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1、*师范大学*学 院 课 程 报 告课 程 名 称： Altium Designer教程 题 目： 波 形 发 生 器 专 业 班 级： 08 电信 学 生 姓 名： * 学 生 学 号： * 日 期： 2011/1/5 指 导 教 师： * 物电学院教务部印制摘 要波形发生器广泛地应用于各大院校和科研场所。随着科技的进步，社会的发展，单一的波形发生器已经不能满足人们的需求，而我们设计的正是多种波形发生器。本文利用脉冲数字电路原理设计了多种波形发生器，该发生器可通过555数字芯片，运放来组成RC积分电路，低通滤波电路来分别实现方波，三角波和正弦波的输出。它的制作成本不高，电路简单，使用方便，有效
2、的节省了人力，物力资源，具有实际的应用价值。关键词：多谐振荡器；积分电路；低通滤波电路AbstractWaveform generator is widely used in major universities and research establishments. With advances in technology, social development, a single waveform generator can not meet peoples needs, and we designed is a variety of waveform generator. In this
3、 paper, pulse circuit design a variety of digital waveform generator, the generator can be 555 digital chip op amp to form the RC integral circuit, were low-pass filter circuit to achieve a square wave, triangle wave and sine wave output. Its production cost is not high, the circuit is simple, easy
4、to use, effective saving human and material resources, with practical value.Keywords:Multivibrator; integral; circu;1 绪论1.1 Altium Designer的发展介绍Altium Designer Summer即Altium Designer 7.0，Altium Designer 7.0 不断通过为高速设计提供各种功能来提高用户生产力，这些功能包括交互式长度调整和 PCB 层片增强等功能。新增的库工具和各种新功能将 Altium Designer 提升成为统一的电子产品开
5、发解决方案。这款最新的更新程序将进一步增强您的能力，让您能够在更短的“设计到制造”周期内生产更为尖端、更具创新性的电子产品。（Altium Designer完全取代了Protel） Altium Designer Summer 08新增汇入Allegro PCB(*.brd)的转文件功能。 Altium Designer 提供了唯一一款统一的应用方案，其综合电子产品一体化开发所需的所有必须技术和功能。Altium Designer 在单一设计环境中集成板级和FPGA系统设计、基于FPGA和分立处理器的嵌入式软件开发以及PCB版图设计、编辑和制造。并集成了现代设计数据管理功能,使得Altium
6、Designer成为电子产品开发的完整解决方案一个既满足当前，也满足未来开发需求的解决方案。 1.2 学习软件的意义由Altium Designer Summer 08的介绍可以看出这一软件的工程非常强大，学习它是我们未来成为优秀电子工程师是必经之路。2. 设计方案简述2.1.设计要求设计、组装、调试方波、三角波、正弦波发生器。输出波形：方波、三角波、正弦波；频率范围 ：在501000Hz范围内可调 ；2.2方波、三角波、正弦波发生器方案2.2.1 方案一原理框图 图2-1 方波、三角波、正弦波、信号发生器的原理框图首先由555定时器组成的多谐振荡器产生方波，然后由积分电路将方波转化为三角波，
