计算机仿真与故障实习报告.docx

计算机仿真与故障实习报告实习目的：本次实习的目的是借助现代EDA技术进行系统电路设计，侧重于综合应用所学知识，设计较为复杂的功能电路或小型电子系统，培养我们的现代电路设计与综合应用的能力，提高电路设计水平，培养现代电子系统设计能力和创新研究能力。实习内容：1、熟悉ProtelDXP设计环境。2、 通过双稳态振荡电路的设计和仿真，进一步掌握ProtelDXP电路仿真基本概念和仿真元件参数设置，完成电路的基本仿真。3、通过设计有源带通滤波器电路，将50HZ的方波进行分解，得到基波，二次谐波，三次谐波，观测各次谐波，并将各次谐波接至加法器的相应输入端，进行仿真后，观测分析各次谐波和加法器的输出波形，掌握ProtelDXP仿真分析方式。实习过程：仿真在电路设计流程中扮演着越来越重要的角色,是检验电路设计的一种有效手段,PROTEL是集所有设计工具于一身的EDA软件。运用其Advanced SIM仿真工具分别叙述了电路仿真设计的方法、步骤,以及对仿真结果的分析。通过仿真对工作点、暂态波形、小信号等分析,确认电路设计效果。如在工程设计过程中利用SIM仿真工具对电路进行测试,可以大大缩短设计周期,提高设计效率。 首先我们先熟悉掌握protel DXP的设计环境，Protel DXP在早期版本的基础上加强了软件的仿真功能。通过对电源电路的设计仿真，我们了解了Protel DXP 电路仿真设计的一般步骤，电路仿真是指在计算机上通过软件来模拟具体电路的实际工作过程,并计算出在给定条件下电路中各节点(包括中间节点和输出节点) 的输出波形。电路仿真是否成功,取决于电路原理图、元件模型的仿真属性、电路的网表结构以及仿真设置等。它的设计流程图如下：分析仿真结果仿真后输出仿真文件设计仿真运行环境设计电路原理图电路仿真流程图1、原理图设计: 首先, 新建一个原理图文件*.schdoc ,打开编辑环境,与普通原理图大致相同;然后,打开Libraries ,加载必要的元器件库,添加元器件并设置参数,这里所有的元器件都必须具有Simulation 仿真属性,否则仿真时将出现错误信息,在DXP中假定所有元器件都是理想元器件;最后,用导线进行电气连接或网络标号,对整个电路进行编译ERC 校验,确保整个电路没有错误。下面是我们对电源设计的原理图：2、设置仿真环境: 执行菜单命令,打开Analysessetup 对话框,设置仿真方式并指定要显示的数据,DXP 提供10 种分析仿真方式,包括直流工作点、直流扫描、交流小信号、瞬态过程、Fourier 、噪声、传输函数、温度扫描、参数扫描以及蒙特卡罗分析等。 在这其中我们还要对元件的参数设计，设置好仿真元器件之后，还必须对仿真元件的属性进行修改。还要设置仿真激励源。由于电路原理图中绘制的电路，仅仅是能够实现一定功能的电路，如果没有电源的输入供电是无法工作的。所谓仿真激励源，其实就是输入信号，使电路可以开始工作。仿真测试电路要想正常工作，必须至少包含一个激励源。一般来说，常用的激励源有以下几种：直流源、脉冲信号源、正弦信号源等。3、仿真:设置仿真环境后单击OK 按钮,系统进行电路仿真,生成一*.sdf 文件,同时打开窗口显示分析结果。4、分析结果:观察电路仿真结果,分析仿真波形是否符合电路设计要求,如果不符合,则重新调整电路参数进行仿真,直到满意为止。对电源的仿真波形如下：实习设计： 本次实习要求我们设计带通滤波器将50Hz的方波进行分解，得到基波，二次谐波，三次谐波，观测各次谐波，并将各次谐波接至加法器的相应输入端，观测加法器的输出波形。通过了解我们的课题要求，我们查找了相关资料，对带通滤波器（BPF）的理解。带通滤波器的作用是只允许某一段频带的内的信号通过，而将此频带以外的信号阻断。由于我们在大二学习了模电，对方波的分解和合成都有一定的了解，方波的分解与合成：周期性信号波的数学基础，任何具有周期为T的信号波函数f(t)都可以表示为三角函数所构成的级数之和，即其根据傅利叶分解可以展开成直流分量、基波和所有阶谐波的迭加。根据傅利叶公式可得：其中：T为周期，为角频率(=)，第一项a0为直流分量。方波的傅利叶分解，方波的数学模型如右图。根据傅利叶分解可知方波为奇函数，它没有常数项。根据原理图设计方法图中，左边三路分别是中心频率为50Hz、100Hz和150HZ 的带通滤波器，结构完全相同，但是中心频率不相同。此带通滤波器的参数计算如下：通带中心频率 通带的中心角频率： 通带中心角频率处的电压放大倍数：取，则：以上为基波的电阻参数计算过程，二次谐波和三次谐波的参数计算为：保持电容不变，将电阻相应地取二分之一和三分之一，即得二次谐波和三次谐波的电阻参数。右边部分为三路分解波的合成，使用一个同向加法器实现。下图是整体方案设计：基波：三次谐波：五次谐波：按以上原理将50HZ的方波进行分解，取其基波、三次谐波、五次谐波。为了满足设计要求，对相应的分解波进行提取，则需要设计相应中心频率的带通滤波器，最后将三路信号通过一个加法器进行合成。 进行参数设计好之后，得到的波形如下图：实现频谱图的仿真，得到傅里叶频谱分析图如下：实习分析：从信号波形图可以清楚地看到，一个方波分解成为三个正弦波，其中OUT1表示基波，其频率为50HZ；OUT2为三次谐波，其频率为150HZ；OUT3为五次谐波，其频率为250HZ。从波形图中可见，基波在一个周期内有1个波形，三次谐波有2个波形，五次谐波有3个波形。说明方波的各次谐波提取成功。在信号波形图中奇次谐波相叠加之后的到类似方波的波形，奇次谐波叠加的越多越接近方波，而偶此谐波都被滤除，一次如果想得到更接近方波的波形只需要多叠加几次谐波比如将1、3、5、7、9等次谐波加进去那么所得的波形将更接近方波的波形。实习总结： 通过这次实习，让我们