CAD课程设计-调音台电路的ProtelDXP设计

一、多通道调音器电路的基本组成和工作原理1.1总体电路的基本组成整个电路系统由七个功能模块组成：（1）电源电路系统模块；（2）接收器电路系统模块；（3）信号输入信道系统模块（8条通道）；（4）信号输出信道与LED电平指示系统模块（2条通道）；（5）监控器电路系统模块；（6）混频器电路系统模块；（7）带通滤波器电路系统模块。1.2各个模块的基本工作原理1.2.1电源电路系统整个电源模块是由桥式整流电路和滤波电路组成，首先交流电U1通过电源变压器变为合适的交流电U2，然后交流电再通过由四个二极管组成的整流桥，将交流电U2变为脉动的直流电压U3，最后通过滤波电路和稳压电路将脉动的直流电压U3转换为平滑、稳定的直流电压U4，这就是实现了将交流电压转换为直流电压的功能。1.2.2接收器电路系统模块接收器的功能是接受外来信号，再将信号传送到耳机或扬声器。首先外来信号通过一个12路的选择器，将所有信号中的某一个频率的信号输入到接收器里，这个信号在通过一个集成运放将信号放大，再传送到耳机或扬声器里。由于在信号放大的过程中可能会产生失真，这样就会使接收器接收到的信号不准确，因此本设计在集成运放后在添加了OCL电路，增大输入阻抗，尽量消除交越失真，以完善其功能。1.2.3信号输入信道系统模块信号输入信道系统主要由多级集成运算放大电路组成。通过输入信号，信号先由第一级的集成运算放大器进行信号放大，然后分成两路进行再次放大，第一路通过两个积分放大电路形成的反相放大器将信号进行放大再输出，第二路通过同相放大电路将信号放大再由另一个端口输出，从而实现将声音信号转化为电信号。1.2.4信号输出信道与LED电平指示系统模块信号输出信道与LED电平指示系统模块由三级集成运算放大电路和显示电路组成，将信号输入信道系统模块输出来的信号进行三级放大，由LED显示模块显示出是哪个信道的信号输出。1.2.5监控器电路系统模块监控器电路系统模块由一级电压跟随器和一级集成运算放大电路组成，其中电压跟随器增大了电路的输入阻抗，从而增强了电路的信号抗干扰能力。1.2.6混频器电路系统模块混频器电路系统模块由两级集成运算放大电路组成，通过两个积分放大电路将输出的音乐信号与电子混响后的声音信号混合进行放大。1.2.7带通滤波器电路系统模块带通滤波器电路系统是由两级集成运算放大电路组成，其中一级为低通滤波电路，另一级则为高通滤波电路，可以只让一定范围频率的信号通过，而其它频率的信号则不能通过。二、多通道调音器电路的设计方案与设计步骤2.1设计方案本次设计采用自下而上的层次原理图的设计方法，先设计各部分的子原理图，再由各部分子原理图生成各部分的子原理图框图，最后连线，完成层次原理图的总图—方框图。2.2设计步骤2.2.1子原理图的绘制步骤（1）点击文件创建项目PCB项目,新建一个工程项目；（2）点击文件创建原理图,新建一个原理图，设置原理图图纸；（3）加载元件库、依次放置各元件、I/0口，更新元件流水号（4）采用导线进行电气连接，并放置网络标号；（5）检查原理图，并保存为相应的名称；（6）重复以上步骤，依次完成7个子原理图的绘制。2.2.2各功能模块的子原理图（1）电源电路系统模块，如图（1）所示图（图（1）电源电路模块（2）接受器电路系统模块，如图（2）所示图（图（2）接收器系统电路模块（3）信号输入信道系统模块，如图（3）所示图（图（3）信号输入信道系统模块（4）信号输出信道与LED电平指示系统模块，如图（4）所示图（图（4）信号输出信道与LED电平指示系统模块（5）监控器电路系统模块，如图（5）所示图（图（5）监控器电路系统模块（6）混频器电路系统模块，如图（6）所示图图（6）混频器电路系统模块（7）带通滤波器电路系统模块，如图（7）所示图（图（7）带通滤波器电路系统模块2.2.3由子原理图生成总原理图的步骤（1）文件创建原理图，创建一个总原理图；（2）设计根据图纸建立图纸符号，选择一个子原理图，生成相应的符号框图放置在总原理图合适位置；（3）重复以上步骤，依次放置7个模块的子原理图符号框图；（4）绘制导线和总线，完成各部分的电气连接，并放置网络标号。总原理图里有两个电路模块是多通道的，多通道的设计方法如下：1.双击击方块电路图，将弹出方块电路图的属性框；2.修改方块电路图的属性，如图（8）所示，点击完成即可图（图（8）多通道设置方法2.2.4总原理图最终得到的总原理图如图（9）图（图（9）总电路原理图2.2.5对整个工程文件进行编译和检查点击项目管理CompilePCBProject，如果编译后没提示Error，则电路图是正确的，如果出现了Error，则应该检查电路，并予以改正。