Altium Designer教程课程设计报告- 波形发生器.doc

*师范大学*学 院 课 程 报 告课 程 名 称： altium designer教程 题 目： 波 形 发 生 器 专 业 班 级： 08 电信 学 生 姓 名： * 学 生 学 号： * 日 期： 2011/1/5 指 导 教 师： * 物电学院教务部印制摘 要波形发生器广泛地应用于各大院校和科研场所。随着科技的进步，社会的发展，单一的波形发生器已经不能满足人们的需求，而我们设计的正是多种波形发生器。本文利用脉冲数字电路原理设计了多种波形发生器，该发生器可通过555数字芯片，运放来组成rc积分电路，低通滤波电路来分别实现方波，三角波和正弦波的输出。它的制作成本不高，电路简单，使用方便，有效的节省了人力，物力资源，具有实际的应用价值。关键词：多谐振荡器；积分电路；低通滤波电路abstractwaveform generator is widely used in major universities and research establishments. with advances in technology, social development, a single waveform generator can not meet peoples needs, and we designed is a variety of waveform generator. in this paper, pulse circuit design a variety of digital waveform generator, the generator can be 555 digital chip op amp to form the rc integral circuit, were low-pass filter circuit to achieve a square wave, triangle wave and sine wave output. its production cost is not high, the circuit is simple, easy to use, effective saving human and material resources, with practical value.keywords:multivibrator; integral; circu;1 绪论1.1 altium designer的发展介绍altium designer summer即altium designer 7.0，altium designer 7.0 不断通过为高速设计提供各种功能来提高用户生产力，这些功能包括交互式长度调整和 pcb 层片增强等功能。新增的库工具和各种新功能将 altium designer 提升成为统一的电子产品开发解决方案。这款最新的更新程序将进一步增强您的能力，让您能够在更短的“设计到制造”周期内生产更为尖端、更具创新性的电子产品。（altium designer完全取代了protel） altium designer summer 08新增汇入allegro pcb(*.brd)的转文件功能。 altium designer 提供了唯一一款统一的应用方案，其综合电子产品一体化开发所需的所有必须技术和功能。altium designer 在单一设计环境中集成板级和fpga系统设计、基于fpga和分立处理器的嵌入式软件开发以及pcb版图设计、编辑和制造。并集成了现代设计数据管理功能,使得altium designer成为电子产品开发的完整解决方案一个既满足当前，也满足未来开发需求的解决方案。 1.2 学习软件的意义由altium designer summer 08的介绍可以看出这一软件的工程非常强大，学习它是我们未来成为优秀电子工程师是必经之路。2. 设计方案简述2.1.设计要求设计、组装、调试方波、三角波、正弦波发生器。输出波形：方波、三角波、正弦波；频率范围 ：在501000hz范围内可调 ；2.2方波、三角波、正弦波发生器方案2.2.1 方案一原理框图 图2-1 方波、三角波、正弦波、信号发生器的原理框图首先由555定时器组成的多谐振荡器产生方波，然后由积分电路将方波转化为三角波，最后用低通滤波器将方波转化为正弦波，但这样的输出将造成负载的输出正弦波波形变形，因为负载的变动将拉动波形的崎变。2.2.2方案二原理框图 图2-2 正弦波、方波、三角波信号发生器的原理框图rc正弦波振荡电路、电压比较器、积分电路共同组成的正弦波方波三角波函数发生器的设计方法，电路框图如上。先通过rc正弦波振荡电路产生正弦波，再通过电压比较器产生方波，最后通过积分电路形成三角波。此电路具有良好的正弦波和方波信号。但经过积分器电路产生的同步三角波信号，存在难度。原因是积分器电路的积分时间常数是不变的，而随着方波信号频率的改变，积分电路输出的三角波幅度同时改变。若要保持三角波幅度不变，需同时改变积分时间常数的大小。2.2.3 函数发生器的选择方案函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件(如低频信号函数发生器s101全部采用晶体管)，也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块8038)。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题未采用单片函数发生器模块8038。