課程設(shè)計(jì)電壓頻率變換器

1、2011 2012 學(xué)年 第 二 學(xué)期電壓頻率變換器課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告題 目 電壓/頻率變換器 專 業(yè)：班 級(jí)：姓 名：指導(dǎo)教師：電氣工程系2012年6月6日任務(wù)書課題名稱電壓/頻率變換器指導(dǎo)教師（職稱）王忠良 執(zhí)行時(shí)間20112012 學(xué)年第 二學(xué)期 第 十六 周學(xué)生姓名學(xué)號(hào)承擔(dān)任務(wù)設(shè)計(jì)目的1. 掌握使用protel DXP繪制電路原理圖2. 掌握使用protel DXP繪制電路PCB版圖的方法3. 學(xué)會(huì)制作protel DXP的元件庫(kù)設(shè)計(jì)要求1使用protel DXP繪制所設(shè)計(jì)的電壓/頻率變換電路的原理圖2使用protel DXP繪制所設(shè)計(jì)的電壓/頻率變換電路的PCB版圖，盡量使用單面

2、板3對(duì)于元件庫(kù)中沒有的器件，須制作元件庫(kù)4.生成元件清單摘要Protel系列電子設(shè)計(jì)軟件在CAD行業(yè)中，特別是在PCB（Printed Circuit Board，印刷電路板）設(shè)計(jì)領(lǐng)域具有多年發(fā)展歷史的設(shè)計(jì)軟件。由于功能強(qiáng)大，界面友好，操作簡(jiǎn)便實(shí)用，問世以后很快被廣大電子設(shè)計(jì)工程師所接受和熟悉，并成為發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的CAD軟件之一。電壓控制頻率應(yīng)用于振蕩電路有很大的發(fā)展，在電壓控制振蕩電路中除了與PLL頻率合成器組成頻率可變范圍較少的VCO以外，還有與控制電壓準(zhǔn)確成比例而頻率變化范圍較寬的VCO，這稱為電壓-頻率（V/F）轉(zhuǎn)換器或函數(shù)發(fā)生器。另一方面，頻率信號(hào)抗干擾性好，便于遠(yuǎn)距離傳輸，可

3、以調(diào)制在射頻信號(hào)上進(jìn)行無線傳輸，也可調(diào)制成光脈沖用光纖傳送，不受電磁場(chǎng)影響。由于這些優(yōu)點(diǎn)，在一些非快速而又遠(yuǎn)距離的測(cè)量中，如果傳感器輸出是電壓信號(hào)，愈來愈趨向于使用電壓/頻率轉(zhuǎn)換器，把傳感器輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)。本次課程設(shè)計(jì)利用輸入電壓的大小改變電容的充電速度，從而改變振蕩電路的振蕩頻率，故采用積分器作為輸入電路，積分器的輸出信號(hào)去控制電壓比較器或者單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，可以得到矩形脈沖輸出，由輸出信號(hào)電平通過一定反饋方式控制積分電容恒流放電，當(dāng)電容放電到某一閾值時(shí)，電容C再次充電，由此實(shí)現(xiàn)VI控制電容充電放電速度，即控制輸出脈沖頻率。關(guān)鍵詞:V/F轉(zhuǎn)換;Protel DXP.第一章電壓/頻率變換

4、器的原理1.1設(shè)計(jì)原理電壓/頻率變換器的輸入信號(hào)頻率f。與輸入電壓Vi的大小成正比，輸入控制電壓Vi常為直流電壓，也可根據(jù)要求選用脈沖信號(hào)作為控制電壓，其輸出信號(hào)可為正弦波或者脈沖波形電壓。本設(shè)計(jì)利用輸入電壓的大小改變電容的充電速度，從而改變振蕩電路的振蕩頻率，故采用積分器作為輸入電路。積分器的輸出信號(hào)去控制電壓比較器或者單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，可得到矩形脈沖輸出，由輸出信號(hào)電平通過一定反饋方式控制積分電容恒流放電，當(dāng)電容放電到某一閾值時(shí)，電容C再次充電。由此實(shí)現(xiàn)Vi控制電容充放電速度，即控制輸出脈沖頻率。1.2原理框圖設(shè)計(jì)如圖1-1所示：積 分 器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器或電壓比較器電 子 開 關(guān)恒 流 源圖1-

