课程高频设计报告.doc

武汉理工大学高频电子线路课程设计说明书目录1.电子设计EDA软件简介21.1 Protel概述21.2 Proteus概述32.无线话筒介绍53无线话筒电路原理63.1 原理框图63.2用protel画出电路原理图及原理分析63.3 PCB板图84Proteus 仿真94.1电路仿真原理图94.2 仿真波形105实物制作1051 具体制作过程1052 后期调试过程106元件清单117课程设计心得体会128. 参考文献131电子设计EDA软件简介1.1 Protel概述Altium(前身为Protel国际有限公司)由Nick Martin于1985年始创于澳大利亚，致力于开发基于PC的软件，为印刷电路板，提供辅助的设计。PCB（printed circuit board印刷电路板）。Altium 公司成功进行公开募股（IPO），于1999年8月在澳大利亚股票市场上市。所筹集的资金用于在2000年1月收购适当的公司和技术，包括收购ACCEL Technologies公司、Metamor公司、Innovative CAD Software公司和TASKING BV公司等。产品简介：Protel是目前EDA行业中使用最方便,操作最快捷，人性化界面最好的辅助工具。在中国用得最多的EDA工具，电子专业的大学生在大学基本上都学过protel 99se，所以学习资源也最广,公司在招聘新人的时候用Protel新人会很快上手。在电子行业的CAD软件中，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。早期的PROTEL主要作为印制板自动布线工具使用，运行在DOS环境，对硬件的要求很低，在无硬盘286机的1M内存下就能运行，但它的功能也较少，只有电原理图绘制与印制板设计功能，其印制板自动布线的布通率也低，而现今的PROTEL已发展到PROTEL99（网络上可下载到它的测试板），是个庞大的EDA软件，完全安装有200多M，它工作在WINDOWS95环境下，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server （客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100布通率。在国内PROTEL软件较易买到，有关PROTEL软件和使用说明的书也有很多，这为它的普及提供了基础。 Altium声称中国有73%的工程师和80%的电子工程相关专业在校学生正在使用其所提供的解决方案，而目前正版率只有3%左右。产品历史：1985 年 诞生 dos 版 Protel 1991 年 Protel for Widows 1997 年 Protel98 这个 32 位产品是第一个包含 5 个核心模块的 EDA 工具 1999 年 Protel99 构成从电路设计到真实板分析的完整体系。 2000 年 Protel99se 性能进一步提高，可以对设计过程有更大控制力。 2002 年 Protel DXP 集成了更多工具，使用方便，功能更强大。 2003 年 Protel 2004 对Protel DXP进一步完善。 2005年年底，Protel软件的原厂商Altium公司推出了Protel系列的最新高端版本Altium Designer 6.0。 Altium Designer 6.0，它是完全一体化电子产品开发系统的一个新版本，也是业界第一款也是唯一一种完整的板级设计解决方案。2006 年 Altium Designer 6.0成功推出，集成了更多工具，使用方便，功能更强大，特别在PCB设计这一块性能大大提高。 2008年 Altium Designer Summer 8.0 将ECAD和MCAD两种文件格式结合在一起，Altium在其最新版的一体化设计解决方案中为电子工程师带来了全面验证机械设计(如外壳与电子组件)与电气特性关系的能力。还加入了对OrCAD和PowerPCB的支持能力。但是就目前所有使用者的反馈来看，普遍认为Protel99SE是最好用的，最顺手的，都建议首选Protel99SE。据说Protel99SE的部分最新功能将兼容举世瞩目的图形制作，编辑和处理软件COREL DRAW。当初欧元硬币的设计解决方案由Corel DRAW来完成，COREL DRAW图形套件中，它集位图编辑处理，网页动画，网页发布，页面布局，向量动画等各种必要功能于一身。可以大大地提高专业创作的效率。1.2 Proteus概述Proteus软件是来自英国Labcenter electronics公司的EDA工具软件，Proteus软件有近20年的历史，在全球广泛使用，除了其具有和其它EDA工具一样的原理布图、PCB自动或人工布线及电路仿真的功能外，其革命性的功能是，他的电路仿真是互动的，针对微处理器的应用，还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，并实现软件源码级的实时调试，如有显示及输出，还能看到运行后输入输出的效果，配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等，Proteus能够很容易的为用户建立了完备的电子设计开发环境。 