Protel应用课程设计-2FSK调制与解调电路.doc

武汉理工大学Protel应用课程设计说明书课程设计任务书学生姓名： 王磊磊 专业班级： 通信1002 指导教师： 张小梅 工作单位： 信息工程学院 题 目: Protel应用课程设计2FSK调制与解调电路 初始条件： （1）可选元件：二极管、三极管、电阻、电位器、电容若干；+12V及+8V直流电源；正弦交流电源（2）可用仪器：示波器，万用表，毫伏表（3）仿真软件：Protel DXP 2004要求完成的主要任务: （1）使用protel制作模拟乘法器的电路原理图（2）使用protel制作模拟乘法器的PCB图（3）使用protel进行电路仿真设计时间安排：（1）第1-3周：选题及任务安排。（2）第4-10周：方案选择及设计。（3）第11-16周：仿真及PCB制作（鉴主13楼计算机实验室）。（4）第17-18周：撰写报告及答辩。指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日摘 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。在原来Protel 99SE的基础上，应用最先进的软件设计方法，率先推出了一款基于Windows2000和Windows XP操作系统的EDA设计软件Protel DXP。Protel DXP在前版本的基础上增加了许多新的功能。Protel DXP是第一个将所有设计工具集于和一身的板级设计系统，电子设计者从最初的项目模块规划到最终形成生产数据都可以按照自己的设计方式实现。Protel DXP运行在优化的设计浏览器平台上，并且具备当今所有先进的设计特点，能够处理各种复杂的PCB设计过程。通过设计输入仿真、PCB绘制编辑、拓扑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术融合，Protel DXP提供了全面的设计解决方案。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。本次protel课程设计实现FSK的调制与解调的原理图的绘制，电路仿真和PCB板图制作。自激振荡产生载波信号，利用键控完成FSK的调制，使用包络检波完成FSK的解调。2AbstractProtel design system is the worlds first set of EDA environment will be introduced to the Windows environment in the EDA development tools, is a strong feature of the electronic design CAD software, it has a schematic design, printed circuit board (PCB), schematic design level design , Making statements, circuit emulation and logic device design, and other functions, is the conduct of electronic design one of the most useful software. In the original Protel 99SE on the basis of the most advanced software design methods, first introduced a Based on Windows2000 and Windows XP operating system EDA design software Protel DXP. Protel DXP on the basis of the previous version of the increase in the number of new features. Protel DXP is the first all-in design tools and a board-level design system, electronic designers of the project module from the initial planning to final production data can be formed in accordance with their own design to achieve. Protel DXP operation in optimizing the design of the browser platform, and have all of todays advanced design features, can handle complex PCB design process. Enter through the design simulation, PCB drawing editing, topology auto wiring, signal integrity analysis and design of output, and other technical integration, Protel DXP provides a comprehensive design solution. The protel programs designed to achieve FSK modulation and demodulation schematic drawing, circuit simulation and PCB board production. Self-oscillating carrier signal generated using keying FSK modulation finish, complete with envelope detector FSK demodulation. 12目录1.绪论51.1关于Protel51.2 FSK调制及解调原理介绍61.2.1 2FSK的调制原理介绍61.2.2 2FSK信号的解调原理82. 