编译出现以下“错误”是由于多通道端口的原因，可以忽略，继续进行PCB的布线2.2.6层次原理图之间的切换（1）总原理图切换到子原理图单击工具，当鼠标变为十字光标时，点击方块电路图，就可以切换到子原理图。（2）子原理图切换到总原理图单击，当鼠标变为十字光标时，点击子原理图的端口，就可以切换到总原理图。2.2.7生成原理图网络表文件单击设计设计项目的网络表Protel,即可生成原理图网络表，原理图网络表如下所示（截取部分进行说明）：[C1 元器件序号RAD-0.3 元器件封装形式][C2 元器件序号RAD-0.3 元器件封装形式][C3RAD-0.3][C4RAD-0.3](NetC44_1 元器件名称C44-1 与该元器件相连的引脚F1-2 （即PCB板上“C44-1”、“F1-2”、“S3-2”的引脚是相连的）S3-2)(NetC44_2C44-2S3-1T1-1)(NetC45_1C45-1D4-2D6-2U10-1)(NetC46_2C46-2D3-1D5-1U11-2)(NetD3_2D3-2D4-1T1-3)(NetD5_2D5-2D6-1T1-5)(NetF1_1F1-1J8-1)(三、电路系统的PCB设计3.1用向导创建新的PCB在file面板底部的“newfromtemplate”区域内，单击“PCBBoardWizard”选项来创建新的PCB文档。然后是设置各参数：选择英制，纸的尺寸选择20000mile*25000mile，信号层2层，电源层0，过孔方式为“thruholevisaonly’,选择过孔元器件、单根导线，然后采用系统默认的最小布线尺寸、最小焊孔外径、最小焊孔内径、最小布线间距，最后完成PCB向导。3.2导入PCB网络表,加载元器件（1）点击设计ImportChangesFromProject,就会出先如图（11）所示：（2）点击“使变化生效”检查有没有错误，然后点击“执行变化”即可加载元器件。图图（10）导入PCB网络表由于自动布局好时太长（约1个小时一次），而且布线的效果也不好，所以本次布线采用手工局方法，主要考虑以下的布局原则:机械安装：考虑到方便进出接线，接插件放置在印刷电路板边缘；电气性能：相关部分的元件放置在一起，电源部分放在电路板一角，有利于接线。采用稳压器、电压器等应该留出一定的空间或用散热片加以固定，以解决电路系统的散热问题。美观紧凑：元件排列有序、整齐（采用模块化布局），便于焊接；电源和接插件如前面所述放置在PCB板的四个角放置安装孔，以便于成品电路板的装配。在能完成布线的前提下，尽量减小P CB板尺寸在手工布局时候，对于多输入的（8个输入通道、2个输出通道），可以通过以下方法较为高效地布线：线把一个模块的room的元器件合理放置好位置，拖入pcb板内部菜单栏“设计”、“room空间”、“复制room空间格式”，当鼠标变成十字光标后，选择那个room，然后选择要修改的room，即可把前面设置好的那个room的布局复制到要修改的room中用此方法可以完成所有多通道room的布局手工布局完成后如图（11）图（图（11）手工布局完成图3.3元件自动布线规则设定在“设计”“规则”，可以对自动布线的规则进行设定，界面如下图（11）图图（11）PCB自动布线规则在布线规则中，比较重要的是导线的宽度和安全间距的设置（1）（电气）规则设定：clearance里修改“最小间隙”为10mile（2）布线规则设定：线宽preferredwidth、maxwidth选择12mile（3）（工艺）规则设定：采用系统默认（4）(阻焊层)规则设定：采用系统默认（5）（电源层）规则设定：采用系统默认（6）（测试点）规则设定：采用系统默认设置完规则后，就开始自动布线。方法：“自动布线”、“全部对象”、“routeall”，用双层板的布线规则布线，自动布线完成的图如下图（图（12）自动布线完成图3.4元器件标注的调整自动布线完成后，电路板上的元件标准显得很混乱，可以通过以下方法对其进行调整。（通常元件的标注放在元件正中间）（1） 点击“工具”里的“重新注释”，将弹出一个对话框，点击Ok，将生产成一个新的网络表；（2） 点击“设计”里的UpdateSchematicsinProject，将弹出一个对话框，点击yes，就可以更新元器件标注。然后调整电路板的边框，完成后，放置安装定位孔。方法是在安装定位孔的位置放置焊盘，然后修改焊盘的属性。3.5放置焊盘，并修改属性方法：（1）点击“放置”里的焊盘，在PCB板的四个角放置四个焊盘；（2）双击焊盘，将弹出焊盘的属性框，修改焊盘的属性。图（图（12）修改焊盘属性3.6覆铜为增强电路板的抗干扰能力，可对整个电路板的接地网络进行覆铜。