CAD课程设计--电压频率变换器.doc

2011 2012 学年 第 二 学期电压频率变换器课 程 设 计 报 告题 目 电压/频率变换器 专 业： 班 级： 姓 名： 指导教师： 电气工程系2012年6月6日任务书课题名称电压/频率变换器指导教师（职称）王忠良 执行时间2011 2012 学年第 二学期 第 十六 周学生姓名学号承担任务设计目的1. 掌握使用protel DXP绘制电路原理图2. 掌握使用protel DXP绘制电路PCB版图的方法3. 学会制作protel DXP的元件库设计要求1使用protel DXP绘制所设计的电压/频率变换电路的原理图2使用protel DXP绘制所设计的电压/频率变换电路的PCB版图，尽量使用单面板3对于元件库中没有的器件，须制作元件库4. 生成元件清单 摘 要Protel系列电子设计软件在CAD行业中，特别是在PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）设计领域具有多年发展历史的设计软件。由于功能强大，界面友好，操作简便实用，问世以后很快被广大电子设计工程师所接受和熟悉，并成为发展最快、应用最广的CAD软件之一。电压控制频率应用于振荡电路有很大的发展，在电压控制振荡电路中除了与PLL频率合成器组成频率可变范围较少的VCO以外，还有与控制电压准确成比例而频率变化范围较宽的VCO，这称为电压-频率（V/F）转换器或函数发生器。另一方面，频率信号抗干扰性好，便于远距离传输，可以调制在射频信号上进行无线传输，也可调制成光脉冲用光纤传送，不受电磁场影响。由于这些优点，在一些非快速而又远距离的测量中，如果传感器输出是电压信号，愈来愈趋向于使用电压/频率转换器，把传感器输出的信号转换成频率信号。本次课程设计利用输入电压的大小改变电容的充电速度，从而改变振荡电路的振荡频率，故采用积分器作为输入电路，积分器的输出信号去控制电压比较器或者单稳态触发器，可以得到矩形脉冲输出，由输出信号电平通过一定反馈方式控制积分电容恒流放电，当电容放电到某一阈值时，电容C再次充电，由此实现VI控制电容充电放电速度，即控制输出脉冲频率。关键词: V/F转换;Protel DXP.第一章 电压/频率变换器的原理1.1设计原理电压/频率变换器的输入信号频率f。与输入电压Vi的大小成正比，输入控制电压Vi常为直流电压，也可根据要求选用脉冲信号作为控制电压，其输出信号可为正弦波或者脉冲波形电压。本设计利用输入电压的大小改变电容的充电速度，从而改变振荡电路的振荡频率，故采用积分器作为输入电路。积分器的输出信号去控制电压比较器或者单稳态触发器，可得到矩形脉冲输出，由输出信号电平通过一定反馈方式控制积分电容恒流放电，当电容放电到某一阈值时，电容C再次充电。由此实现Vi控制电容充放电速度，即控制输出脉冲频率。1.2原理框图设计如图1-1所示：积 分 器单稳态触发器或电压比较器电 子 开 关恒 流 源图1-1 原理框图设计1.3用Protel DXP绘制总电路图1.3.1创建一个设计项目（1）执行菜单命令“FileNewPCB Project”，如图1-2所示，建立一个空的项目文件后的项目工作面板。图1-2（2）执行菜单命令“FileSave Project”，出现如图1-3所示的Save的对话框，在“文件名”下拉列表框中输入“Examples”作为项目文件名，在“保存在”下拉列表中选择“Examples”文件夹。图1-3（3）单击“保存”按钮。1.3.2新建原理图文件（1）执行菜单命令“FileNewSchematic”，在刚才建立的项目中新建原理图。或者右键单击Project工作面板中的amplifier.PrjPCB，在显示菜单中执行“NewSchematic”命令。或者单击Project面板中的Project按钮，然后再选择“NewSchematic”命令，都可以建立一个新的原理图文件，默认的文件名为Sheet1.SchDoc,新建项目和原理图文件后的窗口（2）执行菜单命令“FileSave”，在显示的“Save”对话窗中将新建的原理图以“Examples”为文件名保存在Examples 文件夹中，接下来就可以在打开的原理图编辑器中绘制原理图文件了。1.3.3原理图编辑器的启动在项目中完成原理图文件的建立以后，就可以进行原理图编辑了，或者在菜单栏中选择FileOpen，然后在打开的文件选择窗口中选择想要打开的原理图文件也可以启动原理图编辑器。1.3.4放置元器件（1）选择元件库。单击“Place Part”对话框中的浏览按钮，系统将弹出“浏览元件库”对话框，在该对话框中，用户可以选择需要放置的元件库。（2）选择元件库后，可以在Component Name列表中选择自己需要的元件，在预览框中可以看元件图形及管脚类型。（3）选择了元件后单击OK按钮。（4）元件调整在选择了元件还没放置前，按住Space键，即可以旋转元件。如果按住Tab键，则会进入“元件属性”对话框，用户也可以在属性对话框中进行设置。图1-4 总电路图第二章 PCB和报表的生成1.1创建PCB文件（1）在打开的Protel工程下，打开Files面板，在Files面板中选择New from template栏中的PCB Board Wizard选项，系统将打开PCB创建向导界面。