《计算机电子线路制图》课程设计-方波－三角波发生器.doc

设计（论文）说明书用纸 方波三角波发生器 沈 阳 大 学 设计（论文）说明书用纸 NO.1课程设计的目的：计算机电子线路制图课程设计是学习课程之后的综合性实践教学环节。目的是通过解决简单的实际问题巩固和加深在计算机电子线路制图课程中所学的理论知识和实验技能。训练学生综合运用学过的电子设计自动化技术基础知识，在教师指导下完成查找资料，选择、论证方案，设计电路，运行仿真，设计印制电路板，分析结果，撰写报告等工作。使学生初步掌握利用电子设计自动化工具设计电子电路的一般方法步骤，通过理论联系实际提高和培养学生分析、解决实际问题的能力和创新能力，为后续课程的学习、毕业设计和毕业后工作打下一定的基础。 沈 阳 大 学 设计（论文）说明书用纸 NO.2设计方案论证： 1.1概述 电子线路制图是利用Protel DXP如何绘制电子图，Protel DXP可以对模拟和数字电路进行静态工作电分析、瞬态工作电分析、傅里叶分析、交流小信号分析、传递函数分析、噪声分析、直流扫描、参数扫描、温度扫描分析和蒙特卡罗分析等各种仿真分析。Protel DXP提供了强大的仿真功能，并且具备当今所有先进的设计特点，能够处理各种复杂的PCB设计过程。通过设计输入仿真、PCB绘制编辑、拓扑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术融合Protel DXP在前版本的基础上增加了许多新的功能。新的可定制设计环境功能包括双显示器支持，可固定、浮动以及弹出面板，强大的过滤和对象定位功能及增强的用户界面等。常用的方波和三角波发生电路是由集成运放组成的积分器和滞回比较器组成的，由于采用了由集成运算放大器组成弄鬼的积分器，电容C始终处在恒流充放电状态，使三角波和方波的性能得到很大的改善，不仅能得到线性度较理想的三角波，而且也便于调节振荡频率和幅度。 1.2论证的基本过程 采用传统的直接频率合成器。由集成运放构成的方波和三角波发生器的电路形式很多，但通常由滞回比较器和积分电路构成。按积分电路的不同，又可以分为两种类型：一类是由普通的RC积分电路组成，另一类由恒流充放电的积分电路和滞回比较器组成。这里利用常用的方波和三角波发生电路，他是由集成运放组成的积分器和滞回比较器组成的，由于采用了由集成运算放大器组成弄鬼的积分器，电容C始终处在恒流充放电状态，使三角波和方波的性能得到很大的改善，不仅能得到线性度较理想的三角波，而且也便于调节振荡频率。 沈 阳 大 学 设计（论文）说明书用纸 NO.3 1.3方案的框图 方波三角波结构框图 如图1所示： 图1 方波三角波结构框图2.单元电路设计 2.1单元电路结构 矩形波发生电路如图1所示： 积分电路如图3所示： 图2 矩形波发生电路 图3 积分电路 2.2元件参数计算过程和公式 Vo1是方波输出点、Vo2为三角波输出点方波和三角波的振荡频率相同，其值为 方波的输出幅度由3稳压管Dz决定，方波经积分后得到三角波，因此三角波输出幅度 为 其中Uz为稳压管的电压 沈 阳 大 学设计（论文）说明书用纸 NO.4 2.3方波三角波发生电路组成 方波三角波发生电路主要由以下两部分组成如图4，图5所示 图4 滞回比较器 图5 积分电路 2.4选定仪器列表在方波三角波发生器中选择的仪器列表如表1所示 表1 选定仪器列表结构名称符号标识个数滞回比较器电阻R1、R2、R33个集成运放A1个稳压管D1、D22个积分电路电阻R4、R52个集成运放B1个电容C1个 沈 阳 大 学 设计（论文）说明书用纸 NO.5 2.5绘制原理图步骤： （1）在初始界面上单击FileNewPCB Project命令创建新的PCB设计项目。执行File NewSchematic命令创建新的原理图文件并进入原理图设计环境。（2）执行DesignDocument Options 命令，设置图纸参数。（3）单击窗口底部的Libraries 标签，打开元件库管理。单击Install按钮，打开对话 框，在其中双击所需元件库。（4）单击Close按钮关闭该对话框，元件库安装到库管理面板中，准备工作完成。（5）按照设计的电路图在库元件列表中选择所需元件单击放置按钮将其放置到合适的 位置。双击元件，打开Component Properties对话框，在其中设置元件标号，参数 值 等，单击OK按钮关闭对话框。