而言，此次課程設計的過程中我遇到了許多挫折,如軟件使用中的很多問題,但我認為挫折是一份財富，經歷是一份擁有。這次課程設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計，從學習到實踐，在一個多星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的的東西，通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設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，同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，如對prot