方案一的电路结构、思路简单，运行时性能稳定且能较好的符合设计要求，且成本低廉、调整方便，关于输出正弦波波形的变形，可以通过可变电阻的调节来调整。而方案二，关于三角波的缺陷，不是能很好的处理，且波形质量不太理想，且频率调节不如方案一简单方便。综上所述，我们选择方案一。 3 详细设计3.1 altium designer summer 08的初始设置1.启动altium designer summer 08；2.建立电路板文件：filenewprojectpcb project，3.文件名改为“练习”,双击“练习”进入pcb编辑器；4.观察电路板管理器browse pcb和绘图工作区的下方板层标签，单击板层标签，可以切换到不同板层，注意电路板管理器下方当前板层（current layer）的变化，及对应颜色的变化；5.电路板管理器browse pcbbrowse/libraries,添加删除元件库（add/remove），放置(component/place)编辑元件(component/edit)；browse/nets,用于选择网络，在网络显示区选择一个网络，对其编辑（edit）或放大缩小（zoom）,节点显示区（nods）显示所选网络连接的节点（即原理图中的元件引脚，电路板中的焊盘），可以对节点定位（nods/jump）和编辑(nods/edit)；browse/component,用于选择元件，在元件显示区选择一个元件，对其编辑（edit）和定位（jump）, 焊盘显示区（pads）显示所选元件的焊盘（即原理图中的元件引脚），可以对节点定位（pads/jump）和编辑(pads/edit)；browse/net classes,对网络分类管理；browse/components classes, 对元件分类管理；browse/violations,检查pcb上违背规则的错误； 6. 电路板层增减design/layer stack manager； 7. 选择电路板层，根据实际电路的需要和各板层的作用，选择电路板层，design/options/layers； 8设置栅格大小和测量单位，design/options/ options，栅格意义与原理图中相同；9电路板画图环境设置，tool/preferences（tool/preferences/color/background改变背景颜色）；10手工设置电路板边缘尺寸：130mm*60mm的矩形pcb板用place/track，在keep out layer定义电气外形尺寸，在mechanical layer定义机械外形尺寸（用edit/origin或placement tools工具上的设原点工具，在左下脚设相对坐标原点）,用标尺标出尺寸；11使用向导定义一个尺寸为130mm*60mm砍去四角的pcb电路板：file/new/wizards；12.练习放置对象及其属性的设定。3.2 altium designer summer 08电路原理图的绘制3.2.1原理图设计过程 一、原理图的设计可按下面过程来完成。1. 设计图纸大小首先要构思好零件图，设计好图纸大小。图纸大小是根据电路图的规模和复杂程度而定的，设置合适的图纸大小是设计好原理图的第一步。 2. 设置altium designer summer 08schematic设计环境包括设置格点大小和类型，光标类型等等，大多数参数也可以使用系统默认值。 3. 旋转零件用户根据电路图的需要，将零件从零件库里取出放置到图纸上，并对放置零件的序号、零件封装进行定义和设定等工作。 4. 原理图布线利用altium designer summer 08/schematic提供的各种工具，将图纸上的元件用具有电气意义的导线、符号连接起来，构成一个完整的原理图。 5. 调整线路将初步绘制好的电路图作进一步的调整和修改，使得原理图更加美观。 6. 报表输出通过protel 99 se/schematic提供的各种报表工具生成各种报表，其中最重要的报表是网络表，通过网络表为后续的电路板设计作准备。 7. 文件保存及打印输出最后的步骤是文件保存及打印输出。 二、原理图的设计流程图如下图3-1所示。 图31原理图设计流程3.2.2 altium designer的操作（1）启动altium designer summer 08，出现以下启动界面，如图12所示。 图32启动界面（2）创建pcb文件夹 图33新建的原理图文件和pcb文件（3）元件库的添加 图34原理图元件封装库的添加（4）文件的保存 图35文件工程的保存3.2.3 方波发生电路的工作原理 图3-6 由555定时器组成的多谐振荡器用555定时器组成的多谐振荡器如图3所示。接通电源后，电容c2被充电，当电容c2上端电压vc升到2vcc/3时使555第3脚v0为低电平，同时555内放电三极管t导通，此时电容c2通过r3、rp放电，vc下降。当vc下降到vcc/3时，v0翻转为高电平。电容器c2放电所需的时间为tpl= ( r3 +rp) c2ln (3-1)当放电结束时，t截止，vcc将通过r1、r3、rp 向电容器c2充电，vc由vcc/3 上升到2vcc/3所需的时间为tph= (r1+r3+ rp) c2ln2=0.7( r1+r3+ rp) c2 (3-2) 当vc上升到2vcc/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4，其震荡频率为 f=1/（tpl+tph）=1.43/(r1+2r3+2rp) c2 (3-3) 图3-6 由555定时器组成的多谐振荡器工作波形3.2.4 方波-三角波转换电路的工作原理 图3-7 积分电路产生三角波 rc积分电路是一种应用比较广泛的模拟信号运算电路。