（6）按照设计好的原理图连接好电路图，原理图绘制完毕。 3.原理图 3.1用DXP软件绘制的仿真原理图 用DXP软件绘制的仿真原理图如下图6所示： 图6 用DXP软件绘制的仿真原理图 沈 阳 大 学 设计（论文）说明书用纸 NO.6 3.2仿真元件列表 元件总汇列表如表2所示： 表2 仿真元件列表元件名称标号说明参数型号封装形式所属元件库LM324NUAUB集成运算放大器DIP-14/D19.7LTOperational Amplifier.IntLibRes2R1、R2电阻40KAXIAL-0.4Miscellaneous Devices.IntLibR32KR4、R530K1N5233BD1、D2稳压管DIO7.1-3.9X1.9FSC Discrete Diode.IntLibCapC电容0.01ufRAD-0.3Miscellaneous Devices.IntLibVSRCVccVee电源15V-15V 沈 阳 大 学 设计（论文）说明书用纸 NO.74.测试方案4.1实验设备及用途（1）集成运放的选择由于方波的前后沿时间和滞回比较器的转换速率有关，当方波频率很高或方波前、后沿要求较高时，应选择高速集成运算放大器来组成滞回比较器。（2）稳压管的选择稳压管的作用是限制和确定方波的幅度。此外，方波幅度和宽度的对称性也与稳压管 的对称性有关。为了得到稳定而且对称的方波输出，通常选用高精度双向稳压管。R3是稳压管的限流电阻，其值根据稳压（3）分压电阻R1和R2的阻值的确定R1和R2的作用是提供一个随输出方波电压而变化的基准电压，并由此决定三角波的输出幅度。所以R1和R2的阻值应根据三角波输出幅度的要求来确定。而且当要求三角波的幅度可以调节时，可以选择用电位器来代替R1、R2。（4）积分元件R和C参数的确定R和C的值应根据方波和三角波发生器的振荡频率来确定。当分压的电阻R1和R2的阻值确定后，先选择电容C的值，然后确定R的值。而且为了减小积分漂移，应尽量将电容C的值取大些。但是电容量大的电容漏电也大，所以通常积分电容应不超过1uF。管的稳压电流来确定。 4.2仿真类型及参数(1) 对于本题目的设计重点是观测Vo1和Vo2的波形，所以选择的仿真类型是瞬态分析。它用于求电路的时域响应；在其中可以设置Start time ,End time,Step time,Max step time等。而且最重要的是它的分析结果是以波形图的形式显示，这一点符合本设计要求。(2) 针对本设计选择的参数是起始时间为0 沈 阳 大 学 设计（论文）说明书用纸 NO.8终止时间为10ms步长为20ns最大步长为200ns 4.3仿真分析步骤（1） 进入Protel DXP环境界面，安装元件库，常用元件库有Miscellaneous Devices.IntLib和Simulation Sources.Intlib。（2）另外还需要安装FSC Discrete Diode.IntLib,TI Operational Amplifier。 设计仿真原理图，双击仿真元件，设置仿真元件参数。（3）对于普通无源仿真元件如电阻、电容除了设置元件的名称外，还需要对右侧的 Parameters for选项组中设置元件的标注。 （4） 对于电源等需要设置较多参数的仿真元件，需要双击对话框右下部的Models for 选项组中双击Type选项中的Simulation模型，打开仿真模型参数对话框，在 Parameters(参数)选项卡中设置模型参数，并根据需要选择是否显示该参数。 （5）设置仿真类型和参数，执行Design Simulation MixSim命令，单击如图所示工具栏中的设置仿真分析按钮，打开仿真分析参数设置对话框如图7所示：（7）在分析选项区中选择所需的分析类型瞬态分析，之后打开参数设置对话框，根据需要设置分析参数 图7 仿真参数设置对话框 沈 阳 大 学 设计（论文）说明书用纸 NO.9参数为：起始时间、终止时间、步长时间以及最大步长时间。 （7）运行仿真分析，自动进入仿真结果显示环境，观察输出结果。5.