7、最后用低通滤波器将方波转化为正弦波，但这样的输出将造成负载的输出正弦波波形变形，因为负载的变动将拉动波形的崎变。2.2.2方案二原理框图 图2-2 正弦波、方波、三角波信号发生器的原理框图RC正弦波振荡电路、电压比较器、积分电路共同组成的正弦波方波三角波函数发生器的设计方法，电路框图如上。先通过RC正弦波振荡电路产生正弦波，再通过电压比较器产生方波，最后通过积分电路形成三角波。此电路具有良好的正弦波和方波信号。但经过积分器电路产生的同步三角波信号，存在难度。原因是积分器电路的积分时间常数是不变的，而随着方波信号频率的改变，积分电路输出的三角波幅度同时改变。若要保持三角波幅度不变，需同时改变积分
8、时间常数的大小。2.2.3 函数发生器的选择方案函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件(如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管)，也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块8038)。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题未采用单片函数发生器模块8038。方案一的电路结构、思路简单，运行时性能稳定且能较好的符合设计要求，且成本低廉、调整方便，关于输出正弦波波形的变形，可以通过可变电阻的调节来调整。而方案二，关于三角波的缺陷，不是能很好的处理，且波形质量不太理想，
9、且频率调节不如方案一简单方便。综上所述，我们选择方案一。 3 详细设计3.1 altium designer summer 08的初始设置1.启动altium designer summer 08；2.建立电路板文件：FileNewprojectpcb project，3.文件名改为“练习”,双击“练习”进入PCB编辑器；4.观察电路板管理器Browse PCB和绘图工作区的下方板层标签，单击板层标签，可以切换到不同板层，注意电路板管理器下方当前板层（current layer）的变化，及对应颜色的变化；5.电路板管理器Browse PCBBrowse/Libraries,添加删除元件库（ad
10、d/remove），放置(component/place)编辑元件(component/edit)；Browse/Nets,用于选择网络，在网络显示区选择一个网络，对其编辑（edit）或放大缩小（zoom）,节点显示区（nods）显示所选网络连接的节点（即原理图中的元件引脚，电路板中的焊盘），可以对节点定位（nods/jump）和编辑(nods/edit)；Browse/Component,用于选择元件，在元件显示区选择一个元件，对其编辑（edit）和定位（jump）, 焊盘显示区（pads）显示所选元件的焊盘（即原理图中的元件引脚），可以对节点定位（pads/jump）和编辑(pads/ed
11、it)；Browse/Net Classes,对网络分类管理；Browse/Components Classes, 对元件分类管理；Browse/Violations,检查PCB上违背规则的错误； 6. 电路板层增减Design/layer stack manager； 7. 选择电路板层，根据实际电路的需要和各板层的作用，选择电路板层，design/options/layers； 8设置栅格大小和测量单位，design/options/ options，栅格意义与原理图中相同；9电路板画图环境设置，tool/preferences（tool/preferences/color/backgro
12、und改变背景颜色）；10手工设置电路板边缘尺寸：130mm*60mm的矩形PCB板用Place/Track，在Keep out layer定义电气外形尺寸，在mechanical layer定义机械外形尺寸（用Edit/Origin或Placement Tools工具上的设原点工具，在左下脚设相对坐标原点）,用标尺标出尺寸；11使用向导定义一个尺寸为130mm*60mm砍去四角的PCB电路板：file/new/wizards；12.练习放置对象及其属性的设定。3.2 altium designer summer 08电路原理图的绘制3.2.1原理图设计过程 一、原理图的设计可按下面过程来完成
13、。1. 设计图纸大小首先要构思好零件图，设计好图纸大小。图纸大小是根据电路图的规模和复杂程度而定的，设置合适的图纸大小是设计好原理图的第一步。 2. 设置altium designer summer 08Schematic设计环境包括设置格点大小和类型，光标类型等等，大多数参数也可以使用系统默认值。 3. 旋转零件用户根据电路图的需要，将零件从零件库里取出放置到图纸上，并对放置零件的序号、零件封装进行定义和设定等工作。 4. 原理图布线利用altium designer summer 08/Schematic提供的各种工具，将图纸上的元件用具有电气意义的导线、符号连接起来，构成一个完整的原理图