2FSK的各电路模块设计92.1 2FSK的调制单元92.1.1 模拟开关电路92.1.2 振荡电路102.2 2FSK的解调单元103Protel原理图绘制113.1准备画图113.2定位元件和加载元件库123.3原理图放置元件133.4连接电路143.5 Compile PCB project144PCB板制作164.1生成网络表164.2创建PCB文件164.3导入器件174.4元件的布局及布线185.仿真结果与分析195.1原理图205.2 调制解调仿真206心得体会227元件清单248 参考文献23Protel应用课程设计2FSK调制与解调电路1. 绪论1.1 关于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，只有电路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DXP 2004，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，它包含了电路原理图绘制、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。Protel 99 SE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。以下介绍一些Protel99SE的部分最新功能： 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） 既可以进行正向注释元器件标号（由原理图到PCB），也可以进行反向注释（由PCB到原理图），以保持电气原理图和PCB在设计上的一致性； 5） 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； 6） 提供大量的工业化标准电路板作为设计模版；1.2 2FSK调制及解调原理介绍1.2.1 2FSK的调制原理介绍2FSK信号波形图如1.1图所示，它是由调制信号去控制载波信号，用载波的频率来传递数字信息，即用所传递的数字消息控制载波的频率。图1.1 2FSK信号波形图FSK信号的产生有两种方法：直接调频法和频移键控法。产生的信号有相位连续和相许不连续两种如图1.2所示直接调频法是数字基带信号直接奇偶内阁制载波振荡器的振荡频率。虽然方法简单，但频率稳定度不高，同时转移速度不能太高。频移键控法有两个独立的振荡器。数字基带信号控制开关，选择不同频率的高频振荡信号，从而产生2FSK调制。 (c)相位连续 (d)相位不连续图1.2 2FSK信号调制方法本设计采用键控法产生2FSK信号，即用一个受基带脉冲控制的开关电路去选择两个独立频率源的振荡作为输出，如图1.3：图1.3 键控法产生2FSK信号原理框图图1.4 频移键控法产生波形移频键控是利用载波的频率变化来传递数字信息，而且振幅不变。在2FSK中，载波的频率随二进制基带信号的频率在f1、f2两个频点之间变化。故其表达式为： （1.1） 2FSK信号可以看成是两个不同载频的振幅键控信号之和，因此它的频带宽度是两倍数字基带信号带宽(B)与之和，即：此次课程设计采用开关法产生2FSK信号，则分别由两个独立的频率源产生的信号，故相邻码的相位不一定是连续的，如图1.4。1.2.2 2FSK信号的解调原理2FSK信号的解调方法有：非相干解调（包络检波法）、相干解调法，还有鉴频法、过零检测法等。本次课程设计采用非相干解调进行FSK的解调。解调的原理就是将2FSK信号分解为上下两路分别进行解调，然后进行判别，其原理框图如下图1.5所示：图1.5 非相干解调原理框图2. 2FSK的各电路模块设计2.1 2FSK的调制单元要将NRZ码经过2FSK调制成为2FSK信号，我们采用一个受基带脉冲控制的开关电路去选择两个独立的频率源的真的作为输出。键控法产生的FSK信频率稳定度可以做得很高并且没有过度频率，它的转换速度快，波形好。2.1.1 模拟开关电路输入的基带信号由转换开关分成两路，一路控制f1=32KHz的载频，另一路经倒相去控制f2=16KHz的载频。当基带信号为“1”时，模拟开关1打开，模拟开关2关闭，此时输出f1=32KHz，当基带信号为“0”时，模拟开关2开通。此时输出f2=16KHz，于是可在输出端得到FSK已调信号。图2.1 模拟开关电路4066芯片调制电路利用模拟开关CD4066如图2.1，实现输入基波信号控制模拟开关的通断，通过模拟开关把不同频率的载波叠加的一起实现调制目的。2.1.2 振荡电路图2.2 振荡电路电路中的两路载频由内时钟信号发生器产生，经过开关K901、K902送入。两路载频分别经射随、LC选频、射随再送至模拟开关，如图2.2。LC选频电路函数： 2.2 2FSK的解调单元2.2.1 2FSK的非相干解调介绍2FSK的非相干解调由带通滤波器、包络检波器、低通滤波器构成，包络检波器直接从已调信号中提取基带信号的数字序列。下图2.3为二极管包络检波示意图。图中C6、R11、R12组成二极管包络检波器，L2、C8、R10构成带通滤波器，C2、R12是低通滤波器。图2.3 二极管包络检波3 Protel原理图绘制3.1 准备画图1.启动Protel DXP 2004（1）从Windows操作系统的开始菜单或桌面快捷图标进入Protel DXP 2004环境。 （2）使用菜单File/New/PCBproject建立新工程文件。在侧栏中可对其save as 并且重命名为hanshu.PCBprj。（3）使用菜单File/New，在下拉菜单选择Schematic，建立新原理图文件。（4）一个名为Sheet1.SchDoc的原理图图纸出现在设计窗口中，并且原理图文件夹也自动地添加（连接）到项目。这个原理图图纸现在列表在Projects标签中的紧挨着项目名下的Schematic Sheets文件夹下。同样方法重命名为hanshu.schdoc。设置画图环境使用菜单Design/Document Option，在如图3.1所示的窗口中设置图纸尺寸、栅格等内容。图3.1 Document Option对话框原理图参数设置：1、从菜单选择Tools Preferences打开原理图参数对话框。这个对话框允许你设置全部参数，这些将应用到你将继续工作的所有原理图图纸。2、点击Default Primitives标签以使其为当前，勾选Permanent。点击OK按钮关闭对话框。