protel函数信号发生器

1、沈阳理工大学课程设计专用纸 摘 要 Protel设计系统是世界上第一套将EDA环境引入到Windows环境中的EDA开发工具，是具有强大功能的电子设计CAD软件，它具有原理图设计、印刷电路板（PCB）、设计层次原理图设计、报表制作、电路仿真以及逻辑器件设计等功能，是进行电子设计最有用的软件之一。本次protel课程设计实现函数信号发生器的原理图绘制，PCB板图制作，以及电路仿真。运用uA747实现矩形波和三角波的输出，再经差分对管产生正余弦波形。 关键词：函数信号发生器，矩形波和三角波输出，正余弦波形目 录1 设计目的与要求12 电路原理分析与设计12.1 函数信号发生器原理简介12.2 函数

2、信号发生器原理分析12.1.1 矩形波电路组成及工作原理22.2.2 三角波电路组成及工作原理22.2.3 正弦波电路组成及工作原理32.3 函数信号发生器原理图33 Protel 99SE绘制图43.1 元件库的调用43.1.1 新建一个设计库43.1.2 设置编辑环境53.1.2 添加元件库63.2 放置元件73.3 原理图的布线83.4 ERC电气规则检查104 PCB设计104.1 生成PCB文件114.2 自动布线124.3 建立覆铜、补泪滴134.3.1 覆铜134.3.2 补泪滴14结 论16参考文献17II1 设计目的与要求 Protel是当今电子行业中常用的EDA工具，能够完

3、成原理图的绘制与仿真以及PCB板的制作，操作方便，功能强大。本次设计便是以protel 99SE为基础平台，综合运用其原理图（SCH）绘制，原理图（SCH）仿真以及印刷板（PCB）的制作功能，基本展现了protel的基本功能。该设计实现函数信号发生器的原理图绘制，PCB板图制作，以及电路仿真。运用uA747实现矩形波和三角波的输出，再经差分对管产生正余弦波形。2 电路原理分析与设计2.1 函数信号发生器原理简介函数信号发生器是一种能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。现在我们通过对函数信号

4、发生器的原理以及构成设计一个能变换出三角波、正弦波、方波的简易发生器。2.2 函数信号发生器原理分析 差分放大积分器比较器图1 整体原理框图2.2.1 矩形波电路组成及工作原理因为矩形波电压只有两种状态，不是高电平，就是低电平，所以电压比较器是它的重要组成部分；因为产生振荡，就是要求输出的两种状态自动地相互转换，所以电路中必须引入反馈；因为输出状态应按一定的时间间隔交替变化，即产生周期性变化，所以电路中要有延迟环节来确定每种状态维持的时间。 电路组成：图2为矩形波发生电路，它由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。RC回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过RC充、放电实现输出状态的自动转换。电

5、压传输特性如图2所示。图2 矩形波发生电路图设某一时刻输出电压uO=+UZ，则同相输入端电位uP=+UT。uO通过R3对电容C正向充电，如图中箭头所示。反相输入端电位uN随时间t增长而逐渐升高，当t趋近于无穷时，uN趋于+UZ；一旦uN=+UT，再稍增大，uO就从+UZ跃变为-UZ，与此同时uP从+UT跃变为-UT。随后，uO又通过R3对电容C放电，如图中箭头所示。反相输入端电位uN随时间t增长而逐渐降低，当t趋近于无穷时，uN趋于-UZ；一旦uN=-UT，再稍减小，uO就从-UZ跃变为+UZ，与此同时，uP从-UT跃变为+UT，电容又开始正向充电。 上述过程周而复始，电路产生了自激振荡，产生

6、矩形波。2.2.2 三角波电路组成及工作原理方波变三角波电路图3，该电路由密勒积分器A2和斯密特触发器A1构成，可以产生三角波和矩形波输出。振荡频率由密勒积分器的时间常数(R3+R4)C1和触发器的滞后电压Vcc(R1+R2)/(R1+R2+R3)确定，其中Vcc为电源电压。调节电阻R3可以改变振荡频率，而调节电阻R2既可以改变三角波的输出幅度，也可以改变振荡频率。A2输出三角波，A1输出矩形波，它们之间相位差为90度。图3 三角波发生电路图2.2.3 正弦波电路组成及工作原理利用差分放大电路实现三角波，波形变换的原理是利用差分放大器的传输特性曲线的非线性，波形变换过程如图4所示。由图可以看出

