proteus和cadance课程设计.docx

proteus和cadance课程设计.docx

《proteus和cadance课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《proteus和cadance课程设计.docx（19页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

proteus和cadance课程设计

课程设计任务书

学生姓名：

专业班级：

指导教师：

工作单位：

信息工程学院

题目:

基于555的方波发生器设计

初始条件：

计算机、Proteus软件、Cadence软件

要求完成的主要任务:

（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

1、课程设计工作量：

2周

2、技术要求：

（1）学习Proteus软件和Cadence软件。

（2）设计一个555方波发生器电路。

（3）利用Cadence软件对该电路设计原理图并进行PCB制版，用Proteus软件对该电路进行仿真。

3、查阅至少5篇参考文献。

按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。

全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。

时间安排：

2013.11.11做课设具体实施安排和课设报告格式要求说明。

2013.11.11-11.16学习Proteus软件和Cadence软件，查阅相关资料，复习所设计内容的基本理论知识。

2013.11.17-11.21对方波发生器电路进行设计仿真工作，完成课设报告的撰写。

2013.11.22提交课程设计报告，进行答辩。

指导教师签名：

年月日

系主任（或责任教师）签名：

年月日

目录

摘要2

Abstract3

1软件介绍4

1.1Proteus简介4

1.1.1 Protues提供了丰富的资源:

4

1.1.2电路仿真5

1.2cadence简介6

1.2.1、板级电路设计系统6

1.2.2、逻辑设计与验证（LDV）设计6

2.电路设计总方案8

2.1工作原理8

2.2电路结构及逻辑功能8

2.3 整体电路设计10

2.3.1系统方案分析11

3电路的仿真13

3.1原理图的绘制13

3.2原理图的仿真13

4PCB图的绘制16

5心得体会19

参考文献20

摘要

多谐振荡方波发生器在各理工科实验中具有广泛的应用，同时在生活中的数字设备、家用电器、电子玩具等许多领域也有需求。

方波信号是一种应用极为广泛的信号，它在科学研究、工程教育及生产实践中的使用非常普遍。

它通常作为为标准信号，应用于电子电路的性能试验或参数测量。

另外，在许多测试仪中也需要用标准的方波信号检测一些物理量。

所以研究多谐振荡方波发生器具有非常重要的现实意义。

基于这种形式下，我用555时基电路设计一个电路，使其产生稳定的方波，这次的设计我是以NE555芯片作为主要部分，同时结合部分外围电路，使用Protel99软件作为辅助，把设计电路焊接在铜板上，得到电路后，输入直流电压VCC为5V，输出为占空比可调和频率可调的多谐振荡方波。

设计的电路最后使得输出波形不失真，无杂波干涉，频率可调稳定的占空比可调的方波。

课程设计任务书

关键字：

占空比，频率，NE555,方波。

Abstract

   Multivibrator square-wave generator in various science and engineering experiments with a wide range of applications, while in life digital devices, home appliances, electronic toys and many other fields also have needs. Square wave signal is an application extremely wide range of signals, which in scientific research, engineering, education and production practice in the use of very common. He often used as a standard signal, used in electronic circuits or parameters of performance test measurements. In addition, in many testers also need a standard square wave signal detection of some physical quantity. Therefore, square-wave generator Multivibrator study has very important practical significance.    

Based on this form, I use 555 time-base circuit design a circuit to produce a stable square wave, the design process was my capacity as the main part of the NE555 chip, combined with part of the peripheral circuits, the use of Protel99 software as a supplement to Design of welded copper on the circuit. Input DC voltage VCC of 5V, the output duty cycle and frequency adjustable adjustable multi-resonant square wave. The final design of the circuit makes the output waveform distortion, no clutter interference, frequency adjustable adjustable duty cycle square wave stability. 

Keywords:

 duty cycle, frequency, NE555, square-wave

1软件介绍

1.1Proteus简介

Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。

它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。

它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。

虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。

  其功能特点如下:

 Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：

multisim）的功能。

这些功能是：

（1）原理布图 

（2）PCB自动或人工布线 

（3）SPICE电路仿真 具有3大功能模块:

 a、—个易用而又功能强大的ISIS原理布图工具； b、PROSPICE混合模型SPICE仿真; c、 ARES PCB设计. 