3、在你开始绘制原理图之前，保存这个原理图图纸，因此选择File Save。图3.2 Preferences对话框3.2定位元件和加载元件库1、点击Libraries标签显示库工作区面板。2、在库面板中按下Search按钮，或选择Tools Find Component。这将打开查找库对话框。3、确认Scope被设置为Libraries on Path，并且Path区含有指向你的库的正确路径。如果你接受安装过程中的默认目录，路径中会显示C:Program FilesAltiumLibrary。确认Include Subdirectories未被选择（未被勾选）。图3.3 元件查找对话框5、点击Search按钮开始查找。当查找进行时Results标签将显示。如果你输入的规则正确，一个库将被找到并显示在查找库对话框。6、点击Miscellaneous Devices.IntLib库以选择它。7、点击Install Library按钮使这个库在你的原理图中可用。8、关闭Search Libraries对话框。添加的库将显示在库面板的顶总。如果你点击上面列表中的库名，库中的元件会在下面列表。面板中的元件过滤器可以用来在一个库内快速定位一个元件。同样方法找出所需元件。3.3原理图放置元件1、电容、电阻等常用元件也在MiscellaneousDevices.IntLib库里，该应该已经在Libraries面板中被选择。2、在Libraries面板的元件过滤器栏键入cap或res。3、在元件列表中点击元件选择它，然后点击Place按钮。现在在你的光标上悬浮着一个电容符号。4、按TAB键编辑电容的属性。在Component Properties对话框的Properties单元，设置Designator，检查PCB封装模型。5、规则栏的设置将显示在原理图中。点击规则列表中的Add显示Parameter Properties对话框。输入名称Value以及值20n。确认String作为规则类型被选择，并且value的Visible框被勾选。点击OK。6、在对话框的Properties单元，点击Comment栏并从下拉列表中选择=Value，将Visible关闭。点击OK按钮返回放置模式。右击或按ESC退出放置模式。3.4连接电路连线起着在你的电路中的各种元件之间建立连接的作用。1、从菜单选择Place Wire或从Wiring Tools工具栏点击Wire工具进入连线模式。光标将变为十字形状。2、将光标放在元件一端。当你放对位置时，一个红色的连接标记会出现在光标处。这表示光标在元件的一个电气连接点上。3、左击或按ENTER固定第一个导线点。移动光标你会看见一根导线从光标处延伸到固定点。4、将光标称到Q1的基极上，你会看见光标变为一个红色连接标记。左击或按ENTER连接到Q1的基极。5、完成这部分导线的放置。注意光标仍然为十字形状，表示你准备放置其它导线。要完全退出放置模式恢复箭头光标，你应该再一次右击或按ESC。6完成后的整体电路图如图3.4所示。3.5 Compile PCB project制作编辑一个项目就是在设计文档中检查草图和电气规则错误并将你置于一个调试环境。在Options for Project 对话框中对Error Checking和Connection Matrix标签中的规则进行了设置。1、选择Project Compile PCB Project。2、当项目被编辑时，任何已经启动的错误均将显示在设计窗口下部的Messages面板中。被编辑的文件会与同级的文件、元件和列出的网络以及一个能浏览的连接模型一起列表在Compiled面板中。如果你的电路绘制正确，Messages面板应该是空白的。如果报告给出错误，则检查你的电路并确认所有的导线和连接正确。15图3.4 整体电路原理图164 PCB板制作4.1 生成网络表选择菜单Design/Netlist For Project/Protel命令，如图4.1所示。随后在project栏会多出一项Generated Protel Netlist，展开后有一个“*.NET”，这就是生成的网络表，如图3-2所示。网络表中主要内容分为两部分，一部分是各元件的属性参数，以方括号作为开头和结尾；一部分是各元件引脚的电气连接信息，以圆括号作为开头和结尾，如图4.2所示。图4.1 网络表的生成 图4.2 生成的网络表4.2 创建PCB文件使用菜单File/New/PCB建立PCB文件。在侧栏中可对其save as 并且重命名为hanshu.PCBdoc。如图4.3所示。图4.3 新建PCB文件图4.4 PCB置线在PCB文件中，place/line画下方框，如图4.4。4.3 导入器件1.菜单Degsin/Import Changes From .2.弹出的对话框下方的按钮，则在Status栏的Check列中可以查看装入的元件是否正确，如果正确的话，会有标志，确定所有元件封装和网络都正确以后，单击按钮，再单击按钮，这时网络表和元件已经装载到PCB文件中。装好元件和网络表后，既要开始元件的布局工作，在DXP下可以有手动和自动两种方式来布局，这里先采用自动布局，然后手动调整的方式。完成布局工作，就要开始自动布线。选择Auto Route/All命令，弹出如图4.5所示的对话框。图4.5 元件导入4.4 元件的布局及布线对元器件进行布局，布局的准则：面积尽量小，元器件不能互相覆盖。在元器件布局完成后，绘制PCB板的边缘线。首先绘制KeepOutLayer层，再在此边缘外绘制TopLayer层边缘线，最后对布局完成的电路板进行布线。布局完成后的PCB板图如图4.6所示。 图4.5 PCB双面板图图4.6 PCB单面板图5.仿真结果与分析 5.1原理图本次选择Multisim对电路原理图进行仿真，仿真原理图如图5.1所示。图5.1 2FSK的调制与解调Multisim仿真图5.2 调制解调仿真图4.3中蓝色波形为已调制2FSK信号。图4.4中红色波形为解调信号，绿色波形为最终经过低通滤波器的信号波形。通过仿真可知系统能够完成FSK的调制与解调，系统原理正确可行。 图5.2 Multisim仿真结果 图5.3 Multisim仿真结果图6心得体会这次课程设计历时一个星期多，本次课程设计与以往不同，更强调对EDA的实用，使我对电子设计自动化有了初步的认识。我认识到EDA技术在电子设计中以及实际生产应用中的重要性