5、1 原理框圖設(shè)計(jì)1.3用Protel DXP繪制總電路圖創(chuàng)建一個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目（1）執(zhí)行菜單命令“FileNewPCB Project”，如圖1-2所示，建立一個(gè)空的項(xiàng)目文件后的項(xiàng)目工作面板。圖1-2（2）執(zhí)行菜單命令“FileSave Project”，出現(xiàn)如圖1-3所示的Save的對(duì)話框，在“文件名”下拉列表框中輸入“Examples”作為項(xiàng)目文件名，在“保存在”下拉列表中選擇“Examples”文件夾。圖1-3（3）單擊“保存”按鈕。1.3.2新建原理圖文件（1）執(zhí)行菜單命令“FileNewSchematic”，在剛才建立的項(xiàng)目中新建原理圖。或者右鍵單擊Project工作面板中的amplifi

6、er.PrjPCB，在顯示菜單中執(zhí)行“NewSchematic”命令?；蛘邌螕鬚roject面板中的Project按鈕，然后再選擇“NewSchematic”命令，都可以建立一個(gè)新的原理圖文件，默認(rèn)的文件名為Sheet1.SchDoc,新建項(xiàng)目和原理圖文件后的窗口（2）執(zhí)行菜單命令“FileSave”，在顯示的“Save”對(duì)話窗中將新建的原理圖以“Examples”為文件名保存在Examples文件夾中，接下來就可以在打開的原理圖編輯器中繪制原理圖文件了。1.3.3原理圖編輯器的啟動(dòng)在項(xiàng)目中完成原理圖文件的建立以后，就可以進(jìn)行原理圖編輯了，或者在菜單欄中選擇FileOpen，然后在打開的文件選

7、擇窗口中選擇想要打開的原理圖文件也可以啟動(dòng)原理圖編輯器。1.3.4放置元器件（1）選擇元件庫(kù)。單擊“Place Part”對(duì)話框中的瀏覽按鈕，系統(tǒng)將彈出“瀏覽元件庫(kù)”對(duì)話框，在該對(duì)話框中，用戶可以選擇需要放置的元件庫(kù)。（2）選擇元件庫(kù)后，可以在Component Name列表中選擇自己需要的元件，在預(yù)覽框中可以看元件圖形及管腳類型。（3）選擇了元件后單擊OK按鈕。（4）元件調(diào)整在選擇了元件還沒放置前，按住Space鍵，即可以旋轉(zhuǎn)元件。如果按住Tab鍵，則會(huì)進(jìn)入“元件屬性”對(duì)話框，用戶也可以在屬性對(duì)話框中進(jìn)行設(shè)置。圖1-4總電路圖第二章 PCB和報(bào)表的生成1.1創(chuàng)建PCB文件（1）在打開的Pro

8、tel工程下，打開Files面板，在Files面板中選擇New from template欄中的PCB Board Wizard選項(xiàng)，系統(tǒng)將打開PCB創(chuàng)建向?qū)Ы缑?。?）單擊“Next”按鈕，系統(tǒng)將進(jìn)入PCB度量單位選擇對(duì)話框，在這里可以選擇度量單位英制（Imperial）或米制（Metric）。（3）選擇好度量單位后，單擊“Next”按鈕，向?qū)棾鯬CB尺寸形狀設(shè)置窗口。（4）選擇Custom選項(xiàng)后，單擊“Next”按鈕，進(jìn)入用戶自定義PCB參數(shù)設(shè)置窗口，在該窗口中可以設(shè)定PCB的各種參數(shù)。（5）設(shè)置好PCB形狀大小參數(shù)后，單擊“Next”按鈕，系統(tǒng)彈出PCB層數(shù)設(shè)置窗口，這里選擇的信號(hào)層

9、（Singal Layer）和電源層（Power Plances）皆為兩層。(6)單擊“Next”按鈕，系統(tǒng)彈出過孔選擇窗口。(7)單擊“Next”按鈕，進(jìn)入布線參數(shù)選擇窗口。(8)設(shè)置好布線參數(shù)后，單擊“Next”按鈕，進(jìn)入導(dǎo)線和過孔尺寸設(shè)置窗口，設(shè)置好后，單擊“Next”按鈕，然后單擊“Finish”，完成PCB的創(chuàng)建，最后生成的PCB如圖2-1（3D）,2-2所示。(9)創(chuàng)建好PCB之后，就可以將其保存，還可以執(zhí)行“ProjectAdd to Project”菜單命令，將該文件直接添加到其他某個(gè)項(xiàng)目中。圖2-1（3D）圖2-22.1報(bào)表的生成2.1.1生成網(wǎng)絡(luò)表打開設(shè)計(jì)好的原理圖文件，選