1.1.1 Protues提供了丰富的资源:

（1）Proteus可提供的仿真元器件资源：

仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有30多个元件库。

（2）Proteus可提供的仿真仪表资源 ：

示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。

理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。

（3）除了现实存在的仪器外，Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。

这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。

这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。

（4）Proteus可提供的调试手段 Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。

这些测试信号包括模拟信号和数字信号。

  软件仿真:

支持当前的主流单片机，如51系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC182 

系列、Z80系列、HC11系列、68000系列等。

 1.1.2电路仿真

在PROTEUS绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：

*.HEX，可以在PROTEUS的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。

PROTEUS不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。

前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。

它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。

这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：

元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。

课程设计、毕业设计是学生走向就业的重要实践环节。

由于PROTEUS提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台

随着科技的发展，“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。

它具有设计灵活，结果、过程的统一的特点。

可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造的风险。

相信在单片机开发应用中PROTEUS也能茯得愈来愈广泛的应用。

使用Proteus 软件进行单片机系统仿真设计，是虚拟仿真技术和计算机多媒体技术相结合的综合运用，有利于培养学生的电路设计能力及仿真软件的操作能力；在单片机课程设计和全国大学生电子设计竞赛中，我们使用Proteus 开发环境对学生进行培训，在不需要硬件投入的条件下，学生普遍反映，对单片机的学习比单纯学习书本知识更容易接受，更容易提高。

实践证明，在使用Proteus进行系统仿真开发成功之后再进行实际制作，能极大提高单片机系统设计效率。

因此，Proteus有较高的推广利用价值。

1.2cadence简介

铿腾电子科技有限公司或益华电脑科技股份有限公司（CadenceDesignSystems,Inc；NASDAQ：

CDNS）是一个专门从事电子设计自动化（EDA）的软件公司，由SDASystems和ECAD两家公司于1988年兼并而成。

是全球最大的电子设计技术（ElectronicDesignTechnologies）、程序方案服务和设计服务供应商。

其解决方案旨在提升和监控半导体、计算机系统、网络工程和电信设备、消费电子产品以及其它各类型电子产品的设计。

产品涵盖了电子设计的整个流程，包括系统级设计，功能验证，IC综合及布局布线，模拟、混合信号及射频IC设计，全定制集成电路设计，IC物理验证，PCB设计和硬件仿真建模等。

其总部位于美国加州圣何塞（SanJose），在全球各地设有销售办事处、设计及研发中心。

1.2.1、板级电路设计系统

包括原理图输入、生成、模拟数字/混合电路仿真，fpga设计，pcb编辑和自动布局布线mcm电路设计、高速pcb版图的设计仿真等等。

包括：

*ConceptHDL原理图设计输入工具，有forNT和forUnix的产品。

*CheckPlusHDL原理图设计规则检查工具（NT&Unix）。

*SPECTRAQuestEngineerPCB版图布局规划工具（NT&Unix）。

*Allegro　Expert专家级PCB版图编辑工具（NT&Unix）。

*SPECTRAExpertAutoRouter专家级pcb自动布线工具。

*SigNoise信噪分析工具。

*EMControl电磁兼容性检查工具。

*SynplifyFPGA/CPLD综合工具。

*HDLAnalystHDL分析器。

*AdvancedPackageDesigner先进的MCM封装设计工具。

1.2.2、逻辑设计与验证（LDV）设计

这部分的软件大家都应该是很熟悉的，因为pc版的d版好象现在已绮很普及了。

这里简单介绍一下cadence的ldv流程，虽然感觉大家用synopsys还是居多。

首先是老板产生一个创意，然后就是设计人员（学生）使用vhdl或者是verilog语言对设计来进行描述，生成hdl代码。

然后，可以用Verilog-XL,NC-Verilog,LeapfrogVHDLNC-VHDL等工具来进行行为级仿真，判断设计的可行性，验证模块的功能和设计的debug。

