Protel课程设计——频率计

Protel课程 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 ——频率计 学生姓名: 专业班级: 指导教师: 工作单位: 题 目: Protel应用实践——频率计 初始条件: Altium designer winter 09 及以上版本如Altium Designer 要求完成的主要任务: 1. 绘制具有一定规模、一定复杂程度的电路原理图*.sch(自选)。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路系统。 2. 绘制相应电路原理图的双面印刷版图*.pcb 3. 对电路原理图进行仿真，给出仿真结果(如波形*.sdf、数据)并说明是否达到设 计意图。 时间安排: 序号 阶段内容 时间 1 安排任务 第17周 2 电路选择与绘制 第17周 3 撰写报告 第18周 4 答辩 第18周 合 计 2周 指导教师签名: 年 月 日 系主任(或责任教师)签名: 年 月 日 武汉理工大学《protel应用》课程设计说明书 目 录 1 ALTIUM DESIGNER简介 ..................................... 4 1.1 ALTIUM DESIGNER的组成 .................................................. 4 1.2 ALTIUM DESIGNER的特点 .................................................... 4 2 频率计电路设计 .......................................... 5 2.1 系统框图 .............................................................. 5 2.2 放大整形电路 .......................................................... 5 2.3 时基电路 .............................................................. 6 2.3 闸门电路 .............................................................. 6 2.3 逻辑控制电路 .......................................................... 7 2.3 锁码显示电路 .......................................................... 7 3 用ALTIUM DESIGNER绘制原理图 ............................. 8 3.1创建项目与启动原理图编辑器 ............................................ 8 3.2 加载元件库 ............................................................ 9 3.3 放置元件 ............................................................. 10 3.4 放置导线 ............................................................. 10 3.5 编译项目 ............................................................. 11 3.6 生成网络表 ........................................................... 11 4 用ALTIUM DESIGNER绘制PCB图 ............................ 13 4.1添加PCB文件 ....................................... 错误～未定义书签。13 4.2设置电路板禁止布线区 ................................................. 13 4.3导入元件封装 ......................................................... 13 4.4手工布局 ............................................................. 14 0 武汉理工大学《protel应用》课程设计说明书 4.5布线 ................................................................. 17 3D效果 .............................................................. 17 4.6 5仿真 ................................................... 20 5.1仿真步骤 ............................................................. 20 5.2 仿真结果 ............................................................. 22 5.2 结果分析 ............................................................. 