protel应用课程设计定京.doc

武汉理工大学PROTEL应用课程设计报告课程设计任务书学生姓名： 定京 专业班级： 通信sy0901班 指导教师： 魏洪涛 工作单位： 信息工程学院 题 目:PROTEL应用2FSK移频键控调制 初始条件： 1移频键控调制的相关知识（包括晶振，分频，相加器，低通滤波器以及相干解调的相关知识）。2 PROTEL软件的相关知识（包括电路原理图的设计，元件的封装，REC电器规则检查，网络表的创建以及PCB板的设计的相关知识）。3 EWB仿真软件的相关知识。要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1 绘制具有一定规模、一定复杂程度的电路原理图*.sch，可以涉及模拟、数字、高频、单片机或者一个具有完备功能的电子电路系统。 2 绘制相应电路原理图的双面印刷版图*.pcb对电路图进行仿真，给出仿真结果，并说明是否达到设计意图 3电路选择不过分简单，元件种类不少于5种或者元件个数不少于10个时间安排：5.205.25： 理论设计6.265.31： 仿真6.29： 撰写报告6.30： 答辩指导教师签名： 2012 年 6月 30 日系主任（或责任教师）签名： 2012 年 6月 30日2目录摘要IAbstractII绪论11二进制移频键控调制的设计原理21.1方案论证(2FSK调制与解调系统原理的简要说明)21.2单元电路设计31.2.1主载波振荡器电路设计31.2.2分频器电路设计31.2.3 M序列产生电路41.2.4调制器41.2.5波形变换电路51.2.6 非相干解调电路62原理图的绘制72.1创建项目72.2设计元件库82.3电路原理图的绘制92.4电器规则检查92.5生成网络表103印刷电路板的制作113.1创建PCB文件113.2 电路板的设计113.2.1定义边框113.2.2加载网络表123.2.3摆放元件123.2.4自动布线124 电路的仿真分析144.1 FSK调制器的测量144.1.1检测，调整多谐振荡器输出的载波信号144.1.2四分频器与八分频器的输出信号144.1.3 M序列发生器产生的为随机码的检测154.1.4 FSK调制输出信号的测量154.2 FSK解调器的测量试验（非相干解调电路的测量）154.2.1高通滤波器的输出测量154.2.2低通输出波形164.2.3电压比较器输出信号波形165心得、建议及体会176参考文献18附录：元件清单1920摘要实现数字频率调制的方法很多，总括起来有两类。直接调频法和移频键控法。注意到相邻两个振荡器波形的相位可能是连续的，也可能是不连续的，因此有相位连续的FSK及相位不连续的FSK之分。并分别记作CPFSK及DPFSK。基于PCB的电路设计是EDA技术的重要内容，Protel软件是实现基于PCB设计的一个杰出工具。Protel 99 se凭借其强大的功能大大提高了电子线路的设计效率，已经成为设计工作者首选的电子线路CAD软件。Protel99SE软件包括许多模块，主要学习二大模块：原理图绘制、电路板设计，稍微认识一下电路的防真，通过这次上机练习我能很好地了解Protel的基本使用方法，锻炼自己掌握一种电路图辅助设计手段，具备电路图辅助制作的能力。关键字：PROTEL99se，PCB，FSKAbstractDigital frequency modulation method, summed up in two categories. Direct frequency modulation method and frequency shift keying method. Noting that the two adjacent oscillator waveform phase is continuous, not continuous, it is the continuous phase FSK and phase continuous FSK points. Were recorded as CPFSK and DPFSK.EDA technology, the PCB-based circuit design of Protel software is an outstanding tool for PCB design. Protel 99 se, with its powerful features greatly improve the efficiency of electronic circuit design, electronic circuit CAD software has become the preferred design