PROTEL无线门铃电路设计课程设计任务书.doc

沈阳理工大学protel软件训练课程设计成 绩 评 定 表学生姓名x班级学号x专 业通信工程课程设计题目无线电子门铃电路设计评语组长签字：成绩日期 20 年 月 日课程设计任务书学 院信息科学与工程学院专 业通信工程学生姓名x班级学号 x课程设计题目无线电子门铃电路设计实践教学要求与任务:1.认真完成protel软件学习，熟练掌握其基本操作。2.绘制无线电子门铃发射与接收两端的电路原理图，要求布局符合电器规范、制图美观、可读性强。3.绘制与无线电子门铃发射端与接收端的电路原理图相应的双面印刷版图。4.完成并上交无线电子门铃电路设计的课程设计报告，要求条理清楚、图文并茂，能体现制图的必要过程。工作计划与进度安排:1月6日-7日 查阅资料学习protel基础知识，制定课题，学习基本原理。1月8日-10日 进行电路设计，绘制电路原理图及其双面印刷板图。1月11日 撰写课程设计报告，进行答辩验收。指导教师： 201 年 月 日专业负责人：201 年 月 日学院教学副院长：201 年 月 日摘 要本文介绍了一种新型无线遥控音乐门铃,它采用具有编码功能的遥控发射-接收专用集成电路.结合高音质机电式音乐门铃做声源,成为一种声音动听、门铃按钮与声源之间免去连线、安装方便的新型遥控高音质门铃.这种门铃具有功耗低规划和经营方针，成为摆在我国无线音乐门铃企业面前亟待解决的问题。无线遥控门铃企业的发展需要我们不断研究、不断创新，向着产品智能化、数字化、信息化方向发展。传统的门铃都为有线门铃，使用方便，极大地方便了大家的生活。如果在豪门大院或经常听不到门铃声的房主，有时总会不能及时接待来客，很是尴尬。现介绍如何制作一款无线遥控门铃，方便主人在房内各地使用，将门铃按钮安装在门上，来访者只要按下按钮，放在客厅、厨房或卧室的接收主机就会响起“叮咚”声或乐曲声，宏亮悦耳，告知有客人来了，距离在几米到几十米，一般都有15到20米远的距离。无线的门铃极大的方便了人们的生活。无线门铃充分利用了现代的科技，发挥集成电路的特色，使制作的成本大大的降低，同时比传统的有线门铃很有多的优势，具有方便快捷的特色！本文通过对无线电子门铃接收端与发射端电路原理图绘制及印刷电路板的设计，主要阐述了用protel 99 se软件来实现电路绘制以及双面印刷板建成的方法，通过电路图的设计训练，掌握protel 99 se软件的操作过程。关键字：无线电子门铃；protel 99 se；电路原理图；印刷电路板。目 录1. protel软件介绍12.无线电子门铃基本原理介绍2 2.1信号发射端原理介绍2 2.2信号接收端原理介绍33. protel 99 se软件绘制原理图4 3.1创建protel文件4 3.2元器件放置5 3.3 原理图绘制84. protel 99 se软件制作pcb图11 4.1元器件的布线和封装说明11 4.2发射端的pcb图12 4.3接收端的pcb图135. 设计总结166. 参考文献171. protel软件介绍protel99se是90年代初由澳大利亚protel technology公司研制开发的应用于windows操作系统下的eda设计软件，采用设计库联网模式，具有很强的数据交换能力和开放性及3d模拟功能，是一个32位的设计软件。共分5个模块，分别是原理图设计、pcb设计（包含信号完整性分析）、自动布线器、原理图混合信号仿真、pld设计。protel99se软件中提供了sim99se数模混合仿真器集成软件可以对许多电子线路进行模拟设计，模拟运行，反复修改。提供了接近6000各仿真元件和大量的数学模型期间，可以对电工电路，低频电子线路、高频电子线路和脉冲数字电路在一定范围内进行仿真分析。 仿真结果以多种图形方式输出，直观明了，可以单图精细分析，也可以多图综合比较分析、并可通过不同的角度进行分析，以获得对电路设计的准确判断。 它的主要特色有：（1） 可生成30多种格式的电气连接网络表；（2） 强大的全局编辑功能在原理图中选择一级器件，pcb中同样的器件也将被选中；（3） 同时运行原理图和pcb，在打开的原理图和pcb图间允许双向交叉查找元器件、引脚、网络；（4） 满足国际化设计要求（包括国标标题栏输出，gb4728国标库）；（5） 方便易用的数模混合仿真（兼容spice3f5）；（6） 强大的“规则驱动”设计环境，符合在线的和批处理的设计规则检查；（7） 智能覆铜功能，覆铀可以自动重铺；（8） 放置汉字功能；（9） 可以输入和输出dxf、dwg格式文件，实现和autocad等软件的数据交换；除此之外protel还有诸多便捷的功能，因此它当之无愧地排在众多eda软件的前面，是电子设计者的首选软件，它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，有些高校的电子专业还专门开设了课程来学习它，几乎所有的电子公司都要用到它，许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使用protel。