proteus課程設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 電子1102班 指導(dǎo)教師： 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目: 方波發(fā)生電路初始條件：計(jì)算機(jī)、Proteus軟件、Cadence軟件要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)工作量：1.5周2、技術(shù)要求：（1）學(xué)習(xí)Proteus軟件和Cadence軟件。（2）設(shè)計(jì)一個方波發(fā)生電路。（3）利用Cadence軟件對該電路設(shè)計(jì)原理圖并進(jìn)行PCB制版，用Proteus軟件對該電路進(jìn)行仿真。3、查閱至少5篇參考文獻(xiàn)。按要求撰寫設(shè)計(jì)報告書。全文用A4紙打印，圖紙應(yīng)符合繪圖規(guī)范。時間安排：2015.1.12做課設(shè)具體實(shí)

2、施安排和課設(shè)報告格式要求說明。2015.1.12-1.15學(xué)習(xí)Proteus軟件和Cadence軟件，查閱相關(guān)資料，復(fù)習(xí)所設(shè)計(jì)內(nèi)容的基本理論知識。2015.1.16-1.20對方波發(fā)生電路進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真工作，完成課設(shè)報告的撰寫。2015.1.21 提交課程設(shè)計(jì)報告，進(jìn)行答辯。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)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(jìn)行電路設(shè)計(jì)及仿真54利用Cadence軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)及PCB繪制84.1電路原理圖設(shè)計(jì)8 4.2 PCB設(shè)計(jì)95心得體會12參考文獻(xiàn)13武漢理工大學(xué)Proteus及Cadence實(shí)訓(xùn)課

3、程設(shè)計(jì)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(biāo)，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(diǎn)，緊接著選擇了一種適用于設(shè)計(jì)任務(wù)的方案，然后利用Proteus軟件進(jìn)行電路原理圖的繪制以及仿真分析，最后利用Cadence軟件進(jìn)行了電路原理圖設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)，完成本次方波發(fā)生電路的設(shè)計(jì)任務(wù)。關(guān)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(yīng)用非常廣泛，廣泛應(yīng)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(jìn)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(jì)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(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)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(yùn)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(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境。用戶甚至可以實(shí)時采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)，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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)技術(shù)(Electronic Design Technologies)、程序方案服務(wù)和設(shè)計(jì)服務(wù)供應(yīng)商。其解決方案旨

9、在提升和監(jiān)控半導(dǎo)體、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)工程和電信設(shè)備、消費(fèi)電子產(chǎn)品以及其它各類型電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。Cadence Allegro系統(tǒng)互連平臺能夠跨集成電路、封裝和PCB協(xié)同設(shè)計(jì)高性能互連。應(yīng)用平臺的協(xié)同設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)周期。約束驅(qū)動的Allegro流程包括高級功能用于設(shè)計(jì)捕捉、信號完整性和物理實(shí)現(xiàn)。由于它還得到Cadence Encounter與Virtuoso平臺的支持，Allegro協(xié)同設(shè)計(jì)方法使得高效的設(shè)計(jì)鏈協(xié)同成為現(xiàn)實(shí)。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(fù)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(fù)向飽和，這是隨機(jī)的。它是通過電阻和電容充放電進(jìn)而引起輸出電壓翻轉(zhuǎn)的，假設(shè)初始輸出電壓為負(fù)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(fù)反饋電阻向電容充電來建立，當(dāng)Vn愈來愈負(fù)，低于Vp時，則輸出電壓立即從負(fù)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(fù)飽和值同理可得，只不過是Vn愈來愈正，高于Vp時可以實(shí)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(jìn)行方波發(fā)生器的設(shè)計(jì)，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(jìn)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(shí)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(shí)現(xiàn)全數(shù)字編程控制的頻率合成?？删幊藾DS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(yīng)正弦波中0°360°范圍的一個相位點(diǎn)。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(shí)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(yīng)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(diǎn)連接，將7端接到接到放電點(diǎn)。圖2.3 555定時器構(gòu)成的方波發(fā)生器當(dāng)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(dāng)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(dǎo)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(fù)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(shí)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(shè)計(jì)是利用Proteus軟件進(jìn)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(shí)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(yīng)元器件，完全滿足本次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)要求，故選用方案三作為方波發(fā)生電路的實(shí)現(xiàn)方案。3利用Proteus軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)及仿真啟動Proteus軟件，然后進(jìn)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(dāng)C

16、為1nF時頻率范圍為1KHZ100KHZ，當(dāng)C為10nF時頻率范圍為100HZ10KHZ，當(dāng)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(shí)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(jìn)行電路設(shè)計(jì)及PCB繪制4.1電路原理圖設(shè)計(jì)啟動Cadence

18、16.6中的OrCAD Capture CIS組件進(jìn)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(jìn)行電路原理圖的繪制，最終設(shè)計(jì)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(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)的allegro，如圖4.3所示。圖4.3生成網(wǎng)表選項(xiàng)卡4.2 PCB設(shè)計(jì)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(jī)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(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(jìn)行焊盤的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)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(jìn)行封裝的設(shè)計(jì)，使用封裝向?qū)нM(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)。在進(jìn)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(shè)置好相應(yīng)的規(guī)則，設(shè)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(shè)置好各個層次的顏色，添加安裝孔和光學(xué)定位孔后導(dǎo)入網(wǎng)表信息，相應(yīng)的設(shè)置如圖4.4所示，然后點(diǎn)擊Import Cadence導(dǎo)入網(wǎng)表。圖4.4 導(dǎo)入網(wǎng)表相應(yīng)設(shè)置然后進(jìn)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(jìn)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(jī)械性能和電氣性能更加良好。5心得體會在本次課程設(shè)計(jì)過程中，我所做的是“方波發(fā)生電路”這一課題，通過認(rèn)真的學(xué)習(xí)，成功地得到了方波發(fā)生電路