仿真分析 5.1仿真波形 （1）Vo1仿真波形如图8所示： 图8 Vo1矩形波仿真输出波形 （2）Vo2仿真波形如图9所示： 图9 Vo2三角波仿真输出波形 沈 阳 大 学 设计（论文）说明书用纸 NO.10 5.2 测量值 （1）Vo1频率及幅值如下表3所示： （2）Vo2频率及幅值如下表4所示： 表3 矩形波输出波形频率及幅值 表4 三角形波输出波形频率及幅值 5.3数据记录 数据记录如表5 所示： 表5 数据记录表观察点幅值频率Vo16.32V998HzVo26.76V988Hz 沈 阳 大 学 设计（论文）说明书用纸 NO.11 5.4两个波形进行比较 如下图10所示： 图10 两波形进行比较 5.5计算与验证 （1）频率计算 如原理图可知：方波和三角波的振荡频率相同，其值为 已知：R1=60K R2=60K R3=2K R4=22K R5=22K C=0.01uF Uz=6V 代入公式中得出 f=998Hz.（）（2）幅度计算在uo1=-Uz期间，积分电路的输出电压uo往正方向线性增长，此时u+也随着增长，当增长至u+=u-=0时，滞回比较器的输出电压uo1发生跳变，而发生跳变时的uo值即是三角波的最大值Uom。将条件: uo1=-Uz，u+=0和uo=Uom， 可得 可解得输出幅度为: uo1=-Uz u+=u-=0 （Uz为稳压管的电压）将已知代入公式得: Uom=6V （R1=60K R2=60K Uz=6V）参数符合课设题目要求：即频率约1000Hz，幅度大于2V 沈 阳 大 学 设计（论文）说明书用纸 NO.12 5.6误差分析 仿真软件的元器件值不可能绝对的精确造成仿真结果会有一定的非可见差。 参数的设置问题以及小数点的取舍都是影响结果的因素。 人眼观察也是有一定的误差的。 由于有效值的取值位数不同会造成误差 。6.印制电路板图 (1)布线结果如图11所示 ： 图11 布线结果 (2) 印制电路板3D显示如图12所示： 图12 印制电路板3D显示 沈 阳 大 学 设计（论文）说明书用纸 NO.13(3) 布线框架图显示如图13所示： 图13 布线框架图显示4.设计体会 电子线路制图课程设计使我们稍懂的了如何使用DXP这种仿真软件，深深的体会到仿真软件的巨大用途。我们可以把学到的理论知识用计算机真实的再现出来。由被动学习变为主动学习，提高了自己的学习热情。初步掌握利用电子设计自动化工具设计电子电路的一般方法步骤，通过理论联系实际提高和培养学生分析、解决实际问题的能力和创新能力，为后续课程的学习、毕业设计和毕业后工作打下一定的基础。通过解决简单的实际问题巩固和加深在电路设计与仿真课程中所学的理论知识和实验技能。课程设计是学科专业知识的补充与延伸，培养了我们的学习兴趣和电子制图的工程意识，尤其在印制电路板方面，我们必须要考虑如何节省材料，如果以最小的成本投资来获得更大的利益而绝对不失其功能。 通过此次的课程设计，让我学习了许多课外知识，丰富课上学习的理论知识，把理论和实际有效的联系起来，锻炼我们独自思考和处理问题的思维，使我们初步掌握计算机电子线路制图的一般方法步骤。在实践中体会理论知识的具体运用，让我们受益匪浅。为以后的各方面的实际任务提供了宝贵的设计经验。这次的课程设计真的让我受益很多。 例如计算、绘图、查阅资料和手册、运用标准规范，进行计算机辅助设计和绘图的训练。培养运用现代设计方法解决工程问题的能力。 沈 阳 大 学 设计（论文）说明书用纸 NO.14同时也让我学会了学习机械设计的一般方法、步骤，掌握机械设计的一般规律。 通过课程设计实践，树立正确的设计思想，培养综合运用绘图设计课程和其他先修课程的理论与生产实际知识来分析和解决绘图设计问题的能力。 使理论和实际结合起来，使这些知识得到进一步巩固、加深和拓展 , 培养运用现代设计方法解决工程问题的能力。5.参考文献：1闫石.数字电子技术基础M.第五版.北京：高等教育出版社，1998.11：28-672李方明.电子设计自动化技术及应用实验教程M.北京：清华大学出版社，2008.6：25-973杨帮文.新型集成器件家用电路M.北京：电子工业出版社，2002.8 ：45-604罗杰.电子线路设计M.北京：电子工业出版社，2008.4：72865谭会生.EDA设计及应用M.第二版.西安：西安电子科技大学出版社，2004.5：36-776汤山军.电路设计与PCB制作M.北京：科学出版社，2005.8：2302547杨欣，王玉凤，刘湘黔.电路设计与仿真 M.北京：清华大学出版社,2006.8：19-448卜小明, 龙全求. 一种薄板弯曲问题的四边形位移单元J. 力学学报，1991，23（1）：56-70 沈 阳 大 学