计算机电子线路制图Protel DXP课程设计正弦波发生器.doc

课程设计说明书用纸 NO.9一、 设计方案论证：1.概述：-本文由wzp原创,仅供不知如何写课程设计的同学参考-请勿抄袭正弦波发生器根据选频网络不同，常见电路有RC振荡电路、LC振荡电路和石英晶体振荡电路。其中LC电路主要用于高频振荡电路，石英晶体振荡电路适用于要求振荡频率稳定的场合，RC电路主要用于低频振荡电路。根据构成放大电路主要元件的不同，常见的电路有晶体管振荡电路和集成运放振荡电路。本设计采用RC振荡电路产生低频振荡，使用集成运放作为振荡电路的放大元件。2. 工作原理：正弦波发生器的电路，其中集成运放作为放大电路，RC串并联网络是选频网络，它是一个接正反馈的反馈网络。另外R2和R1支路引入一个负反馈。RC串并联网络中的串联支路和并联支路，以及负反馈电路中的R1和R2真好组成一个电桥的四个臂，因此也称其为文氏电桥振荡电路。选频网络放大电路反馈网络稳幅环节图1 正弦波波发生电路框图二、 单元电路设计：1.单元电路结构（1） 选频网络 此电路采用RC串并联网络作为选频网络。图2 选频网络（2） 放大电路图3 放大电路（3） 反馈网络图4 反馈网络（4） 稳幅环节图5 稳幅环节2.选定器件：（1）选频网络RC值的确定 本电路要求实现频率为500Hz的正弦波，所以选频网络要求将频率为500Hz的正弦波选出，即=500Hz，根据电路实际情况选择R3=R4=32K电阻，C1=C2=0.01uF的电容组成选频电路。（2）反馈网络电阻R1 R2的确定 由文氏电桥振荡电路起振的条件可知电路放大倍数必须大于等于3才会起振，由此选择反馈电阻R110K ，R2=30K。（3）放大元件的选择 本电路采用常见型号的运算放大器LM324D作为放大元件，即可满足要求。（4）稳幅环节的确定 稳幅环节采用2个非线性元件二极管组成，可以很好的将波形稳定在一定幅度之内。3.元件参数的计算：已知：R1=10K R230K R3=32K R4=32K C1=0.01uF C2=0.01uF由以上已知条件可以求出频率4.选定器件列表：表1 元件表结构名称符号标识个数选频网络电阻R3、R42个电容C1、C22个放大电路运算放大器UA1个反馈网络电阻R1、R22个稳幅环节二极管D1、D22个三、 原理图：图6 正弦波发生电路原理图表2 元件仿真表标号参数型号所属元件库Vcc15VSimulation Sources.IntLabVee-15VUALT Operational Amplifier.IntLibR110KMiscellaneous Devices.IntLibR230KR332KR432KC10.01uFC20.01uFD1、D2主要测试点：观察Vo的输出波形，频率。四、 仿真分析方案：（1）创建设计项目：FileNewPCB Project（2）创建原理图文件：FileNewSchematic（3）设置图纸参数：执行designDocumentOptions命令，打开Document Options对话框，设置图纸颜色为白色；采用用户设置的图纸规格，宽600，高450；纵向和横向分区数均设置为4。（4）安装元件库：安装表1中的三个元件库。Simulation Sources.IntLab、LT Operational Amplifier.IntLib、Miscellaneous Devices.IntLib。（5）绘制原理图：放置元件设置元件参数连线接地和电源添加网络标注（6）保存文件：执行FileSave命令。1. 瞬时仿真分析和傅里叶仿真分析点击设计仿真混合仿真出现仿真选项，设定参数如下：瞬时仿真分析起始值为0，终止值为50ms，步长值为20us，最大步长为200us。傅里叶分析基波频率500Hz，谐波数7个。点击确定，仿真结果见图。图7 仿真分析设定图8 瞬态分析仿真结果图由图中可以看出正弦波发生器在10ms后起振，波形比较理想。图9 傅里叶分析仿真结果图 从图中可以看出，正选波发生器的频率主要集中在500Hz处，基本满足题目要求。2. 交流小信号仿真分析在分析设定对话框中选中交流小信号分析，参数如下：起始频率1Hz，终止频率1000Hz，测试点10000个图10 交流小信号分析仿真结果图 根据交流小信号分析结果，显示出幅值最大处的频率为500Hz左右，与设计方案相同。五、 测试验证结果与分析：1.测试结果UoA=0.643V TA=44.207msUoB=0.643V TB=41.995msT= TA - TB =2.211ms2.误差分析 图11 测量结果 正弦波的振荡频率与RC成反比。在实际工作中可适当调整R使振荡频率满足要求。由于仿真软件的元器件值是不可能绝对的精确，因此会造成仿真结果有一定的非可见误差，还有参数的设置以及小数点的取舍都是影响结果的因素，并且人眼的观察也是有一定的误差，所以仿真结果会与理论值有一点差别也是可以允许并且是正常现象。六、 印制电路板1.设计步骤（1）在原理图中执行DesignNetlist for DocumentProtel命令，生成网络表文件。打开网络表文件，检查是否所有元件都设置了正确的封装形式，网络连接关系是否正确。（2）创建并打开印制电路板文件，进入印制电路板设计环境。设置工作层，安装所有需要的元件封装库，在禁止布线层上绘制印制电路板的轮廓线（宽度和高度各为30mil）。（3）调入网络表在原理图环境中执行DesignUpdate PCB Project1.PcbDoc命令，打开Engineering Change Order对话框。将添加空间操作设置为不允许，其他操作都设置为允许。单击左下方的Validate Change（验证交换）按钮，进行检查。查看检查是否通过，否则需要检查原理图中是否有错误。减低左下方第二个按钮Execute Change（执行交换），使变换生效。执行通过后自动进入印制板设计环境，元件和连接关系已调入印制电路板环境中。（4）元件布局手工调整元件的间隔和方向，使各元件间距合适，连接关系交叉最少。移动元件的标注到合适的位置，保存文件。（5）自动布线执行DesignRules命令，打开设计规则设置对话框。在规则设置对话框中设置与电气及布线的相关规则。执行AutoAll命令，单击Route All按钮进行布线。布线完成后，执行EditMoveDrag命令拖拽变线到合适的大小。（6）保存文件。布线结果见图7。图12 布线结果（7）以三维方式显示设计。执行ViewBoard in 3D命令，以三维方式显示，见图8。图13 以三维方式显示电路板七、设计体会：通过本次课程设计，让我学会了很多知识，令我的实际动手能力有所提高，更加深刻的理解了Protel DXP的仿真技术以及仿真原理。学会了如何使用Protel DXP制作电路板。讲以前所学的理论知识应用在了实践之上。八、参考文献：1 李方明，陈哲，于洋.电子设计自动化技术及应用实验教程M.北京：清华大学出版社，2008.62