7、，传输特性曲线越对称，线性区域越窄越好;三角波的幅度Uim应正好使晶体接近饱和区域或者截至区域。用差分放大电路实现三角波到正弦波。图4 差分放大器的非线性特性图2.3 函数信号发生器原理图 将上述三个单元电路合成整体电路图，如图5所示。 图5 函数发生器整体原理图3 Protel 99SE绘制图3.1 元件库的调用3.1.1 新建一个设计库 （1）从Windows操作系统的开始菜单或桌面快捷图标进入Protel 99SE环境。 （2）使用菜单File/New或File/New Design建立新设计数据库文件，如图6。（3）使用菜单File/New，选择Schematic Document图标

8、。将原理图文件打开。图6 新建原理图文档3.1.2 设置编辑环境（1）选择菜单【Design】/【Options】，弹出“Document Options”对话框，如图7。注意根据原理图的大小，设置图纸尺寸，一般选择A4。同时要选择捕捉栅格（SnapGrid）和电气特性（Electrical Grid）复选框，注意电气栅格的尺寸一定要比捕捉栅格小，而可视栅格可以根据个人的喜好显示或不显示。画图方向一般都是横向。图7 Design/Option菜单显示的Sheet Options 对话框（2）使用菜单Tool/preference中设置图纸移动方式和速度等项内容。一般图纸移动方式为Auto Pa

9、n Recenter，移动速度为中等。为将原理图中的内容拷贝到文本编辑软件中，应该去掉Add Template to Clipboard前的对号。若是要在标题栏中输入一些内容，就应该在Convert Special Strings前加上对号。图8 Tool/preference菜单显示的Graphical Editing对话框 则出现原理图编辑窗口，如图9。图9 原理图编辑窗口3.1.2 添加元件库 绘制原理图，首先要添加所需的元件库，具体做法如下。 选取窗口中“Browse.Sch”中的“Libraries”,如图10。图10 添加元件库点击Add/Remove按钮，出现图11所示“元件库添

10、加、删除”对话框。图11 “元件库添加、删除”对话框 选取元件库文件，双击鼠标，此元件库就会出现在“Selected Files”框中。 点击OK按钮，完成该元件库的添加。3.2 放置元件单击编辑窗口左边的【Add/Remove】按钮添加“Miscellaneous Device.ddb”和“Protel DOS Schematic Libraries.lib”元件库。首先将所有元件都从库中取出来，放置在图纸上，并且调整好位置。设置各元件值并分别对元件编号和输入相应的封装号。元件放置图如图12所示。封装号及元件列表如图13所示。图12 元件放置图图13 元件清单图 3.3 原理图的布线元件布局

11、结束后，对器件间的管脚进行电气连接。单击工具栏中的（放置导线）按钮，执行连线操作，注意导线的起点与终点不可与元件的引脚重合或虚连。原理图绘制完成后，效果图如图14所示。图14 电路原理图 最后更改元件属性，用鼠标双击任一个元件都会弹出此元件的属性对话框。以图15电容属性对话框为例。图15 属性对话框 其中： Lib ref:元件样本，修改此项将直接替换原有元件，元件样本名不会显示在元件图中。 Footprint：元件的封装号。元件的封装是指设计PCB时，根据实际元件尺而定义的焊点，另外还附一些属性和元件外观的符号。 Designator：设置元件的序号。 Part type：设置元件的数值。

