AltiumDesigner教程课程设计报告-波形发生器

-1-******师范大学*****学院课程报告课程名称：AltiumDesigner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2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AbstractWaveformgeneratoriswidelyusedinmajoruniversitiesandresearchestablishments.Withadvancesintechnology,socialdevelopment,asinglewaveformgeneratorcannotmeetpeople'sneeds,andwedesignedisavarietyofwaveformgenerator.Inthispaper,pulsecircuitdesignavarietyofdigitalwaveformgenerator,thegeneratorcanbe555digitalchipopamptoformtheRCintegralcircuit,werelow-passfiltercircuittoachieveasquarewave,trianglewaveandsinewaveoutput.Itsproductioncostisnothigh,thecircuitissimple,easytouse,effectivesavinghumanandmaterialresources,withpracticalvalue.Keywords:Multivibrator;integral;circu;1绪论31.1AltiumDesigner的发展介绍AltiumDesignerSummer即AltiumDesigner7.0，AltiumDesigner7.0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AltiumDesigner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。（AltiumDesigner完全取代了Protel）AltiumDesignerSummer08新增汇入AllegroPCB(*.brd)的转文件功能。AltiumDesigner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。AltiumDesigner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AltiumDesigner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AltiumDesignerSummer08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。42.设计方案简述2.1.设计要求①．设计、组装、调试方波、三角波、正弦波发生器。②．输出波形：方波、三角波、正弦波；③．频率范围：在50－1000Hz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5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。63详细设计3.1altiumdesignersummer08的初始设置1.启动altiumdesignersummer08；2.建立电路板文件：File\New\project\pcbproject，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BrowsePCB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（currentlayer）的变化，及对应颜色的变化；5.电路板管理器BrowsePCB①Browse/Libraries,添加删除元件库（add/remove），放置(component/place)编辑元件(component/edit)；②Browse/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)；③Browse/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)；④Browse/NetClasses,对网络分类管理；⑤Browse/ComponentsClasses,对元件分类管理；⑥Browse/Violations,检查PCB上违背规则的错误；6.电路板层增减Design/layerstackmanager；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7用Place/Track，在Keepoutlayer定义电气外形尺寸，在mechanicallayer定义机械外形尺寸（用Edit/Origin或PlacementTools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。3.2altiumdesignersummer08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altiumdesignersummer08\Schematic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altiumdesignersummer08/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protel99se/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。8二、原理图的设计流程图如下图3-1所示。图3－1原理图设计流程3.2.2altiumdesigner的操作（1）启动altiumdesignersummer08，出现以下启动界面，如图1－2所示。9图3－2启动界面（2）创建PCB文件夹图3－3新建的原理图文件和PCB文件10（3）元件库的添加图3－4原理图元件封装库的添加（4）文件的保存图3－5文件工程的保存113.2.3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)12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。133.2.5三角波--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R2→R3→RP→C2；C2的放电回路是C2→RP→R3→IC的7脚(放电管)。由于R3+RP》R2，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。14总电路图