电子电路CAD实训报告.doc

常熟理工学院课程设计报告 电子电路CAD 实训设计报告 题目 DAC 信号发生模块 系 别 物电学院 年 级 08 专 业 电子信息工程 班 级 一班 学 号 160408105,15,19,23,27 学生姓名 林磊，沈为荣，陈勇，邱术海，冯琪 指导教师 张惠国 设计时间 2011，04，16 目 录第一章 DAC信号发生器课题分析21.1课题概述：21.1.1 设计内容：21.1.2 设计的目的：21.1.3 设计的意义：21.2 电路设计方案和功能分析：3第二章 原理图介绍42.1 原理图绘制方法42.2 原理图库介绍：62.2.1创建原理图元件62.2.3创建新的原理图库62.2.4创建新的原理图元件62.2.5向原理图元件添加模型82.2.6查找定位模型文件82.2.7向原理图元件添加PCB 封装模型9第三章 PCB板介绍143.2 PCB库介绍143.3绘制中的问题及解决15第四章 总结与体会17参考文献18附录19第一章 DAC信号发生器课题分析1.1课题概述：函数发生器是一种常用的信号源,在教学、科研、生产、生物工程、遥控遥测等诸多领域得到广泛应用。随着微处理器日益广泛的应用和大规模集成电路技术的发展,能够产生多种波形且性能稳定的函数发生器不断被应用于生产设计中。在测试系统应用领域中，除了需要一些规则的信号如正弦波、方波、脉冲波、三角波之外，有时还需要一些不规则的信号，如模拟系统中各种瞬变波形、电子设备中出现的各种干扰杂波等，普通的信号发生器无法完成，因此需要用到任意波形发生器AWG(Arbitrary Waveform Generator)。在此基础上，本文提出了基于单片机和DAC900的任意波形发生器的设计思想。1.1.1 设计内容： 设计一块D/A卡，该卡具有对05V的模拟电压过微机系统的I/O输出能力，该卡通扩展槽与微机系统连接。选用芯片：DAC900/4等1.1.2 设计的目的：熟悉protel的应用设计原理，掌握DAC信号发生器的工作原理，设计一个DAC信号发生器，验证其功能的实现。1.1.3 设计的意义：电子电路CAD设计的任务是，通过短期的集中训练，使学生对电子电路CAD的软件（Protel）的掌握和理解更加深入，掌握印制电路板的设计技术和制作流程。要求学生根据题目的设计要求利用Protel软件完成设计项目一项，能够用于制版。电子电路CAD实训和单片机和接口技术实训及创新实训存在较强联系，学生对其他实训中使用的电路板原理的理解，能更好的发挥实训的整体教学效果1.2 电路设计方案和功能分析： 信号发生器的设计思路是将要产生的波形的一个周期的数字化样本，存放在一个波形存储器中(波形数据检索表)。然后通过一个地址发生器对检索表的波形数据周而复始地寻址读出，再经D/A变换和滤波后就可获得所需要的模拟波形，这种方法得到的波形很稳定而且波形信号的各个参数都方便在程序里修改。该模块的硬件电路主要由DAC900、I-V转换电路、16位缓冲器和线驱动器及滤波电路等构成DAC900是TI公司生产的14位高速集成DA转换器，通过控制时钟端进行并行数据传输并控制DAC的输出电流，本系统使用了单片机的14个数据管脚与一个时钟管脚来控制DA转换器。该模块的I-V转换电路采用反相比例器，将D/A转换器输出的电流转换成具有的一定驱动能力的电压信号。其滤波电路采用的是由OPA2830构成的二阶压控电压源低通滤波器，它由两节RC滤波器和同相放大电路组成。波形产生的算法正弦波产生可以通过函数来计算输出波形，使用这种方法，在示波器上可以得到很好的波形。 第二章 原理图介绍2.1 原理图绘制方法1.新建一个设计用菜单file/new新建一个设计，命名，选择文件路径，然后进入protel99se的标准界面（图2.1.1）。进入documents目录，用file、new命令，系统弹出文件类型的对话框。选择SCH设计系统，同时系统界面变为SCH设计界面。（图2.1.2）图2.1.1图2.1.22调入元件库（1） 单击Browse SCH选项卡进入原理图管理器。（2） 点击Add/Remove按钮，从对话框里选择要加入的原件库（3） 点击Add添加3 放置元器件 在元件库列表中选择所需器件，双击移动至工作平面适当位置，单击右键，即可放置的工作平面上。4 原理图的布线 用鼠标单击工具栏（wiring tools）中的wiring按钮，用鼠标连线即可。