12、注意：每个元件的Footprint必须要填上相应的封装号。3.4 ERC电气规则检查当整个电路设计完成后，可以进行ERC检查。主要是检查电路图中是否有电气特性不一致的情况（如元件序列号重复，出现两个R1），ERC检查依据问题的严重性分别以错误(Error)或警告(Warning)信息来提示用户。选择Tools菜单下的ERC项，则弹出如下对话框，直接点击OK键即可进行ERC检查。ERC检查报告sheet1.ERC文件，如果有问题出现将用坐标标注重名元件位置。返回电原理图，改正错误的元件属性后，再次进行ERC检查，直到完全正确为止。图16 ERC电器检查结果4 PCB设计Protel 99SE提供

13、了非常强大的PCB电路板的绘制功能，可以通过原理图直接经网络报表生成PCB，Protel99SE还提供了非常强大的自动布局与自动布线功能，并且用户有更多的选择余地，例如，在自动布局中有最短连线，最小板面积两种布局方式，并且每种方式还有其他的参数选择，在自动布线上，Protel 99SE提供了布线规则的设置，可以设置布线的宽度、方向，布线的优先级，布线速度与过孔数目之间的衡量等多种选项。4.1 生成PCB文件 选择菜单Design/Netlist For Project/Protel命令，随后在project栏会多出一项Generated Protel Netlist，展开后有一个“*.NET”

14、，这就是生成的网络表。 网络表中主要内容分为两部分，一部分是各元件的属性参数，以方括号作为开头和结尾；一部分是各元件引脚的电气连接信息，以圆括号作为开头和结尾，如图17所示。图17 生成的网络表 然后新建一个PCB文件，点击design中的“导入网络表”，结果如图18所示。图18 生成PCB图4.2 自动布线先把重叠的元件拖开，当用鼠标左键点中任何重叠元件时，将弹出小的对话框，表示当前点中的地方重叠了几个元件，当移动鼠标到相应的字体上，字将全部变蓝，单击鼠标左键，便可获取一个元件，然后将其拖走。然后选择工具条上的 按钮，画边框，将图包含在密闭的曲线内。只要选择Auto RoeteAll选项，弹

15、出如图19所示的对话框。图19 Auto RoeteAll选项卡 点击Roete All，即可开始自动布线。布线结果如20所示。图20 自动布线结果Protel内集成了一个功能强大而品质高超的布线程序，能自动地设计出最佳的自动布线策略。 布线完毕后，执行菜单命令【Tools】/【Design Rules Check】，对短路情况和没有布置的连线进行检查，如果不存在错误，则电路板的布线完成。4.3 建立覆铜、补泪滴覆铜主要是为了提高电路板的抗干扰能力，由于电路板上的电路的工作频率较高，电磁干扰较强，如果不进行接地线覆铜操作，那么整个电路板的接地面积过小，将导致整个电路板的地电平不稳定，噪声很大，

16、容易产生干扰信号，从而导致电路板无法正常工作。4.3.1 覆铜选择菜单命令Place/Polygon Plane，在弹出的对话框中将覆铜方式设置为45角填充模式，选中Remove Dead Copper复选框，层面设置为Top Layer，其余设定为默认，点击OK，光标变为十字形。用光标画出覆铜的形状，系统自动建立顶层的覆铜。采用同样的方式，为PCB板的Bottom Layer层建立覆铜。图21 Toplayer层覆铜效果图图22 Bottom Layer层覆铜效果图4.3.2 补泪滴选择菜单命令Tools/Teardrops，在弹出的对话框中，在General一栏选择All Pads，Act

17、ion一栏选择Arc（泪滴的形状为圆弧形）。最终成果图如图23，图24所示。图23 Toplayer层最终效果图图24 Bottomlayer层最终效果图结 论这次课程设计历时一个星期多，本次课程设计与以往不同，更强调对EDA的实用，使我对电子设计自动化有了初步的认识。我认识到EDA技术在电子设计中以及实际生产应用中的重要性，EDA技术是在电子CAD技术基础上发展起来的计算机软件系统，是以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以

18、将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成。对我而言，此次课程设计的过程中我遇到了许多挫折,如软件使用中的很多问题,但我认为挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆。从拿到题目到具体设计，从学习到实践，在一个多星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，如对prot