在自动控制系统中，常用积分电路作为调节环节。此外，rc积分电路还可以用于延时、定时以及各种波形的产生或变换。由555定时器组成的多谐振荡器输出的方波经c4耦合输出，如图5所示为rc积分电路，再经r与c积分，构成接近三角波。其基本原理是电容的充放电原理。 3.2.5三角波-正弦波转换电路的工作原理 图3-8 三角波产生正弦波原理图原理：采用低通滤波的方法将三角波变换为正弦波。3.2.6总电路图 图3-9 函数发生器总电路图总电路图的原理：555定时器接成多谐振荡器工作形式，c2为定时电容，c2的充电回路是r2r3rpc2；c2的放电回路是c2rpr3ic的7脚(放电管)。由于r3+rpr2，所以充电时间常数与放电时间常数近似相等，由ic的3脚输出的是近似对称方波。按图所示元件参数，其频率为1khz左右，调节电位器rp可改变振荡器的频率。方波信号经r4、c5积分网络后，输出三角波。三角波再经r5、c6积分网络，输出近似的正弦波。c1是电源滤波电容。发光二极管vd用作电源指示灯。 总电路图的原理：555定时器接成多谐振荡器工作形式，c2为定时电容，c2的充电回路是r2r3rpc2；c2的放电回路是c2rpr3ic的7脚(放电管)。由于r3+rpr2，所以充电时间常数与放电时间常数近似相等，由ic的3脚输出的是近似对称方波。按图所示元件参数，其频率为1khz左右，调节电位器rp可改变振荡器的频率。方波信号经r4、c5积分网络后，输出三角波。三角波再经r5、c6积分网络，输出近似的正弦波。c1是电源滤波电容。发光二极管vd用作电源指示灯。 3.3 pcb原理图利用altium designer制图软件进行制图。打开altium designer制图软件，创建一个项目：pcb项目，然后在这个pcb项目里创建一个原理图和一个pcb文件。在原理图上，从软件的元件库里调出所需元件，按电路图接好线，可得如图11所示的正弦波、三角波、方波原理图。 图3-10 正弦波、三角波、方波产生原理图3.3.1pcb布线图将altium designer制图软件中的pcb原理图封装，布线。点击软件菜单栏中“设计”按钮，然后点击其下的“update pcb document.pcb2pcbdoc”按钮，就将pcb原理图封装，布线到创建的pcb文件上，如图3-11所示的pcb布线图。 图3-11 pcb布线图3.3.2pcb板三维图 在pcb布线图的视图中，点击菜单栏中的“查看”按钮，然后点击其下的“显示三维pcb板”按钮，就得到如图3-12所示的pcb板三维图。 图3-12 pcb板三维图3.3.3. pcb板底层布线图在pcb布线图的视图中，点击菜单栏中的“文件”按钮，然后点击其下的“打印预览”按钮，在出现的各图中就有如图3-13所示的pcb板底层布线图。 图3-13 pcb板底层布线图4 设计结果及分析4.1方波波形产生电路的实验结果把电路板的电源接好，将输出端接示波器，进行整体测试、观察。针对其出现的题进行排查校验，使其满足实验要求。可得到实测三角波波形如图4-1所示： 图4-1 实测三角波波形其部分参数如下所示： vpp=5.86v，prd=969.6us，vavg=720mv，freq=1.03khz4.2 方波-三角波转换电路的实验结果实测方波波形如图4-2所示 图4-2 实测方波波形4.3正弦波发生电路的实验结果 由示波器实测正弦波波形图为： 图4-3 实测正弦波波形由图可知波形有一点失真。波形有些失真调节rp可改变幅频、幅值大小。 4.4实验结果分析 输出的各波形的参数范围有些许的偏差，是因为在各原件的参数选择上有些偏差。正弦波稍微有点失真是因为积分电路中充放电的时间不够。5 总结这一月是电子cad实训，为期一月的实训结束了。实训的目的就是锻炼我们的实际动手能力。因为我们是本科生，要求的是不仅拥有本科生的理论知识，还要拥有我们独特的实践能力，因此这次实训是为了让我们更了解和数量的使用altium designer summer 08这个软件。老师说过；我们学电子cad不是为了做原理图而是为了做印刷电路板（pcb）。这次实训，老师给我们每人发了几张电路原理图纸。我们的任务就是把这几个电路原理图做出来。还要给元件封装，然后生成每个原理图的pcb图。做电路原理图的最大难题就是找元件，打开软件后，先把一些库加入,例如miscellaneoudevices.lib和sim.ddb这两个库给添加了进来。这些没有包含所有的元件，为了不用自己去做那些集成芯片元件，我还把motolar、inter、amd和mdos等几个公司的元件库给全部加了进来。然后再按p-p键进行查找和放置元件，找一些比如ca3140、8051、8031等芯片，这样就快一些了，还使用e-d键来删除放错和画错的连线，用v-f来显示整个原理图，用pageup和pagedown来放大和缩小，用p-w来防止线的，使用这些会计键可加快原理图的制造速度。创建好原理图稳定，设置图样的属性，然后放好元件和布局，再连好线后，就开始设置每个元件的封装形式了，当然有些元件在放置时就可先设置好封装形式，比如电阻用axial、无级性电容用rad、级性电容用rb等，发光二级管一般用sip封装形