2.2 原理图库介绍：2.2.1创建原理图元件 PROTEL DXP 中提供的原理图库编辑器可以用来创建，修改原理图元件以及管理元件库。这个编辑器与原理图编辑器类似，使用同样的图形对象，比原理图编辑器多了引脚摆放工具。原理图元件可以由一个独立的部分或者几个同时装入一个指定PCB 封装的部分组成，这些封装存储在PCB 库或者集成库中。可以使用原理图库中的拷贝及粘贴功能在一个打开的原理图库中创建新的元件，也可以用编辑器中的画图工具。2.2.2原理图库原理图库作为重要的部分被包含在存储于AltiumLibrary 文件夹中的集成库内。要在集成库外创建原理图库，打开这个集成库，选择“YES”释放出源库，接下来就可以进行编辑。要了解更多的集成库信息，参阅集成库指南。你也可以从一个打开的项目中的原理图文件创建所有用到的元件的库，使用Design?Make Project Library 命令。2.2.3创建新的原理图库在我们开始创建新的元件前，先生成一个新的原理图库以用来存放元件。通过以下的步来完成建立一个新的原理图库。1. 选择File?New?Schematic Library 命令。一个新的被命名为Schlib1.SchLib 的原理图库被创建，一个空的图纸在设计窗口中打开，新的元件命名为Component_1。2. 选择File?Save As 命令，将库文件更名为SchematicComponents.SchLib，打开将存储库的文件夹，将文件更名为以“.SchLib”为扩展名的文件然后存储。3. 点击库编辑标签打开原理图库面板。2.2.4创建新的原理图元件要在一个打开的库中创建新的原理图元件，你通常要选择Tools?New Component 命令，但是因为一个新的库都会带有一个空的元件图纸，我们只需简单的将Component_1 更名然后开始创建我们的第一个元件，一个NPN 型三极管。1. 在原理图库面板列表中选中Componet_1，选择Tools?Rename Component命令。在New Component Name 对话框中输入新的可以唯一确定元件的名字，例如：TRANSISTOR NPN。2. 如果需要的话，使用Edit.Jump.Origin 命令将图纸原点调整到设计窗口的中心。快捷键“J,O”。检查屏幕左下角的状态线以确定你定位到了原点。Altium 公司提供的元件均创建于由穿过图纸中心的十字线标注的点旁。元件的参考点是在你摆放元件时你所抓取的点。对于一个原理图元件来说，参考点是最靠近原点的电气连接点（热点），通常就是最靠近的引脚的电气连接末端。3. 在库编辑器工作对话框中将捕捉栅格设为1，可视栅格设为10，选择Tools.Document Option 命令来打开这个对话框。点击“OK”按钮，接受其他的默认设置。如果看不到栅格，按下Page Up 键可以显示栅格。4. 如例子中的NPN 三极管，我们首先要定义它的元件实体。选择Place?Line 命令（快捷键 P,L）或者点击Place Line 工具条按钮。按下TAB 键，弹出“PolyLine”对话框，在框中设置线属性然后点击“OK”。点击鼠标左键从坐标0,-1 开始到坐标0,-19 结束画一条垂直的线。点击鼠标右键完成这条线的摆放。现在画坐标从0,-7 到10,0，以及从0,-13 到10,-20 的其他两条线，使用ShiftSPACEBAR 组合键可以将线调整到任意角度。单击右键或者按下ESC 按钮退出摆线模式。5. 箭头是一个封闭的多边形。选择Place?Polygon 命令（快捷键P,Y）或者点击Place Polygon 工具条按钮。按下TAB 键在弹出的多边形对话框中设置多边形属性然后点击OK。在箭头位置点击从三角形定点开始画三角形然后单击右键结束。单击右键或者按下ESC 按钮退出摆放多边形模式。6. 保存元件（快捷键Ctrl+S）。2.2.5向原理图元件添加模型你可以向原理图元件添加任意数量的PCB 封装，同样也可以添加用于仿真及型号完整性分析的模型。这样当你在原理图中摆放元件时可以从元件属性对话框中选择合适的模型。有几种不同的向元件添加模型的方式。你也许会从网上下载一个厂家的模型文件或者从已经存在的Altium 库中添加模型。PCB 封装模型存放在AltiumLibraryPcb 路径里的PCB 库文件（.pcblib files）中。