（2）单击“Next”按钮，系统将进入PCB度量单位选择对话框，在这里可以选择度量单位英制（Imperial）或米制（Metric）。（3）选择好度量单位后，单击“Next”按钮，向导将弹出PCB尺寸形状设置窗口。（4）选择Custom选项后，单击“Next”按钮，进入用户自定义PCB参数设置窗口，在该窗口中可以设定PCB的各种参数。（5）设置好PCB形状大小参数后，单击“Next”按钮，系统弹出PCB层数设置窗口，这里选择的信号层（Singal Layer）和电源层（Power Plances）皆为两层。(6)单击“Next”按钮，系统弹出过孔选择窗口。(7)单击“Next”按钮，进入布线参数选择窗口。(8)设置好布线参数后，单击“Next”按钮，进入导线和过孔尺寸设置窗口，设置好后，单击“Next”按钮，然后单击“Finish”，完成PCB的创建，最后生成的PCB如图2-1（3D）,2-2所示。(9)创建好PCB之后，就可以将其保存，还可以执行“ProjectAdd to Project”菜单命令，将该文件直接添加到其他某个项目中。图2-1（3D）图2-22.1报表的生成2.1.1生成网络表打开设计好的原理图文件，选择菜单命令“DesignNetlist For ProjectProtel”,系统将自动在当前目录下添加一个与项目文件同名，以“.NET”为后缀的网络文件表。生成的网络表如下所示。C1CAPR2.54-5.1x3.2C2CAPR2.54-5.1x3.2C3CAPR2.54-5.1x3.2D1DIO7.1-3.9x1.9Diode 1N4448D2DIO7.1-3.9x1.9Diode 1N4448D3DIO7.1-3.9x1.9Diode 1N4448D4DIO7.1-3.9x1.9Diode 1N4448D5DIO7.1-3.9x1.9Diode 1N4448D6SFM-T2(3)/X1.7VDiode 10TQ035Q1BCY-W3/E42N3904Q2BCY-W3/E42N3904R1AXIAL-0.3R2AXIAL-0.3R3AXIAL-0.3R4AXIAL-0.3R6AXIAL-0.3R7AXIAL-0.3R8AXIAL-0.3R9AXIAL-0.3R10AXIAL-0.3R11AXIAL-0.3U1H08CAD644SH(NetC1_1C1-1D1-1D2-1R1-2U1-2)(NetC1_2C1-2D1-2R3-1U1-1)(NetC2_2C2-2R6-1U1-6U1-7)(NetC3_2C3-2U1-5)(NetD2_2D2-2D3-2Q2-3)(NetD3_1D3-1D4-2R10-2)(NetD4_1D4-1Q1-3R7-1)(NetD5_1D5-1Q2-2R9-2)(NetD5_2D5-2D6-1)(NetQ1_2Q1-2R8-2)(NetQ2_1Q2-1R11-2)(NetR3_2R3-2R4-1U1-2)(NetR8_1R8-1U1-3)(GNDC2-1C3-1Q1-1R2-1U1-1)(16VR4-2R9-1U1-4U1-4U1-8)(-16VD6-3R10-1R11-1U1-8)2.1.2生成元器件报表 生成元器件报表的操作为:打开欲操作的原理图，选择菜单命令“ReportBill of Material”，系统将自动列出项目中的所有元器件。如图2-3所示。图2-3第三章 设计总结使用Protel DXP进行设计是从创建一个项目开始，这些项目把所有的设计元素链接在一起，这些元素包括原理图、网络表源文件、PCB文件等一系列设计中的文件。通过此次的DXP课程设计，让我们熟悉了Protel DXP的工作环境和它的功能。Protel DXP在原理图输入过程中不仅可以方便地添加元件的信号完整性模型，还可以对某个网络定义具体的设计规则，甚至可以为某个元件的管脚定义设计规则。这让我们认识到Protel DXP是一个多么强大的软件，可以很方便的设计很多规则。电压/频率转换电路是将模拟电压信号转换成频率信号。由于U/F转换本身是一积分过程，其转换结果送给计算机是可采用简单的光耦结合，因而具有较强的抗干扰能力。U/F转换电路与计算机的接口比较简单，转换精度和线性度也比较好。通过这次的课程设计，加强了我们的动手能力，提高了我们的运用知识解决问题的能力。在整个方案设计中，我们运用了模拟电子的相关知识，包括：积分器、迟滞比较器等模块电路。在选择元件方面，我们使用了稳压管以及具有单向导通性的晶体二极管，从中我们学到了挑选元件的方法和元件的合理构架等书本上没有的知识。参考文献1 童诗白，华成英，模拟电子技术基础M.4版.北京：高等教育出版社，2006.2 阎石，数字电子技术基础M.5版.北京：高等教育出版社，2006.3 贾新章，OrCAD/PSpice9实用教程M.西安:西安电子科技大学出版社，2000.4 赵雅兴，PSpice与电子器件模型M.北京：北京邮电大学出版社，2004.5 臧春华，电子线路设计与应用M.北京：高等教育出版社，2004.6 谈世