然后是调试和分析环境中使用代码处理箱（verisure/forverilog）（VHDLCover/forVHDL）分析仿真结果，验证测试级别。

然后用AmbitBuildGates进行综合，并使用综合后的时延估计（SDF文件）来进行门级仿真，然后再使用verifault进行故障仿真。

2.电路设计总方案

2.1工作原理

这里我采用由555定时器组成多谐振荡器来产生方波。

2.2电路结构及逻辑功能 

图2.1555时基电路及其引脚图

 图2.1为555时基电路的电路结构和8脚双列直插式的引脚图，由图可知555电路由电阻分压器、电压比较器、基本RS触发器、放电管和输出缓冲器5个部分组成。

它的各个引脚功能如下：

1脚：

GND（或Vss）外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。

     8脚：

VCC（或VDD）外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5～16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3～18V。

一般情况下选用5V。

2脚：

TR低触发端。

3脚：

OUT（或Vo）输出端。

 4脚：

R是直接清零端。

当R端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。

5脚：

CO（或VC）为控制电压端。

若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。

6脚：

TH高触发端。

7脚：

D放电端。

555定时器的主要功能取决于比较器，比较器的输出控制RS触发器和放电BJT T的状态。

当1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器的基准电压分别为2/3Vcc，1/3Vcc的情况下：

当TH高触发端加入的电平小于2/3Vcc，TL低触发端的电平大于1/3Vcc时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器R=1、S=1，触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。

 当TH高触发端6脚加入的电平小于2/3Vcc，TL低触发端的电平小于1/3Vcc时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器置“1”，放电三极管截止，输出端Vo为高电平。

因7脚为集电极开路输出，所以工作时应有外接上拉电阻，故7脚为高电平。

 当从功能表的最后一行向倒数第二行变化时，电路的输出将保持最后一行的状态，即输出为高电平，7脚高电平。

只有高触发端和低触发端的电平变化到倒数第三行的情况时，电路输出的状态才发生变化，即输出为低电平，7脚为低电平。

综合上述分析，可得555定时器功能表如下表1：

表1555定时器功能表

根据555定时器的这种原理改变阈值电压的值使之输出高电平或低电平，就可以产生方波，我们再通过改变电阻的值来控制高低电平的时间就可以调占空比了 .

2.3 整体电路设计

图2.2方波发生器总原理图

如图2.2所示，这是一个无线电信号线路和电视的最有用的方波发生器项目 。

方波是最适合用于测试信号的中频（IF）地带，将通过中频变压器没有任何衰减，不管是什么电路的调谐频率。

555timer是配置非稳态运行，这意味着它将触发本身作为一个多谐振荡器自由运行。

计时元件电阻R1，R2和电容器（C1 - 6）在此图中显示的值，产生的六个频率1Hz的，10HZ，100HZ，1KHZ ，如果你想产生一个可变频率10kHz到100kHz 您可以用一个100K的迷你系列10 K电阻微调电位连接，68K电阻 。

这方波振荡器的电子项目，可提供5至18伏直流输出电压从电源供电，但通常建议使用9伏直流电源 。

2.3.1系统方案分析 

 用555定时器组成的多谐振荡器如图2.2所示。

接通电源后，电容C被充电，当Vc上升到2Vcc/3时，使Vo为低电平，同时放电三极管T导通，此时电容C通过R2和T放电，Vc下降。

当Vc下降到Vcc/3时，Vo翻转为高电平。

电容器C放电所需的时间为 

Tpl=R2Cln2=0.7R2C 

当放电结束时，T截止，Vcc将通过R1、R2向电容C充电，Vc由Vcc/3上升到2 Vcc/3所需的时间为 

Tph=（R1+R2）Cln2=0.7（R1+R2）C 

当Vc上升到2 Vcc/3时，电路又翻转为低电平。

如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。

电路的工作波形如图2.3，其振荡频率为 

f=1/（Tph+Tpl）=1.43/（R1+R2）C 2 

图2.3电路的工作波形

由于555定时器内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，用555定时器组成的多谐振荡器的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。