电路仿真用的SPICE 模型文件（.ckt and .mdl）存放在AltiumLibrary 路径里的集成库文件中。2.2.6查找定位模型文件当我们在原理图库编辑器中添加模型时，模型与元件的连接信息通过下面的正确方法搜索定位：1. 首先搜索当前集成库项目中的库。2. 接下来会搜索当前已加载的库列表中可视的PCB 库（而不是集成库）。注意库列表可以定制排列顺序。3. 最后，任何存在于项目搜索路径下的模型库都会被搜索。这个路径可以在项目选项对话框中定义（Project?Project Options）。注意这个路径下的库不会被检索以定位模型，然而，当我们搜索模型时编译器会包含这些库。要想知道更多的关于在原理图库编辑器以及原理图编辑器中搜索模型的方法的更多信息，请参阅论文元件，模型和库概念。在本指南中，我们将使用第一种将元件与模型连接的方法。也就是说，在将库项目编译成一个集成库前，将必需的模型文件加入到库项目中，并将其与原理图库关联起来。2.2.7向原理图元件添加PCB 封装模型首先，我们要添加一个当原理图同步到PCB 文档时用到的封装。我们设计的元件用到的封装被命名为BCY-W3。注意，在原理图库编辑器中，当我们将一个PCB 封装模型关联到一个原理图元件时，这个模型必须存在于一个PCB 库中，而不是一个集成库中。1. 在元件属性对话框中，点击模型列表项的Add 按钮，弹出“Add New Model”对话框。2. 在模型类型下拉列表中选择“Footprint”项，点击“OK”，弹出PCB模型对话框。3. 在弹出的对话框中点击检索浏览按钮以找到已经存在的模型（或者简单的写入模型的名字，稍后你将在PCB 库编辑器中创建这个模型）。4. 在查阅库对话框中，点击“Find”，弹出搜索库对话框。5. 选择查看“Libraries on Path”，点击路径栏旁的“Browse Folder”按钮定位到AltiumLibraryPcb 路径下，然后点击“OK”。6. 确定搜索库对话框中的“Include Subdirectories”选项被选中。在名字栏，输入BCY-W3，然后点击“Search”按钮。7. 你可以找到这个封装所作的库文件“Cylinder with Flat Index.PcbLib”。点击“Select”按钮关闭搜索库对话框，加载这个库在检索库对话框中选择BCY-W3。点击OK 回到PCB 模型对话框。8. 点击OK 向元件加入这个模型。模型的名字列在元件属性对话框的模型列表中。2.3 主要原器件芯片说明：1.HEADER： 功能：作为外部链接器，信号输入端。2.SN74LVTH16244A: 功能：该SN74LVTH16244A是一个16位缓冲器和线驱动器的低电压（3.3 V）的VCC的操作而设计的，但有能力提供一个TTL接口，一个5 - V的制度环境。此设备可作为4个4位的缓冲区，两个8位的缓冲区，或一个16位的缓冲区。该器件提供了真正的产出和对称的低电平输出使能（OE）的投入。有源总线保持电路持有有效的逻辑状态在未使用或无驱动输入。使用与总线保持电路上拉或下拉电阻不建议。 当VCC在0 V和1.5 V是，该装置是在开机或者关机在高阻抗状态。然而，为了确保上述1.5 V高阻抗状态，光电应当连接到VCC通过一个上拉电阻;电阻器的最低值是由驱动程序的电流吸收能力确定。 此设备是完全指定的热插入使用的电子迁移率和电的三态的应用程序。该电路的电子迁移率禁用输出，防止通过断电时，设备损坏电流回流。上电3态电路置于高阻抗状态，在上电和断电，防止驱动程序冲突的产出。3.DAC900/4：功能：DAC900芯片为数模转换器。DAC900是TI公司生产的14位高速集成DA转换器，通过控制时钟端进行并行数据传输并控制DAC的输出电流，本系统使用了单片机的14个数据管脚与一个时钟管脚来控制DA转换器。该模块的I-V转换电路采用反相比例器，将D/A转换器输出的电流转换成具有的一定驱动能力的电压信号。4.OPA2830：功能：其滤波电路采用的是由OPA2830构成的二阶压控电压源低通滤波器，它由两节RC滤波器和同相放大电路组成。这种双OPA2830提供了一个简单的方法来实现低功耗差分有源滤波器。在单电源，一个方法来实现一个二阶低通滤波器。