workers. Protel99se software includes many modules, because our computer time is limited mainly to learn the two major modules: schematic drawing, circuit board design, a little understanding of the circuit of the anti-real, this time on the practice I can well understand Protels basic use exercise to master a schematic-aided design tools, with the capacity of the circuit diagram of auxiliary productionKeyword: PORTEL99se , PCB, FSK绪论数字频率调制是数据通信中使用较早的一种通信方式，由于这种调制解调方式容易实现，抗噪声和抗衰减性能强，因此在中低速数据通信系统中得到较为广泛的应用。数字频率调制又称频移键控，记作FSK(Frequency Shift Keying),二进制频移键控记作2FSK。数字频移键控是用载波的频率的变化来传送数字消息的，即用所传送的数字消息控制载波的频率。由于数字消息只有有限取值，相应地，作为已调的FSK信号的频率也只能有有限取值。那么，2FSK信号便是符号“1”对应于载频f1，而符号“0”对应于载频f2(与f1不同的另一载频)的已调波形，而且f1与f2之间的改变是瞬间完成的。从原理上讲，数字调频可用模拟调频法来实现，也可用键控法来实现，后者较为方便。1二进制移频键控调制的设计原理1.1方案论证(2FSK调制与解调系统原理的简要说明)FSK调制信号的产生实用电路中还可以借助于数字电路来实现移频键控，晶振输出的主载波，通过不同次数的分频(或倍频)器，可得到两种不同频率的载波，其相位也不完全相等。当数字基带信号g(t)为高电位时，与非门1关闭。与非门2打开，输出频率为f2的信号。当g(t)为低电位时与非门1打开，与非门2关闭，输出频率为f1的信号。这样，经过相加器相加后，就可输出2FSK信号。这种方法实现移频键控电路集成化程度高、体积小、可靠性高。图1.1频率键控调制器1.2单元电路设计1.2.1主载波振荡器电路设计主要提供2FSK的载波和信码的定时信号，可用集成电路（555）构成多谐振荡器，产生的振荡频率为11800Hz载波，要求输出频率可调。已知由555构成多谐振荡器的振荡频率为:(公式一)则R1=3.6K,R2=4.7K（可调）,C=0.014uF图1.2 555 定时器接成的多谐振荡器1.2.2分频器电路设计将主载波按设计要求，一般用D触发器构成适当的分频电路，获得载频f1、f2和序列所需的时钟信号, 因一级D触发器可实现二分频，所以2FSK系统所需的四、八及32分频器电路,如图1.3所示为八分频电路： 图1.3八分频器1.2.3 M序列产生电路实际的数字基带信号是随机的，为了实验和测试的方便，一般都用M 序列产生器产生的伪随机序列来充当数字基带信号。本次设计采用三级线性移位寄存器（选用74LS74双D2片），形成长度为23-1=7位码长的伪随机码序列，码率约为400bit/s，如图1.4所示：图1.4 M序列产生电路1.2.4调制器调制器可以采用数字门电路构成电子开关电路（或直接选用集成模拟开关）与采用集成模拟乘法器。这里使用与门和或门构成移频键控电路如图1.5所示： 图1.5 FSK移频键控原理图1.2.5波形变换电路由于555产生的是方波，因此要有一个积分电路将其转化为正弦波，如图1.6所示：图1.6波形变换电路1.2.6 非相干解调电路对于非相干检测法，其系统电路构成如图1.7所示。在了解与掌握了2FSK非相干检测法系统电路的基础上，进行自己的设计与实验。需要设计的单元电路有：图1.7 2FSK非相干解调电路原理图1高通滤波器采用RC无源电路，构成三阶高通滤波器。已知2FSK的中心频率： (公式二)且滤波器的通带频率： （公式三）所以有：， 。则有C1=C2=C3=0.6uf R1=R2=R3=502低通滤波器低通滤波器选用一般RC滤波器电路，因信码速率为400波特，其电路元件参数：R=650 C=1uF3电压比较器电压比较器用运算放大器构成迟滞比较器，目的是防止干扰，参考电压设定为0.33V。2原理图的绘制 2.1创建项目点击File创建一个新的项目，项目中包含所有要设计的文件，在Database File Name 中添加项目的名称，其扩展名必须以ddb为结尾。