14、。 5. 调整线路将初步绘制好的电路图作进一步的调整和修改，使得原理图更加美观。 6. 报表输出通过protel 99 se/Schematic提供的各种报表工具生成各种报表，其中最重要的报表是网络表，通过网络表为后续的电路板设计作准备。 7. 文件保存及打印输出最后的步骤是文件保存及打印输出。 二、原理图的设计流程图如下图3-1所示。 图31原理图设计流程3.2.2 altium designer的操作（1）启动altium designer summer 08，出现以下启动界面，如图12所示。 图32启动界面（2）创建PCB文件夹 图33新建的原理图文件和PCB文件（3）元件库的添加 图3
15、4原理图元件封装库的添加（4）文件的保存 图35文件工程的保存3.2.3 方波发生电路的工作原理 图3-6 由555定时器组成的多谐振荡器用555定时器组成的多谐振荡器如图3所示。接通电源后，电容C2被充电，当电容C2上端电压Vc升到2Vcc/3时使555第3脚V0为低电平，同时555内放电三极管T导通，此时电容C2通过R3、Rp放电，Vc下降。当Vc下降到Vcc/3时，V0翻转为高电平。电容器C2放电所需的时间为tpL= ( R3 +Rp) C2ln (3-1)当放电结束时，T截止，Vcc将通过R1、R3、Rp 向电容器C2充电，Vc由Vcc/3 上升到2Vcc/3所需的时间为tpH= (R
16、1+R3+ Rp) C2ln2=0.7( R1+R3+ Rp) C2 (3-2) 当Vc上升到2Vcc/3时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。电路的工作波形如图4，其震荡频率为 f=1/（tpL+tpH）=1.43/(R1+2R3+2Rp) C2 (3-3) 图3-6 由555定时器组成的多谐振荡器工作波形3.2.4 方波-三角波转换电路的工作原理 图3-7 积分电路产生三角波 RC积分电路是一种应用比较广泛的模拟信号运算电路。在自动控制系统中，常用积分电路作为调节环节。此外，RC积分电路还可以用于延时、定时以及各种波形的产生或变换。由555定时
17、器组成的多谐振荡器输出的方波经C4耦合输出，如图5所示为RC积分电路，再经R与C积分，构成接近三角波。其基本原理是电容的充放电原理。 3.2.5三角波-正弦波转换电路的工作原理 图3-8 三角波产生正弦波原理图原理：采用低通滤波的方法将三角波变换为正弦波。3.2.6总电路图 图3-9 函数发生器总电路图总电路图的原理：555定时器接成多谐振荡器工作形式，C2为定时电容，C2的充电回路是R2R3RPC2；C2的放电回路是C2RPR3IC的7脚(放电管)。由于R3+RPR2，所以充电时间常数与放电时间常数近似相等，由IC的3脚输出的是近似对称方波。按图所示元件参数，其频率为1kHz左右，调节电位器
18、RP可改变振荡器的频率。方波信号经R4、C5积分网络后，输出三角波。三角波再经R5、C6积分网络，输出近似的正弦波。C1是电源滤波电容。发光二极管VD用作电源指示灯。 总电路图的原理：555定时器接成多谐振荡器工作形式，C2为定时电容，C2的充电回路是R2R3RPC2；C2的放电回路是C2RPR3IC的7脚(放电管)。由于R3+RPR2，所以充电时间常数与放电时间常数近似相等，由IC的3脚输出的是近似对称方波。按图所示元件参数，其频率为1kHz左右，调节电位器RP可改变振荡器的频率。方波信号经R4、C5积分网络后，输出三角波。三角波再经R5、C6积分网络，输出近似的正弦波。C1是电源滤波电容。
19、发光二极管VD用作电源指示灯。 3.3 PCB原理图利用altium designer制图软件进行制图。打开altium designer制图软件，创建一个项目：PCB项目，然后在这个PCB项目里创建一个原理图和一个PCB文件。在原理图上，从软件的元件库里调出所需元件，按电路图接好线，可得如图11所示的正弦波、三角波、方波原理图。 图3-10 正弦波、三角波、方波产生原理图3.3.1PCB布线图将altium designer制图软件中的PCB原理图封装，布线。点击软件菜单栏中“设计”按钮，然后点击其下的“update PCB Document.PCB2PcbDoc”按钮，就将PCB原理图封装
