protel函数信号发生器

沈阳理工大学课程设计专用纸I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，正余弦波形沈阳理工大学课程设计专用纸II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.............................................33Protel99SE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.....................................................83.4ERC电气规则检查................................................104PCB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................................................................17沈阳理工大学课程设计专用纸11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protel99SE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图1整体原理框图比较器积分器差分放大沈阳理工大学课程设计专用纸22.2.1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可以改变振沈阳理工大学课程设计专用纸3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，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。沈阳理工大学课程设计专用纸4图5函数发生器整体原理图3Protel99SE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Protel99SE环境。（2）使用菜单File/New或File/NewDesign建立新设计数据库文件，如图6。（3）使用菜单File/New，选择SchematicDocument图标。将原理图文件打开。图6新建原理图文档沈阳理工大学课程设计专用纸53.1.2设置编辑环境（1）选择菜单【Design】/【Options…】，弹出“DocumentOptions”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（ElectricalGrid）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7Design/Option菜单显示的SheetOptions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AutoPanRecenter，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AddTemplatetoClipboard前的对号。若是要在标题栏中输入一些内容，就应该在ConvertSpecialStrings前加上对号。图8Tool/preference菜单显示的GraphicalEditing对话框沈阳理工大学课程设计专用纸6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添加元件库沈阳理工大学课程设计专用纸7点击Add/Remove按钮，出现图11所示“元件库添加、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“SelectedFiles”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“MiscellaneousDevice.ddb”和“ProtelDOSSchematicLibraries.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。沈阳理工大学课程设计专用纸8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）沈阳理工大学课程设计专用纸9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：Libref: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沈阳理工大学课程设计专用纸10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。Parttype：设置元件的数值。注意：每个元件的Footprint必须要填上相应的封装号。3.4ERC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16ERC电器检查结果4PCB设计Protel99SE提供了非常强大的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，Protel99SE提供了布线