计算机电子线路制图课程设计.docx
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计算机电子线路制图课程设计
课程设计说明书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。
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课程设计说明书NO.2
一、设计方案论证
1、概述
常用的方波和三角波发生电路是由集成运放积分电路和滞回比较器组成的，将矩形波进行积分，可以得到线性度比较好的三角波，因此，将滞回比较器和积分电路适当地连接起来，即可组成三角波发生电路，而且三角波和方波的性能得到很大的改善。
集成运放构成的方波和三角波发生器的电路还有其他形式，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。
图1示出了一个三角波发生器电路，其中集成运放A组成滞回比较器，B组成积分电路。
滞回比较器的输出加在积分电路的反相输入端进行积分，而积分电路的输出又接到滞回比较
2、方波——三角波总体框图
图1方波——三角波总体框图
3、方波——三角波原理框图
图2方波——三角波原理框图
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课程设计说明书NO.3
图2示出了一个三角波发生器电路，其中集成运放A组成滞回比较器，B组成积分电路。
滞回比较器的输出加在积分电路的反相输入端进行积分，而积分电路的输出又接到滞回比较器的同相输入端，控制滞回比较器输出端的状态发生跳变。
二、单元电路设计过程
1、单元电路结构
方波——三角波发生电路主要由以下两部分组成
图3滞回比较器图4积分电路
工作原理：
三角波发生器的电路，其中集成运放A1组成滞回比较器，A2组成积分电路。
滞回比较器的输出加在积分电路的反相输入端进行积分，而积分电路的输出又接到滞回比较器的同相输入端，控制滞回比较器输出端的装条发生跳变。
假设t=0时积分电容上的初始电压为零，而滞回比较器输出端为高电平，即uo1=+Uz。
因集成运放A1同相输入端的电压u+同时与uo1和uo有关，根据叠加定理
可得
此时uo=0，而u01=+Uz，故u+也为高电平。
而当uo1=+Uz时，经反向积分，输出电压uo将睡着时间往负方向线性增长，则u+将随之逐渐减小，当减小至u+=u-=0时，滞回比较器的输出端将发生跳变，使uo1由+Uz跳变为-Uz，此时u+也将跳变成为一个负值。
当uo1=-Uz时，积分电路的输出电压uo将随着时间往正方向线性增长，u+将随之逐渐增大，当增大至u+=u-=0时，滞回比较器的输出端再次发生跳变，u01由-Uz跳变为+Uz。
以后舒服上述过程，于是滞回比较器的输出电压u01成为周而复始的矩形波，二积分电路的输出电压uo也成为周期性重复的三角波。
方波和三角波的振荡频率相同，其值为
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课程设计说明书NO.4
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为稳压管的电压根据题目设计要求，输出波形频率需1000Hz，幅度≥2V，设置元件参数见原理图。
已知Uz=6V；设C=0.01uf，R1=R2=28K，f=1000Hz；由公式
，
可求出
R5=25K.
2、选定仪器列表
表1：
仪器列表
结构
名称
符号标识
个数
滞回比较器
电阻
R1、R2、R3
3个
集成运放
A
1个
稳压管
D1、D2
2个
积分电路
电阻
R4、R5
2个
集成运放
B
1个
电容
C
1个
三、仿真原理图
1、用DXP软件绘制的仿真原理图如下：
图5用DXP软件绘制的仿真原理图
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课程设计说明书NO.5
2、仿真元件列表
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
LM324N
UA
UB
集成运算放大器
DIP-14/D19.7
LTOperationalAmplifier.IntLib
Res2
R1、R2
电阻
28K
AXIAL
-0.4
MiscellaneousDevices.IntLib
R3
4K
R4
43K
R5
25k
1N5233B
D1、D2
稳压管
DIO7.1-3.9X1.9
FSCDiscreteDiode.IntLib
Cap
C
电容
0.01uf
RAD
-0.3
MiscellaneousDevices.IntLib
VSRC
Vcc
Vee
电源
15V
-15V
四、仿真分析方案
1、仿真类型及参数
1）本题目观测Vo1和Vo2的波形，仿真类型是瞬态分析
瞬态分析主要包括以下特点：
它用于求电路的时域响应；在其中可以设置Starttime,Endtime,Steptime,Maxsteptime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）选择的参数
起始时间为0终止时间为10ms
步长为20ns最大步长为200ns
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课程设计说明书NO.6
2、仿真分析步骤
1）进入ProtelDXP环境界面，安装元件库，常用元件库有MiscellaneousDevices.IntLib和SimulationSources.Intlib，另外还需要安装FSCDiscreteDiode.IntLib,TIOperationalAmplifier。
2）设计仿真原理图，双击仿真元件，设置仿真元件参数。
①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Parametersfor（参数）选项组中设置元件的标注。
②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Modelsfor（模型）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。