它在现代电子线路设计方面扮演着越来越重要的角色，使得以前许多繁重的工作越来越省时省力。本设计中仅仅是基本的运用protel进行简单的电路原理和pcb图的绘制，算是大致学习protel软件的基本使用方法吧。172. 无线电子门铃基本原理介绍 无线的电子门铃主要包括以下几个主要部分：触发开关，信号发射端，信号接收端，音频功放电路。当客人来到家门口时，按下触发开关时，会使信号发射端发射出一个调频信号，通过信号接收端对调频信号解调，经过解调后的信号通过音频功放电路发出悦耳的音乐声音，提醒主人有客人来访，主人做出抉择：开门与否。原理框图如图2.1所示。 图2.1 无线电子门铃框图 2.1信号发射端原理介绍本次设计的发射模块采用振荡器产生发射信号，并通过功率放大器放大后发射出去。设计的电路框图如图2.2所示。 图2.2 发射极原理框图lc电容三点式振荡器产生的高频信号送入高频功率放大器，这里采用的是电容三点式振荡器，增加回路总电容和减小三极管与回路之间的耦合来提高振荡回路的标准性，使振荡频率的稳定度得以提高。高频功率放大器用于发射机的末级，将高频信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。为了确保高频功率放大器能够接收到信号的高频率稳定度，在lc谐振电路的输出极加一个射极跟随器作为缓冲器。1.lc振荡器本设计的发射模块采用lc电容三点式振荡器作为信号的发生器，这里应用的是一种改进型的电容三点式振荡器，即西勒振荡器。西勒振荡器由起能量控制作用的放大器、将输出信号送回到输入端的正反馈网络以及决定振荡频率的选频回路组成。没有输入信号，而是由本身的正反馈信号代替，当振荡器接通电源后，即开始有瞬变电流产生，经不断的对它进行放大、选频、反馈、再放大等多次循环，最终形成自激振荡，把输入信号的一部分送回输入端做输入信号，从而产生了一定频率输出的正弦波信号输出。 2. 缓冲器为了得到高频率稳定度的信号，在lc振荡器和高频功率放大器之间要接一个射极跟随器，射极跟随器对信号的放大倍数基本上为1，它的输入阻抗高，对前一级电路影响小，输出阻抗低带负载能力强。3.高频功率放大器 高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。为了获得较高的效率及最大输出功率pom将丙类功放的工作状态选为临界状态。功放级将前级送来的信号用倍频器（功放管为2n2222）进行功率放大，使负载（天线）上获得满足要求的发射功率。任务中要求整机效率较高，则应采用丙类功放。2.2信号接收端原理介绍 由图2.1可以看出来，当客人触发开关后，会使信号发生端产生一个音频信号，之后信号接收端接收音频信号，经过处理给音频功放电路。由于在空间中接收到的都是高频小信号，为了将接收到的高频小信号放大，必须采用一个高频小信号放大器，如图2.3为高频小信号放大器作为接收信号的原理框图。高频小信号放大器分频器蜂鸣器信号信号 图2.3 信号接收端的原理框图1.高频小信号放大器 高频小信号放大器是利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波，即交流信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的倍，是三极管的交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流(或电压)是原先的倍的大信号，这现象成为三极管的放大作用。经过不断的电流及电压放大，就完成了功率放大。2.分频器和蜂鸣器分频器将由小信号发生器发送出来的信号分频成中频信号，同时将模拟信号转换成数字信号，驱动蜂鸣器发声。3. protel 99 se软件绘制原理图3.1创建protel文件protel 的原理图的绘制是十分简单。首先要新建一个工程，将所需的文件都保存在工程里，工程是在绘制完原理图后进行仿真以及pcb板制作的基础，否则会产生仿真错误以及无法由原理图将原件导入pcb中，新建工程的类型选择为pcb project。具体绘制步骤如下： 图3.1 1. 打开protel 99 se,然后依次选filenew，在出现的对话框中点击ok,如图3.1所示。2. 点击filenew，出现如图3.2所示的窗口，选中schematic document点击ok,建立sheet1.sch文件,双击打开绘图界面如图3.3。若初始的元件不够，可以添加所需的元件库，然后就可以在空白处放置元件了。图3.2新建文档对话框图3.3图3.2 3.2元器件放置 1. 在选中所需的元器件后，先不要放置，可以按“tab”键对元器件的属性进行相关设置，包括标号以及相应的参数值设置如下图3.4所示。其中在绘制原理图时元件的标号默认是加“？”