元器件列表：元器件类别标识数量封装HEADERHEADER12X21DIPH24SN74LVTH16244ASN74LVTH16244A1SOPH48DAC900/4DAC900/41sopH28OPA2830OPA28302SOPH8电阻R10AXIAL0.3电容C28RB.3/.6 RAD0.1第三章 PCB板介绍1.创建PCB文档 点击file/new,从框中选择PCB设计服务器（PCB document）图标，双击该图标，建立PCB设计文档。双击文档图标，进入设计服务器界面。2.规划电路板 根据要设计的电路板的尺寸，选取keep out layer复选框，执行菜单命令place/track,绘制电路板的边框。执行菜单design/options，在“signal lager”中选择bottom lager，把电路板定义为单面。3设置参数 执行菜单命令design/rules，单击routing按钮，根据设计要求，在规则类（rules classes）中设置参数。4.装入元件封装库 执行菜单命令design/add/remove library，在“添加、删除元件库”对话框选择所有元件对应的元件封装库。5.装入网络表 执行菜单design/load nets 命令，然后在弹出的窗口中单击browse按钮，再在弹出的窗口中选择电路原理图生成的网络表文件（扩展名 net）。6.执行菜单命令tools/auto placement/auto placer可以自动布局，或采用手动布局。7.自动布线执行菜单命令auto routing/all，并在弹出的窗口中单击route all按钮，程序即可自动布线。3.2 PCB库介绍常用PCB库文件：1.librarypcbconnectors目录下的元件数据库所含的元件库含有绝大部分接插件元件的PCB封装 。1）.D type connectors.ddb,含有并口，串口类接口元件的封装 。2）.headers.ddb:含有各种插头元件的封装 。2.librarypcbgeneric footprints目录下的数据库所含的元件库含有绝大部分的普通元件的PCB封状。 1）.general ic.ddb,含有CFP，DIP，JEDECA，LCC，DFP，ILEAD，SOCKET，PLCC系列以及表面贴装电阻，电容等元件封装。 2）.international rectifiers.ddb,含有IR公司的整流桥，二极管等常用元件的封装 。3）.Miscellaneous.ddb,含有电阻，电容，二极管等的封装 。4）.PGA.ddb,含有PGA封装 。5）.Transformers.ddb,含有变压器元件的封装。 6）.Transistors.ddb含有晶体管元件的封装。图见附录。3.3绘制中的问题及解决 在绘制pcb板时主要包括三部分，第一是画原理图，其次是绘制并加入合适的封装，最后是进行布局与布线，这样pcb板就画好了。在绘制的过程中我们遇到了很多的问题，最终在大家的团结合作这下很好的解决了，主要是以下几个问题：1. 在绘制是我们一般的原件都是从库中直接调取，往往有很多的原件是直接找不到的。2. rec电器规则检查到错误，在绘制原理图时由于连线时的连接有问题3. 生成网表文件，检查时发现其封装的不对应造成很多错误4. 导入绘制pcb时，进行导入发现有一些的芯片部件并不能够很好的生成连线5. 自动布局以后出现的不规则排布6. 自动布线时的线的错误7. 线的粗细问题8. 覆铜问题解决方法：1. 找不到的原件可以利用protel99进行自己绘制，需要注意的是其中的一些非端绘制法2. 这其中的问题有很多，后来通过对比线的颜色，发现太不小心wire与line弄错了，直接导致后面的问题。另外电源与地也应当要注意，应在stvle中进行修改3. 封装问题是整个绘制过程中的一个大问题，我们从刚开始的几十个错误最全部改正。容易出现封装为字母与原件上的数字接口不对应，容易出现排针与数字的次序不对应。都需要一一进行改进。4. 这里的问题是因为我们在绘制时将标签放在了错误的位置。5. 这里需要通过我们对于布局手动修改来完成。包括改变原件的位置与改变原件标签的位置等。6. 布线有很多是不规则的排布的，需要进行进行改正。7. 需要对规则进行检验，一般来说粗细不当的话就需要对线的粗线进行修改8. 覆铜是给原件没有布线的地方布铜。有一些技巧是应当删除掉死铜。第四章 总结与体会课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日