3）设置仿真类型和参数，执行DesignSimulationMixSim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。
图6：
设置参数表
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——起始时间、终止时间、步长时间以及最大步长时间。
4）运行仿真分析，自动进入仿真结果显示环境，观察输出结果。
3、数据记录
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课程设计说明书NO.7
表3：
数据记录表
观察点
波形
幅值
频率
Vo1
6.30V
988Hz
Vo2
6.67V
988Hz
五、仿真结果分析
1．仿真波形及测量值
Vo1仿真波形及测量值如下
图7：
Vo1矩形波仿真输出波形
图8：
矩形波输出波形频率及幅值
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课程设计说明书NO.8
Vo2仿真波形及测量值如下：
图9：
Vo2三角波仿真输出波形
图10：
三角波输出波形频率及幅值
以下是两波形同步比较：
图11：
波形同步比较
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2.误差分析
在实际工作中调整三角波的输出幅度和振荡周期时，在Uz值确定之后，应该先调整电阻R1和R2，使输出幅度达到规定值，然后在再调整R3和C使振荡周期满足要求。
三角波的输出幅度与稳压管的Uz以及电阻值之比R1/R2成正比。
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误差，另外参数的设置问题以及小数点的取舍都是影响结果的因素，而且人眼观察也是有一定的误差的，因此仿真结果会与理论值有一定差别也是可以允许的。
三角波的振荡周期则与积分电路的时间常数R3C以及电阻值之比R1/R2成正比。
由此可以看出电阻R1/R2、R3以及C的值可以产生误差。
六、印制电路板
1.设计步骤
（1）创建PCB设计项目和原理图文件。
（2）执行Design→NetlistforDocument→Protel命令，生成网络表文件。
打开网络表文件，检查是否所有元件都设置了正确的封装形式，网络连接关系是否正确。
（3）创建并打开印制电路板文件，进入印制电路板设计环境。
设置工作层，安装所有需要的元件封装库，在禁止布线层上绘制印制电路板的轮廓线。
（4）调入网络表
①在原理图环境中执行Design→UpdatePCBProject1.PcbDoc命令，打开EngineeringChangeOrder对话框。
②将添加空间操作设置为不允许，其他操作都设置为允许。
③单击左下方的ValidateChange（验证交换）按钮，进行检查。
查看检查是否通过，否则需要检查原理图中是否有错误。
④减低左下方第二个按钮ExecuteChange（执行交换），使变换生效。
执行通过后自动进入印制板设计环境，元件和连接关系已调入印制电路板环境中。
（5）元件布局
1在印制电路板设计环境中执行Design→Rules命令，打开设计规则设置对话框设置与布局相关的规则。
②执行Tools→Autoplacement→AutoPlacer命令，打开AutoPlace对话框，选择布局方
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课程设计说明书NO.10
式后单击OK按钮进行自动布局。
③手工调整元件的间隔和方向，使各元件间距合适，连接关系交叉最少。
④移动元件的标注到合适的位置，保存文件。
（6）自动布线
①执行Design→Rules命令，打开设计规则设置对话框。
在规则设置对话框中设置与电气及布线的相关规则。
②执行Auto→All命令，单击RouteAll按钮进行布线。
③布线完成后，执行Edit→Move→Drag命令拖拽变线到合适的大小。
（7）保存文件。
布线结果见图12
图12布线结果图
（8）以三维方式显示设计。
执行View→Boardin3D命令，以三维方式显示，见图13。
图13：
印制电路板3D显示
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课程设计说明书NO.11
七、设计体会
通过本次课程设计，基本的掌握了ProtelDXP的仿真技术以及仿真原理。
学习到了很多以前都不懂得的知识，也巩固了以前学到的知识。
基本上做到了如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高了自己的动手能力。
ProtelDXP对电子电路仿真的目的是电子电路原理图设计和仿真设计与PCB印制技术联系起来，设计者经过电子电路仿真后，马上可以制作PCB图或自动生成PCB图。
电子制图方面比较优越权威的仿真软件，它是一种非常有利的仿真分析和设计的工具。
ProtelDXP环境为设计者提供了强大的仿真分析功能，可以为模拟电子电路，数字电子电路进行静态工作点分析、瞬态分析、傅立叶分析、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。
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。
八、参考文献
1．李方明主编：
《电子设计自动化技术及应用》，清华大学出版社，2006年出版。
2．李方明主编：
《电子设计自动化技术及应用实验教程》，清华大学出版社，2008年出版。
3.闫石主编：
《数字电子技术基础》第四版，高等教育出版社.1998出版。
4.程昱主编：
《精通ProtelDXP电路设计》，清华大学出版社，2003年出版
5．康华光主编：
《电子技术基础（模拟部分）》第四版，高等教育出版社，1999年出版。
6.彭介华主编：
《电子技术课程设计指导》，高等教育出版社，2002年出版。
7.陈大钦主编：
《电子技术基础实验－电子电路实验、设计、仿真》，高等教育出版社，2002年出版。
8.零点工作室、刘刚、彭荣群主编：
《ProtelDXP2004SP2原理图与PCB设计》电子工业出版社,2007年出版
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