22 6心得体会 ................................................ 24 7参考文献 ................................................ 25 附件 ..................................................... 26 1 总电路图 ............................................................... 26 2 元器件清单 ............................................................. 27 1 武汉理工大学《protel应用》课程设计说明书 摘要 随着计算机技术的发展,计算机软件在电路设计中的应用来越广泛。本报告以Altium Designer为平台,叙述其在电路原理图印刷电路图设计中的应用方法,并提出和解决该软件在设计过程中常遇到的问题及其解决办法。本报告以频率计电路为例学习Altium Designer的电路设计流程及遇到的问题和解决办法。 关键词:Altium Designer ;电路设计流程; 原理图设计; 印刷电路板设计 2 武汉理工大学《protel应用》课程设计说明书 Abstract Along with the development of computer technology, the application of computer software in electrocircuit design is more and more popular. Or cad and Protel are commonly-used softwares. This report introduces the application of Altium Designer in electrocircuit design, the design of the electrocircuit principle-map, the design of print circuit board and the solution for the problems arisen in the design process. This report is an example frequency meter circuit to learn the circuit design process Altium Designer and the problems and solutions.. Keywords: Electrical Circuit Design; Altium Designer; Schematic Circuit Design; Printed Circuit Board Design 3 武汉理工大学《protel应用》课程设计说明书 1 Altium Designer简介 Altium Designer几乎将所有的电子电路设计工具集成在单个应用程序中。它通过把电路图的设计、电路的仿真、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完美融合，使用户可以轻松进行各种复杂的电子电路设计。 1.1 Altium Designer的组成 Altium Designer从功能上可以分为以下几个部分:电子电路原理图设计、电子电路原理图仿真、印制电路板设计、电子电路实现前后的信号完整性分析等。 Altium Designer将原理图编辑、PCB图绘制及打印等功能有机结合在一起，形成了一个集成的开发环境。电子电路的原理图设计是通过原理图编辑器实现的，由它生成的原理图文件为印制电路板的制作做准备工作。而PCB绘制，就是印刷电路板的设计，是通过PCB编辑器来实现的，其生成的PCB文件将直接应用到印刷电路板的生产中。 1.2 Altium Designer的特点 1、支持不依赖于FPGA厂商即各个厂商通用的数字系统开发。 2、丰富的原理图库，有大量的预综合元件，包括处理器。 3、在工程的设计和调试阶段都支持原理图导向设计方法。 4、丰富的虚拟仪器。 5、为了方便在FPGA上设计嵌入式系统，Altium Designer 6.0完全综合了Altium独特的基于FPGA的现场设计开发板——NanaBoard(Nano-level Breadoard)和一系列的混合到原理图层的FPGA物理设备。一旦设计被综合并下载到NanaBoard，设计者就可利用JTAG通信技术对任何核进行通信和控制。 6、支持软硬件并行开发，克服以往嵌入式系统软硬件开发的串行开发形式中的缺点。这种方法必将成为以后FPGA开发的主流方法。 4 武汉理工大学《protel应用》课程设计说明书 2 频率计电路设计 2.1 系统框图 译码显示逻电路 辑 控锁存电路 制 电 计数电路 路 时基电路 放大整形电路 2.1 系统框图 2.2 放大整形电路 2.2 放大整形电路 5 武汉理工大学《protel应用》课程设计说明书 如图2.2，首先输入信号经三极管放大电路，使得微小的信号能够达到所需的幅值，后面的电路是由一个反相器和一个RS触发器组成的D触发器，它能使三极管输出的正弦波变成边沿比较陡峭的方波。 2.3 时基电路 2.3 时基电路 如图2.3所示，这是由555组成的多谐振荡器，输出的波形在一个周期内，高电平持续1s，低电平持续0.25s，频率为0.8HZ。1s的高电平是让计数器 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 输入信号的脉冲个数，即频率。 