方法如下：（1） 点击“放置”里的覆铜选项，将弹出一个对话框，将对话框里的NetOptions选项改为GND，点击确认即可。如图（13）所示图（图（13）覆铜属性设置（2） 对底下的信号层的接地网络进行覆铜，重复步骤（1）。3.7生成PCB报表点击“报告”里的“PCB板信息”、“报告”，就可以生成PCB报表。PCB报表如下（截取部分）SpecificationsForPCB3.PcbDocOn2016/5/30at11:47:10Sizeofboard21.39x24.817inchComponentsonboard564LayerRoutePadsTracksFillsArcsTextTopLayer26226902400BottomLayer02632000Mechanical1020302073Mechanical2032000TopOverlay0320741431286Keep-OutLayer04000DrillDrawing00002Multi-Layer12350000Total14978768281631361LayerPairViasTopLayer-BottomLayer297Total297Non-PlatedHoleSizePadsViasTotal003.8建立项目元件库将本设计的所有元件封装存入一个自己命名的元件库中，单击“设计”“生成PCB库”,即可生成一个元件封装后项目元件库。

四、设计过程遇到的困难及解决方法1.在元器件放置时，有些元器件不太好找，例如电源模块的那个“conmains”，开始时候没找到，后来通过看插孔（jack）的原理图，看到各引脚标注的名称和书上标注的一样，就明白了这个元件主要是一个3端插孔，分为火线、零线、地线，所以最后就选用了一个插孔来代替。另外，在放大器的放置过程也有几个放大器是和书本的图不太匹配的，最后老师指导说可以采用类似的代替，所以还是顺利地完成了各个原理图的绘制。2.绘制完原理图后，编译出现了不少错误，主要是以下几个方面：（1）网络标号放置的位置有点偏移，导致系统提示网络标号重复。根据提示把标号位置挪动以下，就正确了；（2）部分元器件流水号没有标注或者标注重复，导致编译提示错误。把全部流水号都编好号码，确认无重复后，就正确了；（3）提示网络标号包含多个输出口。经过老师指导后，知道这个是多端口的原因，不影响，可以忽略，继续进行后面的布线。3.在进行PCB布线时，自动布线的效果很不理想。通过看书本，用向导的方法创建PCB文件，设置PCB的一些相关的参数，再进行自动布线，得到的布局图就好多了。

五、心得体会本次课程设计的原理图主要应用的是模电的知识，由于模电学习没有学得很扎实，所以借助了网上查阅的一些资料以及书本的知识，才对原理图有了一个比较好的理解，也基本理解了各个模块的基本工作原理和功能。在设计中遇到了各种的问题，从原理图绘制到编译，遇到的关于元件和一些电气法则错误的问题，在自己的仔细摸索和书本查阅下，大多都解决了。然后就是PCB板的规划和布线，在最开始布线时候，没有很好的设置好PCB的参数（尺寸、禁止布线层），所以自动布线的效果很不理想。然后采用了一个新的方法——用向导来创建PCB，再进行布线，这次的自动布线的效果就挺好的，比较美观。在不断地检查和修整之下，最终完成了总原理图和各个子原理图、PCB板布局图，顺利地完成了多通道调音器电路的设计。通过这次“多通道调音器电路的ProtelDXP设计”的课程设计，我对ProtelDXP这个软件了解更加深入了，也更加熟练地使用这个软件进行原理图绘制、生成网络表、PCB板规划、自动布线和手动调整、调整元件标注及边框、覆铜、简历项目元件库。通过一个系统的设计流程，让我对PCB板的设计有了一个更加完整和深刻的认识。这次的课程设计很有趣，不但巩固了自己的一些电路原理知识，还增强了使用软件进行具体应用的电路原理图、PCB板设计的能力，获益匪浅。六、参考文献[1]李小坚、赵山林、冯晓军、龙怀冰.ProtelDXP电路设计与制版实用教程[M].北京：人民邮电出版社，2009[2]贺春华、陈先朝、何玉定、魏爱香.课程设计指导书[M].2014[3]杨婷等.电子CAD职业技能鉴定教程[M].广州：广东人民出版社，2014[4]赵建领.Protel电路设计与制版宝典[M].北京：电子工业出版社，2007.[5]唐俊翟、冯军勤、张曜.ProtelDXP应用实例教程[M].北京：冶金工业出版社，2004.[6]任富民.电子CAD-ProtelDXP电路设计[M].北京：电子工业出版社，2007. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现单片机嵌入式以太网防盗报警系统基于51单片机