10、擇菜單命令“DesignNetlist For ProjectProtel”,系統(tǒng)將自動(dòng)在當(dāng)前目錄下添加一個(gè)與項(xiàng)目文件同名，以“.NET”為后綴的網(wǎng)絡(luò)文件表。生成的網(wǎng)絡(luò)表如下所示。C1C2C3D1Diode 1N4448D2Diode 1N4448D3Diode 1N4448D4Diode 1N4448D5Diode 1N4448D6SFM-T2(3)/X1.7VDiode 10TQ035Q1BCY-W3/E42N3904Q2BCY-W3/E42N3904R1AXIAL-0.3R2AXIAL-0.3R3AXIAL-0.3R4AXIAL-0.3R6AXIAL-0.3R7AXIAL-0.3R8AX

11、IAL-0.3R9AXIAL-0.3R10AXIAL-0.3R11AXIAL-0.3U1H08CAD644SH(NetC1_1C1-1D1-1D2-1R1-2U1-2)(NetC1_2C1-2D1-2R3-1U1-1)(NetC2_2C2-2R6-1U1-6U1-7)(NetC3_2C3-2U1-5)(NetD2_2D2-2D3-2Q2-3)(NetD3_1D3-1D4-2R10-2)(NetD4_1D4-1Q1-3R7-1)(NetD5_1D5-1Q2-2R9-2)(NetD5_2D5-2D6-1)(NetQ1_2Q1-2R8-2)(NetQ2_1Q2-1R11-2)(NetR3_2R3-2

12、R4-1U1-2)(NetR8_1R8-1U1-3)(GNDC2-1C3-1Q1-1R2-1U1-1)(16VR4-2R9-1U1-4U1-4U1-8)(-16VD6-3R10-1R11-1U1-8)2.1.2生成元器件報(bào)表 生成元器件報(bào)表的操作為:打開欲操作的原理圖，選擇菜單命令“ReportBill ofMaterial”，系統(tǒng)將自動(dòng)列出項(xiàng)目中的所有元器件。如圖2-3所示。圖2-3第三章設(shè)計(jì)總結(jié)使用Protel DXP進(jìn)行設(shè)計(jì)是從創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目開始，這些項(xiàng)目把所有的設(shè)計(jì)元素鏈接在一起，這些元素包括原理圖、網(wǎng)絡(luò)表源文件、PCB文件等一系列設(shè)計(jì)中的文件。通過此次的DXP課程設(shè)計(jì)，讓我們熟悉了Pr

13、otel DXP的工作環(huán)境和它的功能。Protel DXP在原理圖輸入過程中不僅可以方便地添加元件的信號(hào)完整性模型，還可以對(duì)某個(gè)網(wǎng)絡(luò)定義具體的設(shè)計(jì)規(guī)則，甚至可以為某個(gè)元件的管腳定義設(shè)計(jì)規(guī)則。這讓我們認(rèn)識(shí)到Protel DXP是一個(gè)多么強(qiáng)大的軟件，可以很方便的設(shè)計(jì)很多規(guī)則。電壓/頻率轉(zhuǎn)換電路是將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)。由于U/F轉(zhuǎn)換本身是一積分過程，其轉(zhuǎn)換結(jié)果送給計(jì)算機(jī)是可采用簡(jiǎn)單的光耦結(jié)合，因而具有較強(qiáng)的抗干擾能力。U/F轉(zhuǎn)換電路與計(jì)算機(jī)的接口比較簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換精度和線性度也比較好。通過這次的課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們的動(dòng)手能力，提高了我們的運(yùn)用知識(shí)解決問題的能力。在整個(gè)方案設(shè)計(jì)中，我們運(yùn)用了模擬電子的相關(guān)知識(shí)，包括：積分器、遲滯比較器等模塊電路。在選擇元件方面，我們使用了穩(wěn)壓管以及具有單向?qū)ㄐ缘木w二極管，從中我們學(xué)到了挑選元件的方法和元件的合理構(gòu)架等書本上沒有的知識(shí)。參考文獻(xiàn)1 童詩(shī)白，華成英，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M.4版.北京：高等教育出版社，2006.2 閻石，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M.5版.北京：高等教育出版社，2006.3 賈新章，OrCAD/PSpice9實(shí)用教程M.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2000.4 趙雅興，PSpice與電子器件模型M.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2004.5 臧春華，電子線路設(shè)計(jì)與應(yīng)用M.北京：高等教育出版社，2004.6 談世哲，Pr