2.4 闸门电路 2.4闸门电路 当555输出高电平时，开始让被测信号通过闸门，同时计数器开始计数。 6 武汉理工大学《protel应用》课程设计说明书 2.5 逻辑控制电路 2.5电源电路图 如图2.5所示，当 555出现下跳沿时，U11A的CP端输出一个0.02秒的高电平脉冲，使锁存器锁存计数器记录的数据，随后U11B输出一个0.02s的低电平脉冲，清零计数器，准备下次计数。图中的红色叉是添加的“NO ERC”，即对该引脚忽落电器检查 2.6 锁存显示电路 主要电路是利用74LS273进行锁存，利用74LS48进行译码，利用数码管进行显示，由于电路所用芯片较多，见附录。 7 武汉理工大学《protel应用》课程设计说明书 3 用Altium Designer绘制原理图 3.1创建项目与启动原理图编辑器 (1)启动Altium Designer。 (2)如下图3.1，执行选单命令【File】/【New】/【Project】【PCB Project】新建一个项目文件，并保存，重命名为频率计。 (3)如下图3.2，在项目上右击弹出菜单添加一个原理图文件，启动原理图编辑器，同样保存命名为频率计。 3.1启动原理图编辑器截图 8 武汉理工大学《protel应用》课程设计说明书 3.2添加原理图文件 3.2 加载元件库 (1)执行单选命令【Design】/【Add/Remove Library…】,弹出元件加载/卸载元件库对话框。 (2)单级【Install】，弹出打开刻文件对话框，如图3.3所示。 3.3 加载库文件 (3)根据不同的公司和不同的芯片种类，添加所需的库文件。 9 武汉理工大学《protel应用》课程设计说明书 3.3 放置元件 (1)执行单选命令【Design】\【Browse Library…】，选中库文件面板Library，选择所需的元件。 (2)当不知道所需元件在哪个库中时，只能进行全局搜索，先点击面板上的【Search】，弹出对话框，如图3.4。 3.4 搜索元件 (3)在库文件面板的元件列表中双击CAP，库文件面板编程透明状态，同时元件CAP的符号附着在鼠标光标上，跟随光标移动。此时每一次按一次键盘空格键，元件将逆时针旋转90度。按X键左右翻转，按Y键上下翻转。 (4)将元件移动到图纸上的适当位置，单击左键将元件放到该位置上。 3.4 放置导线 (1)执行选单命令【Place】\【Wire】,光标变为如图3.5.1所示的形状，即出现大十字光标。 10 武汉理工大学《protel应用》课程设计说明书 3.5十字光标 (2)贯标移动到引脚短时，光标中心变成“米”字形符号，表示正确链接，单击左键，导线的起点就与元件的引脚连接在一起了。 (3)全部连接后，电路图即画好。 (4)利用电路的自动编号功能进行元件编号。 3.5 编译项目 编译项目实际上是检查设计完成的文件和电气规则等参数是否违反规则。 执行选单命令【Project】/【Compile document】，如果原理图正确则在messege对话框显示如图3.6所示。 3.6电气检查 3.6 生成网络表 (1)执行选单命令【Design】/【Netlist For Project】/【Protel】，系统生成网络表，默认名称与项目名称相同，后缀为.NET。 (2)网络表文件是一个文本文件，可以用文本编译器进行被编译和修改，如图3.7所示。 11 武汉理工大学《protel应用》课程设计说明书 3.7 生成网络表截图 12 武汉理工大学《protel应用》课程设计说明书 4 用Altium Designer绘制PCB图 4.1添加PCB文件 (1)执行单选命令【File】/【New】/【PCB】,即可完成空白PCB文件的建立。如图4.2.1所示。 4. 1建立PCB文件 (2)在PCB编译环境中，执行单选命令【File】/【Save az…】，将“PCB1”更名为“频率计”。 4.2设置电路板禁止布线区 (1)在PCB编辑器工作状态下，设定当前的工作层面为“Mechanical”。画出PCB的物理边界。 (1)同样在PCB编辑器工作状态下，设定当前的工作层面为“Keep Out Layer”，单级窗口下面相应的标签，即可将当前的工作平面切换到“Keep Out Layer”层面。 13 武汉理工大学《protel应用》课程设计说明书 (2)确定电路板的电器边界。执行【Place】/【Line】，光标变成十字形状。 (3)将光标移动到工作窗口的适当位置，单击确定一边接的起点。然后拖动光标至某一点，再单击确定电器边界一边的终点。最后绘制号电路板的电器边界如图4.3所示。 4.2绘制电路板电气边界和物理边界 4.3导入元件封装 (1)在原理图编辑器中，选择选单命令【Design】/【Update PCB Document 频率计】，弹出如图4.3所示的对话框。 14 武汉理工大学《protel应用》课程设计说明书 4.3设计项目修改对话框 (2)单级校验改变按钮，系统对所有元件的信息和网络信息进行检查，Check状态列出现选勾说明网络表没有错误。 (3)单击Execute Changes执行改变按扭命令，系统开始执行所有元件信息和网络信息的传输。完成后如图4.4所示。 15 武汉理工大学《protel应用》课程设计说明书 4.4设计项目修改对话框传送报告 (4)单击【Close】，关闭对话框。所有元件和飞线已经出现在PCB文件所谓的元件盒内。如图4.5所示。 4.5更新PCB后的PCB界面 16 武汉理工大学《protel应用》课程设计说明书 4.4手工布局 (1)通过几次自动布局，发现自动布局很凌乱，故选择手动布局。 (2)把元件移入禁布层内，并删除刚装入元件时一同装入的“sheet1”。如图4.6。 (4)旋转元件时，执行主菜单【Edit】/【Move】命令后。用鼠标单击要选中的元件，按空格键，每次可使该元件逆时针旋转90度。 (3)按照一定的规则布置元件，比如按功能模块把相关的元件放在一起等。 4.5布线 (1)执行选单命令【Auto Route】，弹出自动布线选单，各项功能如图4.6所示。 4.6自动布线选单选项 (2)执行选单命令，【Auto Route】/【All】,单击Route All。 (3)自动布线后，根据布线的情况再进行元件的调整，也即边布线边调整元件，局部进行手工布线，以使布局达到最优。得到最后的PCB图，如图4.7所示。 (4)布线完毕后，执行菜单命令【Tools】/【Design Rules Check…】，对短路情况和没有布置的连线进行检查，如果不存在错误，那么对电路板的设计就完成了。 17 武汉理工大学《protel应用》课程设计说明书 4.7全局布线的结果 4.6 3D效果 执行选单命令【View】/【Switch To 3D】,PCB编辑器内的工作窗口变成3D仿真图形，如图4.8所示。 18 武汉理工大学《protel应用》课程设计说明书 4.7 3D效果 19 武汉理工大学《protel应用》课程设计说明书 5仿真 5.1仿真步骤 (1)为电路添加仿真库中的正弦信号电压源作为信号源。 (2)添加+5v的仿真激励源作为电路的工作电压。 (3)在欲观测电压的地方添加网络标签。直接在工具栏中选择网络标签图标即可。如图5.1。 (3)选择【Design】/【Simulated】/【Mixed Sim】，弹出对话框如图5.2和5.3所示:1)把欲观察波形的节点添加到“Active Signals”;2)设置合适的仿真参数。 5.1 仿真原理图 20 武汉理工大学《protel应用》课程设计说明书 5.2仿真设置对话框 5.3仿真参数设置 21 武汉理工大学《protel应用》课程设计说明书 (4)根据电路检测信息修改电路，如添加元件的仿真模型等，直到Message面板中无Error出现，则自动呈现仿真波形。 5.2 仿真结果 分别选取输入正弦信号为监测点IN，三极管放大电路的输出为监测点OUT1，紧随其后的非门输出为监测点OUT2，RS触发器输出为监测点OUT3，其后的非门输出为OUT4,得到输入波形幅值不同时仿真波形如下: (1)Vi=300mv (2)Vi=1.0v (3)Vi=1.5v 22 武汉理工大学《protel应用》课程设计说明书 (4)Vi=2.0v 5.3 结果分析 通过仿真结果知道，当输入信号电压比较小时，RS触发器输出的波形为直流信号，不是所需的方波信号，这是因为电压较小时，不能使三极管达到导通所需的开启电压，经过多次仿真，得知该开启电压约为0.6v左右，电压超过该开启电压时，输出的方波信号的脉宽会发生变化。 该电路未能进行整体仿真，因为我把所有的555定时器芯片找到后，查看其“属性”都未看到有仿真模型的芯片，同样单稳态触发器74LS123也没有仿真模型，而它们是电路控制部分的主要组成部分，这都导致不能进行整体仿真。该电路的放大整形部分是一个很重要的部分，只要它能够把输入信号转换成边沿陡峭的方波信号，后面的测量就比较容易。所以只进行了局部仿真，仿真结果与设计目标相吻合。 23 武汉理工大学《protel应用》课程设计说明书 6 心得体会 通过对Altium Designer几个星期的的学习,让我学会了一些基本电路的原理图绘制和PCB的制作.以下是我的一些切身体会:1)一是怎样学会看书，开始对Altium Designer茫然不知所措，我发现看书的时候先看总体大概，不做深究，然后再找个例子一步一步跟着做，这样首先消除了开始的恐惧感，这之后，再仔细看书，我感觉这种方法比较好;2)当不会的时候要问下其他人，因为你不懂的别人可能懂了，即使都不会，也能讨论一下;3)在画原理图以及PCB时，一定要及时保存，特别是在进行仿真，自动布局，自动布线等操作之前更要注意，这时可能造成死机，以致数据丢失又得重新开始，我遇到过几次这种情况;4)进行每一步操作的时候不能想当然，要找到根据，不然会有意想不到的后果;5)我感触最深的就是做仿真，本来中午还能出来波形，到晚上却不行了，经过多次修改仿真参数才知道，参数的设置一定要合适，大了不行，小了也不行;6)我感到Protel最重要 ，这同时也是电路设计的最终目的，元件布局还得靠手工布局，虽然的特色是用来做PCB 它的布线能力很强，但是手工布线效果更好，是不可或缺的;7)和其它软件如multisim，Proteus相比，仿真能力和效果还不够理想。 本次Altium Designer应用课程设计我们在理论学习的同时，深刻体会到了作为工科学生，动手实践能力的重要性，本次课设，我全面地了解了用Altium Designer制作PCB板的全过程，从制作原理图，到生成PCB图，以及最后写报道，给予了一个我们很好的学习和使用电子电路设计软件Altium Designer的机会。另外也了解到了元器件的使用，从很多方面锻炼了我们的实践技能。 24 武汉理工大学《protel应用》课程设计说明书 7参考文献 【1】 刘小伟等. 《Altium Designer6.0电路设计实用教程》. 北京:电子工业出版 社.2007.2 【2】 康华光. 《数字电子技术基础》 .北京:高等教育出版社.2006.4 【3】 谢自美. 《电子线路设计、实验、测试》.武汉:华中科技大学出版社.2006.8 【4】 袁鹏平等.《快速精通Altium Designer6电路图和PCB设计》.北京:化学工业 出版社.2009.2 【5】 北京三恒星科技公司. 《Altium Designer 6.0易学通》.北京:人民邮电出版 社.2006.7 25 武汉理工大学《protel应用》课程设计说明书 附件 1 总电路图 26 武汉理工大学《protel应用》课程设计说明书 2 元器件清单 27 武汉理工大学《protel应用》课程设计说明书 28