图2.3所示的Tph不等于Tpl，而且占空比固定不变。

如果要实现占空比可调，可采用图（c）所示电路。

由于电路中二极管D1、D2的单向导电性，使电容器C的充放电回路分开，调节电位器，就可调节多谐振荡器的占空比。

图中，Vcc通过Ra、D1向电容C充电，充电时间为 

Tph=0.7RaC 

电容器C通过D2、Rb及555中的三极管T放电，放电时间为 

Tpl=0.7RbC 

因而，振荡频率为 

f=1/（Tph+Tpl）=1.43/（Ra+Rb）C 

电路输出波形的占空比为 

q（%）=Ra/（Ra+Rb）*100% 

3电路的仿真

3.1原理图的绘制

图3.1proteus上画的原理图

如图3.1所示，计时元件电阻R1，R2和电容器（C2 - 7）在此图中显示的值，产生的六个频率1Hz的，10HZ，100HZ，1KHZ ，如果想产生一个可变频率10kHz到100kHz 可以用一个100K的迷你系列10 K电阻微调电位连接，68K电阻 。

这方波振荡器的电子项目，可提供5至18伏直流输出电压从电源供电，但通常建议使用9伏直流电源 。

3.2原理图的仿真

图3.2仿真电路图

如图3.2所示，在原理图上按一个示波器就可以对原理图进行仿真，点击左下角的运行按钮，可以得到示波器显示的波形，这里得到的波形如图3.3所示，上下拨动SW1改变电容，可以改变其输出方波频率如图3.4所示。

图3.3仿真波形1

图3.4波形仿真2

4PCB图的绘制

首先在OrCADcaptureCIS中画出电路原理图，如图4.1所示

图4.1555方波发生器的原理图

为了节省时间，这里的可变电容调节器我用的是一个0.01uF的电容代替的。

原理图画出来后，检查原理图的电气规则是否有错误，选中工程，点击菜单栏tools下的DRC检查，不报错，说明电路电气设计合理。

然后开始生成网络表，选中工程，点击tools下的生成网络表，出现图4.2所示的设置栏。

4.2网络表生成设置栏

的点击确定，生成网络表，保存在一个文件夹下。

然后打开OrCADPCBeditor，新建一个文件如图4.3所示。

图4.3新建菜单栏

点击下一步，一直到设置样板长度的页面，如图4.4所示。

图4.4设置菜单栏

设置出样板大小，继续下一步，选择样板的形状。

然后完成了一个新建样板的创建。

然后导入在capture中原理图生成的网络表，就能得到生成的元件，在摆放元件，点击自动布局，就能得到自动布局的PCB图，如果要使得到的PCB图更加美观，可以选择手动布线。

这里手动布线得到的PCB图，如4.5所示

图4.5生成的PCB图

然后进行DRC检查，能够通过DRC检查，说明PCB图没有电气错误。

5心得体会

 随着科技的迅猛发展，单片机已经成为了当今高新技术的中坚力量，站着主导地位，在日常生活中随处都可以见到应用单片机的系列产品，因此，掌握单片机的开发技术是十分重要的。

在本次的Proteus应用软件训练中，主要是针对Proteus软件工作环境的熟悉以及掌握基本的操作，实现电路原理图的绘制及电路仿真的实现。

在这次课设中，我学到了很多的东西，对此软件也有了大致的了解，巩固了在单片机课中所学的知识，而且还学会了一些在书本以外的知识，丰富了我的单片机知识。

通过这次的课程设计，我充分认识到理论与实际相结合的重要性，理论知识再丰富，没有实际的操作经验自身的额能力是不会有所提高的，这样还可以锻炼我们的实际动手操作能力和独立思考能力。

在这次的而课程设计中，我也遇到了很多的困难，首先是单片机的编程，经过调试将存在的错误改正后，由于对Proteus软件工作环境的不熟悉，造成了很多的错误，

参考文献

[1] 谢自美《电子线路设计.实验.测试（第三版）》武汉：

华中科技大学出版社。

2000年7月  

[2] 杨帮文《新型集成器件家用电路》北京：

电子工业出版社，2002.8  

[3] 李炎清《毕业论文写作与范例》厦门：

厦门大学出版社。

2006.10  

[4] 潭博学、苗江静《集成电路原理及应用》北京：

电子工业出版社。

2003.9  

[5]陈梓城《家用电子电路设计与调试》北京：

中国电力出版社。

2006

本科生课程设计成绩评定表

姓名

性别

男

专业、班级

电子1001

课程设计题目：

基于555的方波发生器设计

课程设计答辩或质疑记录：

成绩评定依据：

最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）

指导教师签字：

年月日