Proteus 产品系列也包含了革命性的VSM技术，用户可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真。不愧为一款非常优秀的单片机仿真软件。Proteus组合了高级原理布图、混合模式SPICE仿真,PCB设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计系统。此系统受益于15年来的持续开发,被电子世界在其对PCB设计系统的比较文章中评为最好产品“The Route to PCB CAD”。Proteus 产品系列也包含了我们革命性的VSM技术,用户可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真。用户甚至可以实时采用诸如LED/LCD、键盘、RS232终端等动态外设模型来对设计进行交互仿真。 PROSPICE 仿真器的一个扩展PROTEUS VSM:便于包括所有相关的器件的基于微处理器设计的协同仿真。此外，还可以结合微控制器软件使用动态的键盘，开关，按钮，LEDs甚至LCD显示CPU模型. 支持许多通用的微控制器,如PIC,*R,HC11以及8051. 交互的装置模型包括:LED和LCD显示,RS232终端,通用键盘,强大的调试工具,包括寄存器和存储器,断点和单步模式IAR C-SPY 和Keil uVision2等开发工具的源层调试应用特殊模型的DLL界面-提供有关元件库的全部文件 Proteus与其它单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机CPU的工作情况，也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。因此在仿真和程序调试时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变，而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。对于这样的仿真实验，从某种意义上讲，是弥补了实验和工程应用间脱节的矛盾和现象。交互的装置模型包括:LED和LCD显示,RS232终端,通用键盘,强大的调试工具,包括寄存器和存储器,断点和单步模式IAR C-SPY 和Keil uVision2等开发工具的源层调试应用特殊模型的DLL界面-提供有关元件库的全部文件 Proteus与其它单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机CPU的工作情况，也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。因此在仿真和程序调试时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变，而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。对于这样的仿真实验，从某种意义上讲，是弥补了实验和工程应用间脱节的矛盾和现象。2无线话筒介绍无线话筒，或称无线麦克风，是传输声音信号的音响器材，由发射机和接收机两大部分组成，通常称为无线麦克风系统。 发射机由电池供电，咪头将声音转换为音频电信号，经过内部电路的处理后，将包含音频信息的无线电波发射到周围的空间。 接收机一般由市电供电，由接收天线接收到发射机发出的无线电波，经过内部电路的处理，提取出音频信号，并通过输出信号线送到扩声系统中，完成音频信号的无线传输。一台接收机内通常可包含 1 套、 2 套或 4 套接收电路，分别接收 1 支、 2 支或 4 支无线麦克风的信号，分别被称为“一拖一”、“一拖二”或“一拖四”机型。其中以一拖二机型最为常见。 无线麦克风实质上是单向式无线通信系统。 本次课设所做的就是FM无线话筒，早期的无线麦克风也是采用FM调频来实现的，俗称FM是指FM 88-108MHz国际调频广播频段。后来采用石英振荡器产生发射与接收精确稳定的固定频率，这种麦克风及接收机只固定单一个频率配对使用。现在专业的无线麦克风都是采用频率合成（PLL Synthesized）方式，可以在预设的带宽内任意切换所希望的工作频道，从而达到避免受环境干扰又能实现同时使用多支无线话筒。由于无线高频传输除了受高频讯号干扰外，音频的频率响应还会受到高频调变特性的限制，动态范围也受到高频频宽的限制，所以会产生较大的失真，信噪比达不到70dB。直到70年代末森海塞尔研制HiDyn plus降噪系统成功后，才开辟了无线传输的新纪元，信噪比达到110 dB以上。