Protel应用实践频率计资料.docx
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Protel应用实践频率计资料
学号:
课程设计任务书
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:
Protel99se及以上版本如protelDXP
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18周
2
电路选择与绘制
第18周
3
撰写报告
第19周
4
答辩
第19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
频率计设计
摘要
ProtelTechnology公司推出系列化电子线路设计软件,不仅具有强大的设计功能,而且操作方便灵活,因而受到广大电子设计人员和业余爱好者的欢迎。
本报告以Protel为平台,叙述其在电路原理图和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。
本报告以频率计为例。
科学技术在发展,计算机技术也在发展,protel的以DOS为平台初始阶段,以Windows为平台发展阶段,以集成化开发环境为基础的未成熟阶段,以客户/服务器为体系的最细阶段。
关键词:
Protel99SE;电路设计流程;原理图设计;印刷电路板设计
Abstract
Protelelectroniccircuitseriesbeavercompanynotonlyhasthegreatsoftwaredesign,thedesignandoperationisconvenientandflexible,thustheelectronicdesignpersonnelandamateur.Inthisreport,theplatformofProtelforinthecircuitprinciplediagramandprintingcircuitdesignmethod,andputsforwardtheapplicationofthissoftwareandsolveinthedesignprocessofthecommonproblemsandsolutions.Inthisreport,thefrequencyof,forexample.
Inthedevelopmentofscienceandtechnology,computertechnologyandthedevelopmentoftheplatformwithprotelDOSforinitialstage,withtheWindowsforplatformdevelopmentphase,withintegrateddevelopmentenvironmentfortheimmaturestage,basedonclient/serverforthesystem.
Keywords:
ElectricalCircuitDesign;PROTEL99SE;SchematicCircuitDesign;PrintedCircuitBoardDesign
目录
摘要1
Abstract2
1引言4
2电路原理图的绘制及仿真6
2.1电路原理图的绘制6
2.1.1电路图说明7
2.1.2具体设计步骤7
2.2Protel电路仿真15
2.2.1绘制原理图15
2.2.2电路仿真分析的设置15
2.2.3运行电路仿真16
3PROTELPCB印制板电路的绘制18
3.1创建PCB文件18
3.2规划PCB版并导入网络表18
3.3布局与布线21
4心得和体会25
参考文献26
5元件清单27
1引言
随着计算机的发展,某些特殊类型电路的设计可以通过计算机来完成,但目前能实现完全自动化设计的电路类型不多,大部分情况下要以“人”为主体,借助计算机完成设计任务,这种设计模式称作计算机辅助设计(ComputerAidedDesign,简称CAD)。
EDA技术是计算机在电子工程技术上的一项重要应用,是在电子线路CAD技术基础上发展起来的计算机设计软件系统,它是计算机技术、信息技术和CAM(计算机辅助制造)、CAT(计算机辅助测试)等技术发展的产物。
利用EDA工具,电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统,大量工作可以通过计算机完成,并可以将电子产品从电路设计、性能分析、器件制作到设计印制板的整个过程在计算机上自动处理完成。
人类社会已进入到高度发达的信息化时代,信息社会的发展离不开电子产品的进步。
现代电子产品在性能提高、复杂度增大的同时,价格却一直呈现下降趋势,而且产品更新换代的步伐也越来越快,实现这种进步的主要因素是生产制造技术和电子设计技术的发展。
前者以微细加工技术为代表,目前已进展到亚微米阶段,可以在几平方厘米的芯片上集成数千万个晶体管;后者的核心就是EDA技术,EDA是以计算机为工作平台,融合应用电子技术、计算机技术、智能化技术最新成果而研制成的电子CAD通用软件包,主要能辅助进行三方面的设计工作:
IC设计、电子线路设计和印制板设计。
没有EDA技术的支持,想要完成上述超大规模集成电路的设计制造是不可想象的,反过来,生产制造技术的不断进步又必将对EDA技术提出新的要求。
本报告主要介绍EDA技术中的印制板设计,采用的软件为Protel99SE。
图1
Protel99SE是PROTEL公司在80年代末推出的EDA软件,应用广泛功能强大,是个完整的板级全方位电子设计系统.它包含了电原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计(包含印制电路板自动布线)、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能。
可见Protel99SE不仅在绘制原理图、PCB版布局布线等方面功能更加完善,而且为用户提供功能强大、使用方便的仿真器,它可以对当前所画的电路原理图进行即时仿真,因此在电路的整个设计周期都可以仿真查看和分析其性能指标,以便及时发现设计中存在的问题并加以改正,从而更好的完成电路设计。
下面我们将对Protel99SE做个简介,并介绍其在电力电子仿真中的应用.