20、，布线到创建的PCB文件上，如图3-11所示的PCB布线图。 图3-11 PCB布线图3.3.2PCB板三维图 在PCB布线图的视图中，点击菜单栏中的“查看”按钮，然后点击其下的“显示三维PCB板”按钮，就得到如图3-12所示的PCB板三维图。 图3-12 PCB板三维图3.3.3. PCB板底层布线图在PCB布线图的视图中，点击菜单栏中的“文件”按钮，然后点击其下的“打印预览”按钮，在出现的各图中就有如图3-13所示的PCB板底层布线图。 图3-13 PCB板底层布线图4 设计结果及分析4.1方波波形产生电路的实验结果把电路板的电源接好，将输出端接示波器，进行整体测试、观察。针对其出现的题进
21、行排查校验，使其满足实验要求。可得到实测三角波波形如图4-1所示： 图4-1 实测三角波波形其部分参数如下所示： Vpp=5.86V，Prd=969.6us，Vavg=720mv，Freq=1.03KHZ4.2 方波-三角波转换电路的实验结果实测方波波形如图4-2所示 图4-2 实测方波波形4.3正弦波发生电路的实验结果 由示波器实测正弦波波形图为： 图4-3 实测正弦波波形由图可知波形有一点失真。波形有些失真调节RP可改变幅频、幅值大小。 4.4实验结果分析 输出的各波形的参数范围有些许的偏差，是因为在各原件的参数选择上有些偏差。正弦波稍微有点失真是因为积分电路中充放电的时间不够。5 总结这
22、一月是电子CAD实训，为期一月的实训结束了。实训的目的就是锻炼我们的实际动手能力。因为我们是本科生，要求的是不仅拥有本科生的理论知识，还要拥有我们独特的实践能力，因此这次实训是为了让我们更了解和数量的使用altium designer summer 08这个软件。老师说过；我们学电子CAD不是为了做原理图而是为了做印刷电路板（PCB）。这次实训，老师给我们每人发了几张电路原理图纸。我们的任务就是把这几个电路原理图做出来。还要给元件封装，然后生成每个原理图的PCB图。做电路原理图的最大难题就是找元件，打开软件后，先把一些库加入,例如MiscellaneouDevices.lib和sim.ddb这
23、两个库给添加了进来。这些没有包含所有的元件，为了不用自己去做那些集成芯片元件，我还把motolar、inter、AMD和MDOS等几个公司的元件库给全部加了进来。然后再按P-P键进行查找和放置元件，找一些比如CA3140、8051、8031等芯片，这样就快一些了，还使用E-D键来删除放错和画错的连线，用V-F来显示整个原理图，用pageup和pagedown来放大和缩小，用P-W来防止线的，使用这些会计键可加快原理图的制造速度。创建好原理图稳定，设置图样的属性，然后放好元件和布局，再连好线后，就开始设置每个元件的封装形式了，当然有些元件在放置时就可先设置好封装形式，比如电阻用AXIAL、无级性
24、电容用RAD、级性电容用RB等，发光二级管一般用SIP封装形式，但是加载到中时有错误，因为封装的引脚是和，而发光二极管的引脚是和，所以好修改发光二极管的引脚参数。这些问题是常见的，只有不断的在实际应用中多摸索多发现，就会很容易的解决好的，做好电路原理图，写好标题栏，后再生成元件材料表最后将所有的文件保存，就可以去打印出来了。这次的实训真的是让我受益匪浅，用了一个月的时间来继续学习和提高使用altium designer summer 08这个软件，这也对我们以后考取电子CAD证和在工作岗位上的应用会用很大的帮助的。参考文献参考文献：1. 电子线路CAD实用教程， 潘永雄，西安电子科技大学出版社
25、，2007。2. 模拟电子电路基础 ， 童师白，高等教育出版社，2001。3. 电子线路课程设计指导书，姜邈，高等教育出版社成绩评定表学生姓名： 朱超 学号： 088326111 班级： 08电信 类别合计分值各项分值评分标准实际得分合计得分备注平时完成情况3010按时参加课程设计，无旷课、迟到、早退、违反实验室纪律等情况。10设计方案规范合理，设计目标明确，符合专业培养要求，时间安排得当，技术路线可靠。10按设计任务书的要求完成了全部任务，能完整演示其设计内容，符合要求。报告完成情况3010报告文字通顺，内容翔实，论述充分、完整，立论正确，结构严谨合理，报告整体格式规范。10设计方案合理、可行，论证严谨，逻辑性强；符号统一；图表完备、符合规范要求。10能对整个设计过程进行全面的总结，得出有价值的结论或结果；参考文献数量在3篇以上，格式符合要求，在正文中正确引用。答辩情况4020在规定时间内能就所设计的内容进行阐述，言简意明，重点突出，论点正确，条理清晰。答辩组长： 20在规定时间内能准确、完整、流利地回答教师所提出的问题。总评成绩： 分 指导教师： （签字）日 期： 年 月 日21