通过Browse 按钮指出将文件存于何处，最好点OK键，则建立了一个项目。图2.1 然后再选择file菜单下的new则弹出如下对话框，选择Schematic Docment来创建一个电路原理图设计Sheet1.ddb。双击进入原理图设计主界面。图2.22.2设计元件库必须有元件库才能画图，所以画图前应该在元件库管理器中放置一些元件库。首先进入元件库管理器，然后单击Add或Remove按钮，在出现的窗口选择Design Explorer 99SE/Library/Sch路径，再选择如图2.3所示窗口下部显示的常用元件库文件。单击OK，就会看到这些选择的元件库已经显示在元件库管理器窗口了。一般常用元件都在Miscellaneous decive.ddb库中。而TTL和CMOS数字集成电路可以在TI Databooks库或NSC Databooks库中查找。运算放大器和稳压电源电路可以在NSC Analog.ddb库中查找。图2.3元件库的导入2.3电路原理图的绘制画图的简单步骤是（1）首先将所有元件都从库中取出来，放置在图纸上，并且调整好位置。（2）使用连线工具将元件连接起来。（3）设置元件属性，对元件进行封装。（4）使用Tool/Annotate菜单队元件进行编号。绘制的电路图如下： 图2.4电路原理图2.4电器规则检查 当整个电路设计完成后，可以进行REC检查。主要是检查电路中是否有电气特性不一致的情况（如元件的序列号重复），ERC检查依据问题的严重性分别以错误或警告信息来提示用户。选择Tool/ERC,则进行ERC检查，如出现错误就返回去改正错误，再次进行检查图2.5 REC电器规则检查2.5生成网络表网络表非常重要，它是PCB（电路板）中自动布线的灵魂，也是原理图设计软件SCH与印刷电路板软件PCB之间的接口。所以必须生成网络表。生成的网络表如图2.6所示。图2.6生成的网络表3印刷电路板的制作3.1创建PCB文件（1）进入设计文件夹：双击图标Documents（2）进入PCB图设计系统：主菜单File/New后出现一个如图3.1的对话框；选择PCB Document图标；单击按钮OK。如图3.1（3）双击*.PCB文件图标，打开设计系统窗口3.2 电路板的设计3.2.1定义边框在设计工作区的板层标签选择keepOut layer，然后在选择一个粗略的边框，不能太大，待到布线完成后，再画精确的边框3.2.2加载网络表在设计/加载网络表再在弹出的对话框中按Browse按钮，将弹出文件选择对话框，选择文件，点击OK，如图3.2所示。图摆放元件先把重叠的元件拖开，当用鼠标点中任何元件时，将弹出小的对话框，表示当前点中的地方重叠了几个元件，就一一将它们拖开。3.2.4自动布线Protel PCB 具有强大的自动布线程序，能自动的设计出最佳的自动布线策略，只要选中Auto Route All选项即可。然后在根据相应的电路修改边框，再在Top layer画外层边框。得到如图3.3所示的PCB印刷版电路图。图3.3 印刷版电路图4 电路的仿真分析 采用了EWB做仿真。4.1 FSK调制器的测量4.1.1检测，调整多谐振荡器输出的载波信号图4.1载波信号输出4.1.2四分频器与八分频器的输出信号图4.2四分频与八分频器的输出信号4.1.3 M序列发生器产生的为随机码的检测图4.3时钟信号与M序列信号4.1.4 FSK调制输出信号的测量图4.4FSK输出信号测量4.2 FSK解调器的测量试验（非相干解调电路的测量）4.2.1高通滤波器的输出测量图4.5高通滤波器的输出 图中上面为经过高通滤波器的，与原调制信号相比，可看出低频部分的幅值明显减小。4.2.2低通输出波形图4.6低通输出波形图中下方为低通滤波器的输出波形4.2.3电压比较器输出信号波形图4.7电压比较器输出信号波形下方为电压比较器的输出波形，与上方的原m序列波形相比较，可看出，译码输出上升沿无相位变化，但下降沿相位滞后。5心得、建议及体会通过这次电子系统设计，我掌握了设计一个二进制移频键控电路的基本方法和基本步骤，实际解决了设计中出现的问题，增强了寻找问题，解决问题的能力。加深了对2fsk的理解，熟悉了2fsk调制解调的原理和方法。通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力。电路原理和连接，和芯片上的选择,也略懂。在设计电路之初应该根据电路所需要达到的功能和效果来构建初步的逻辑框图，然后再进一步完善逻辑框图，之后根据逻辑框图来分部分思考电路，实现电路。在这次课程设计中使我对于protel原理图的设计以及PCB板的设计和EWB仿真有了更多的了解和熟悉，对于我以后的学习和工作都会有很大的帮助。 6参考文献1樊昌信、曹丽娜 通信原