1999年森海塞尔率先采用PLL技术和HiDyn plus降噪系统推出ew革命系列话筒，受到了全球各演出公司和电视台的青睐，该话筒采用先进的数码滤波技术，在相互频率超过200Khz后就不再受干扰，到目前为止还有很多厂家达不到这个水平。由于滤波不好在500Khz-1Mhz都会受到干扰。2004年森海塞尔在第一代的基础上推出ew第二代G2，该系列话筒性能更稳定，功能更强大。信噪比超过115dB,特别是500系列，不仅增加了带宽，预射频率，还内置均衡器，声检测模式，多种显示方式.非常直观的反映出发射器各种信息，比如射频、音频信号，电池容量，哑音开关等。当信号不稳定，失真，电池电量低，哑音打开时，接收机的蓝屏都会变成红屏，并提示出相关的信息，让调音师迅速作出反应。目前，市场上销售的麦克风主要分为两大类：一类是动圈式话筒。其主要特点是音质好，不需要电源供给，但价格相对较高。另一类话筒是驻极体话筒。其特点是耐用，灵敏度较高，需要1.53V的电源供给，音质比同价位的动圈式话筒要差一些。但其价格相对较低，适合作播音麦克风。无线话筒用途：1、无线话筒：用户在唱歌、讲话或者表演时可以360度的任意转动和移动，不会有电线绊脚、扯后腿。2、无线广播：老师在讲课时进行现场转播，可以无数学生用收音机收叫讲课，大大的增加了听课人数。3、无线叫卖器：在街上推销商品时，用无线话筒叫卖具有一定新颖性，会收到比普通话筒好的广告效果。4、无线窃听器：具有比较好的隐蔽性和安全性，可在远处用收音机耳机收听，不用担心现场碰面而尴尬。5、无线抱警器：实现一定距离的无人值守。例如在二楼监听一楼之门锁声音，起防盗报警器的作用。6、声控小彩灯：将大功率功放输出端的音箱改接成瓦数相当的6V、12V汽车电灯泡，调节音量合造位置。7、小型广播电台：适合学校、工厂等单位自行举办各种节目，可以播放音乐、新闻、通知等，用收音机听。8、电视伴音转发器：看电视时用耳机听可以不影响别人睡觉，但受耳机线长控制。9、读书记忆增强器：和助听器类似，将话筒对准自己，听自己的读书声来排除外界干扰，起集中注意力作用。3无线话筒电路原理3.1 原理框图无线话筒就是一个无线调频发射机。它主要包括音频收集，音频放大，载波振荡，调制电路和天线发射这几部分。3.2用protel画出电路原理图及原理分析 上图就是我用protel画出的无线话筒原理图，高频三极管VT9018和电容C2、C4、C6组成一个电容三点式的振荡器。三极管集电极的负载C3、L组成一个谐振器，谐振频率就是调频话筒的发射频率，根据图中元件的参数理论计算得发射频率可以在88108MHZ之间，正好覆盖调频收音机的接收频率，通过调整L的数值（拉伸或者压缩线圈L）可以方便地改变发射频率，避开调频电台。发射信号通过C5耦合到天线上再发射出去。R3是VT的基极偏置电阻，给三极管提供一定的基极电流，使VT工作在放大区。这种调频话筒的调频原理是通过改变三极管的基极和发射极之间电容来实现调频的，当声音电压信号加到三极管的基极上时，三极管的基极和发射极之间电容会随着声音电压信号大小发生同步的变化，同时使三极管的发射频率发生变化，实现频率调制。话筒MICPHONE可以采集外界的声音信号，这里用的是驻极体小话筒，灵敏度非常高，可以采集微弱的声音，同时这种话筒工作时必须要有直流偏压才能工作，电阻R1可以提供一定的直流偏压，R1的阻值越大，话筒采集声音的灵敏度越弱。电阻越小话筒的灵敏度越高，话筒采集到的交流声音信号通过C1耦合和R2匹配后送到三极管的基极。电路中K1是一个开关，开关可以控制电路的接入与断开，降低耗电、延长电池的寿命。3.3 PCB板图在protel中将上面所画的电路原理图进行电气规则检查、修改调整后生成网络表和材料清单，然后将网络表导入新建PCB文件中规划并绘制好PCB图，下面就是我上面的原理图所绘制出的PCB版图，因为有些器件的封装实在是找不到或者可能是PCB元件库里面没有的原因，少量元件无法进入PCB图中。下图为PCB平面图下图为PCB三维效果图4Proteus 仿真4.1电路仿真原理图为了便于观察仿真结果，实验中将驻极体换为正弦信号，输出的天线用示波器代替。该电路为电容三点式振荡器，C4，C6并联后再与C2串联。C=c2*(c4+c6)/(c2+c4+c6)，再由W=（LC）(-0.5) 最终得出f应该在80-110之间。4.2 仿真波形因三极管VT9018在Proteus元件库中找到，也找不到其他能代替的原件，因此仿真波形无法与理论分析相匹配，得到的这个波形图是完全错误的，经过不懈努力我始终不能仿真出真实的理论结果，不得不就此作罢。5实物制作51 具体制作过程 首先根据材料清单奔赴电子器件卖场买回所需所有元器件，回来后分类型全部粘贴在一张纸上并作好其特征值大小标注。准备好电烙铁、焊锡丝、手钳、剪刀、松香等工具，作好原件布局工作，然后就可以开始焊接工作了。按照原理图的布局进行焊接工作，将各元件放置于指定位置后遵照焊接规则进行一一焊接，注意不要出现虚焊和假焊等错误。52 后期调试过程焊完之后，先用肉眼检查一下是否有假焊,或者焊料用得太多而造成与临近短路,彻底查清楚后,才可进行校