的，绘制过程中需要修改，可以采用放置历史元件的方法对元件自动编号。将designator后修改为所需的起始编号，放元件时会随元件数目增加，标号也会自动增加；footprint是元件的封装号，如to-18是晶体三极管npn的封装号。 图3.4 属性设置对话框 2. 本实验所需的元器件如下。表3.1 元器件列表序号名称型号数量1虚拟示波器xsc122滑动变阻器10k13电阻10k44电阻50k35电阻500k76电阻1k67电阻8k28电阻68k19电阻5k210电阻8k111电阻12k112电阻600113电阻3k114变压器tb_power_25_td1315可变电容30pf116电容1nf417电容10nf218电容1uf419电容0.1uf5202122电容 电容三极管55pf15pf2n222222623三极管2sa1213324三极管2n930225三极管28c2878126二极管in4006227直流电源1v119直流电源12v420直流电源15v421直流电源3v122交流电源1v123交流电源3v124二极管1n4006225极性电容100pf126极性电容0.1uf127电感10uh 1282930 电感电感电感1uh4.8uh200uh111 3. 在绘制原理电路图的时候，注意设置元器件的网络号、封装号和相关参数值。发射端电路元件放置图如图3.5所示，接收端元件电路元件放置图如图3.6所示。图3.5发射端元件放置图图3.6 接收端元件放置图3.3 原理图绘制1.发射端由lc振荡电路，缓冲器和高频功率放大器构成，发射端电路图如下图3.7所示。图3.7 发射端电路图2.接收端由小信号放大器和分频器和蜂鸣器构成，接收端电路图如下图3.8所示。图3.8接收端电路图3原理图绘制完毕后，需要对电器规则进行检查。点击toolserc，进行电气规则检查(erc)。发射端与接收端电路检查结果如下图3.9，图3.10所示。图3.9 发射端电路erc结果图3.10 接收端电路erc结果 4执行designcreate netlist命令，发射端及接收端生成网络报表如下图3.11，图3.12所示。 图3.11 发射端生成网络报表 图3.12 接收端生成网络表格4. protel 99 se软件制作pcb图4.1元器件的布线和封装说明 电气规则检查无误后，点击design-update pcb,进行相应的封装和布线。protel 99 se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，protel 99 se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 99 se 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。虽然通过protel 99 se的自动布局和自动布线功能十分方便，但在自动布局方面有时并不十分理想，尤其是在涉及高频的时候，在对元件的摆放有特别的限制，因此自动布局的效果往往不是很好。因而一般以自动布局为参考，要借用适当的手工更改某些元件的摆放位置的设计方式。但是自动布线之前，元器件的封装设置一定要正确。封装是很重要的步骤，元器件的封装号可以在相应的库里找到，也可以在网上搜索，保证正确即可，否则在绘制pcb图的时候会出现一些错误，这是我们不愿意看到的。本设计中采用的元器件有电容、电感npn三极管和等，相应元器件的封装号如下：res1：axial0.4cap： rad0.2npn： to-18 inductor: axial0.3trans4： sip5source voltage: power4capvar: rad0.1caracitor pol: rb.4/.8speaker: sip24.2发射端的pcb图1. 载入发射端电路网络表，执行designload netslist，结果如下图4.1所示。图4.1 网络表结果2. 没有错误后，点击execute生成初始pcb图，手工布局之后，在keepoutlayer窗口执行auto routeallroute all进行自动布线，发射端电路初始pcb图以及印刷板电路图如下4.2，4.3所示。图4.2 发射端电路初始布局图图4.3 发射端印pcb图4.3接收端的pcb图 1.载入接收端电路网络表，执行designload netslist，结果如下图4.4所示。图4.4 接收端网格表结果接收端电路初始pcb图以及印刷板电路图如下4.5，4.6所示。 图4.5接收端电路初始布局图图4.6 接收端pcb图5. 设计总结通过这次对无线电子门铃的设计，我收获颇丰，因为之前从来没有接触过protel软件，开始时可以说是毫无头绪，经过反复的查阅资料，我初步学会了该软件的基本操作以及用途，制定了课题，知道了本次课设本着对protel软件的训练，让我更加深入的理解了电子线路这类课