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1、课程设计的目的：计算机电子线路制图课程设计是学习课程之后的综合性实践教学环节。目的是 通过解决简单的实际问题巩固和加深在计算机电子线路制图课程中所学的理论知识 和实验技能。训练学生综合运用学过的电子设计自动化技术基础知识，在教师指导下完 成查找资料，选择、论证方案，设计电路，运行仿真，设计印制电路板，分析结果，撰 写报告等工作。使学生初步掌握利用电子设计自动化工具设计电子电路的一般方法步 骤，通过理论联系实际提高和培养学生分析、解决实际问题的能力和创新能力，为后续 课程的学习、毕业设计和毕业后工作打下一定的基础。一、设计方案论证：1电路组成：三角波发生器的电路，其中集成运放A组成滞回比较器，A
2、2组成积分电路。滞回 比较器的输出加在积分电路的反相输入端进行积分，而积分电路的输出又接到滞回比较 器的同相输入端，控制滞回比较器输出端的装条发生跳变。图1三角波发生电路W01+ 4w1-uA0+ U-Xt7/ 1 /2. 工作原理：假设t=0时积分电容上的初始电压为零，而滞回比较器输出端为高电平，即u产+Uz。1因集成运放A1同相输入端的电压u+同时与u和u有关，根据叠加定理1o1oRR可得 U =+ U +2 U+ R + R o1 R + R o1 2 1 2此时U =0,而u =+Uz，故u+也为高电平。而当u =+Uz时，经反向积分，输出电 01o1压uo将睡着时间往负方向线性增长，
3、则u+将随之逐渐减小，当减小至u+=u-=0时，滞 回比较器的输出端将发生跳变，使U由+Uz跳变为-Uz,此时U+也将跳变成为一个负 o1值。当u =-Uz时，积分电路的输出电压u将随着时间往正方向线性增长，u+将随之逐 1渐增大，当增大至u+=u-=0时,滞回比较器的输出端再次发生跳变，01 由-Uz跳变为+Uz。以后舒服上述过程，于是滞回比较器的输出电压u01成为周而复始的矩形波，二积分电 路的输出电压uo也成为周期性重复的三角波。3输出幅度：在u产-Uz期间，积分电路的输出电压u往正方向线性增长，此时u+也随着增长，1当增长至u+=u-=0时，滞回比较器的输出电压u 1发生跳变，而发生跳
4、变时的u值即是1三角波的最大值Uom。将条件u 1=-Uz，u+=0和u =Uom代入上式，可得1RRR0 =-(-Uz) +Uom 可解得三角波的输出幅度为U = f UzR + - + -om -12 12 24振荡周期:在积分电路对u =-Uz进行积分的半个振荡周期内，输出电压u由-Uom上升至11 T+Uom，则对积分电路可列出一下表达式：-J 2 (-Uz)dt = 2UomRC 03Uz T 即一 = 2UomRC 23所以三角波的振荡周期为T=4 - CUom 4 RRC3=1- -UzR2三角波的输出幅度与稳压管的Uz以及电阻值之比R/R2成正比。三角波的振荡周 期则与积分电路
5、的时间常数r3c以及电阻值之比r1/r2成正比。在实际工作中调整三角 波的输出幅度和振荡周期时，在Uz值确定之后，应该先调整电阻R1和R2，使输出幅度达到规定值，然后再调整r3和C使振荡周期满足要求。二、单元电路设计过程：1. 电路结构：见图1三角波发生电路2. 元件参数计算过程和公式：但接通电源时，C上电压为0。第一暂态：uoJf Upjf uoJ，直至 ui=Uz；第二暂态：积分电路反向积分，tff u当u -UT, u 1从+Uz跃变为-Uz。积分电路正向积分，tff u T，当u +UT，u 1 从-Uz跃变为+Uz，返回第一暂态。T o1重复上述过程，产生周期性的变化，即振荡。（G
6、-1）+ u G）o1plo1R+ U =T Uz T R2所以4 RRC1- -R2令 uo1=uN1=0，当 uo1= 土 Uz 代入，可得:+ U =丄-Uz - +（- U ） T RC 2 T33. 选定器件列表：已知：R=20KQ R2=20KQ R3=10KQ R4=3KQ R5=15KQ C=0.1uF Uz=6V 由以上已知条件可以求出4RRC 4 x 20 x 103 x 10 x 103 x 0.1 x 10-6T 二i二二 4 x 10-3 s 二 4msR20 x 1032U = R Uz = 20 - 6 = 6Vom R 202寸7BR2表1R120KR515KB
7、L-.iok三、原理图:图4原理图UBLM324N+ AVee-7-15VCT卜OiiVcc玄远BUALM324NR4 菲 1虫D2 1N5233B2-JTgild3A标号参数型号所属元件库Vcc15VSimulation Sources.IntLabVee-15VUA、UBLT Operational Amplifier.IntLibR120KQR220KQR310KQMiscellaneous Devices.IntLibR43KQR515KQC0.1uFD1、D2FSC Discrete Diode.IntLib元件表主要测试点：观察Vol和Vo2的输出波形，及幅值Uom和周期T。四、仿
8、真分析方案：1仿真步骤：(1) 创建设计项目：FilefNewPCB Project(2) 创建原理图文件：FileNewf Schematic(3) 设置图纸参数：执行 designDocumentf Options 命令，打开 Document Options 对话框，设置图纸颜色为白色，不显示标题栏和可见栅格；采用用户设置的图纸规格， 宽400,高300；纵向和横向分区数均设置为4。(4) 安装元件库:安装表1中的四个元件库。Simulation SourcesJntLab、LT Operational AmplifierIntLib、Miscellaneous Devices.IntL
9、ib 和 FSC Discrete Diode.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File-Save命令。2.仿真结果：图5仿真结果图测试验证结果与分析：1测试结果Uom=61V T=4.1ms2理论结果Uom=6V T=4ms3误差分析三角波的输出幅度与稳压管的Uz以及电阻值之比R1/R2成正比。三角波的振荡周 期则与积分电路的时间常数R3C以及电阻值之比R/R2成正比。在实际工作中调整三角 波的输出幅度和振荡周期时，在Uz值确定之后，应该先调整电阻R和R2，使输出幅 度达到规定值，然后在再调整R3和C使振荡周期满足要
10、求。由此可以看出电阻r1/r2、r3以及C的值可以产生误差。五、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 Orde
11、r 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
12、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6。(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7。图6布线结果图图7三维方式显示设计七、设计体会：电子线路制图这门学科属于电子范畴，与我们的专业有很大的联系。正所谓“纸上 谈兵终觉浅，绝知此事要躬行。”学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探 索是不够的，在这个时候进行课程设计，不仅是我加深了对书本上知识的理解，而且还 及时真正的做到了学以致用。在这次课程设计中，我遇到了很多难题，但通过翻阅课本、参考书，都一一解决了。 这次课程设计使我学到了很多，不仅先前学的理论知识而且锻炼了我的动手操作能 力，更令我的创造性思维得到拓展，希望类似的课程设计和类似的机会能多一点。八、参考文献：1李方明、陈哲、于洋主编电子设计自动化技术及应用实验教程清华大学出版社， 2008年出版。2零点工作室、刘刚、彭荣群主编：Protel DXP 2004 SP2原理图与PCB设计 电子工业出版社,2007年出版3.韩晓东主编Protel DXP电路设计入门与应用中国铁道出版社，2003年出版