一、Protel99SE的系统组成
Protel软件包是90年代初由澳大利亚ProtelTechnology公司研制开发的,应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件,采用设计库管理模式,可以进行联网设计,具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能,是一个32位的设计软件,可以完成原理图、印制板设计、可编程逻辑器件设计和电路仿真等,可以设计32个信号层,16个电源--地层和16个机加工层,公司网址,用户如果需要进行软件升级或获取更详细的资料,可以到上述网站查询。
按照系统功能来划分,Protel99se主要包含以下俩大部分和6个功能模块。
1、电路工程设计部分
(1)电路原理设计部分(AdvancedSchematic99)
(2)印刷电路板设计系统(AdvancedPCB99)(3)自动布线系统(AdvancedRoute99)
2、电路仿真与PLD部分
(1)电路模拟仿真系统(AdvancedSIM99)
(2)可编程逻辑设计系统(AdvancedPLD99)(3)高级信号完整性分析系统(AdvancedIntegrity99)
二、Protel99SE在仿真方面的特点
Protel99se软件中提供了SIM99se数模混合仿真器集成软件可以对许多电子线路进行模拟设计,模拟运行,反复修改。
提供了接近6000各仿真元件和大量的数学模型期间,可以对电工电路,低频电子线路、高频电子线路和脉冲数字电路在一定范围内进行仿真分析。
仿真结果以多种图形方式输出,直观明了,可以单图精细分析,也可以多图综合比较分析、并可通过不同的角度进行分析,以获得对电路设计的准确判断。
Protel99se仿真方面其具有的特点有:
1强大的分析功能
用户可以根据Protel99SE电路仿真器所提供的功能,分析设计电路的各方面性能,如电路的交直流特性、温度漂移、噪声、失真、容差、最坏情况等特性。
2丰富的信号源
其中包括基本信号源:
直流源、正弦源、脉冲源、指数源、单频调频源、分段线性源,同时还提供了齐全的线性和非线性受控源。
3充分的仿真模型库
Protel99SE提供了20多个模拟和数字仿真元件库,共包含6000多个常用元器件。
这些组件库包括了常用二极管、三极管、单结晶体管、变压器,晶闸管、双向晶闸管等分立组件,还有大量的数字器件和其它集成电路器件。
同时Protel99SE提供了一个开放的库维护环境,允许设计者改变原有器件模型,也可创建新器件模型。
4友好的操作界面
(1)无需手工编写电路网表文件。
系统将根据所画电路原理图自动生成网表文件并进行仿真。
(2)通过对话框完成电路分析各参数设置。
(3)方便地观察波形信号。
可同时显示多个波形,也可单独显示某个波形;可对波形进行多次局部放大,也可将两个波形放置于同一单元格内进行显示并分析比较两者的差别。
(4)强大的波形信号后处理,可利用各种数学函数对波形进行各种分析运算并创建一个新的波形。
(5)方便地测量输出波形。
Protel99SE提供了两个测量光标,打开它们可测量波形数据。
2电路原理图的绘制及仿真
2.1电路原理图的绘制
数字频率计是直接用十进制数字来显示被测信号频率的一种测量装置。
它不仅可以测量正弦波,方波,三角波和类似脉冲信号的频率,而且还可以测量它们的周期。
数字频率计在测量其他物理量如转速,振动频率等方面获得广泛应用。
众所周知,所谓“频率”,就是周期性信号在单位时间(1s)内变化的次数。
若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数N,则其频率可表示为
f=N/T(公式2—1)
因此,数字频率计测频率时的原理框图如下。
其中脉冲形成电路的作用是:
将被测信号变成脉冲信号,其重复频率等于被测频率fx。
时间基准信号发生器提供标准的时间脉冲信号,若其周期为1s,则门控电路的输出信号持续时间也准确的等于1s。
闸门电路由标准的秒信号进行控制,当秒信号来到时,闸门开通被测脉冲信号通过闸门送到计数译码显示电路。
秒信号结束时闸门关闭,计数器停止计数。
由于计数器计得的脉冲数N为在1s时间内的累计数,所以被测信号的频率fx=NHz。
2.1.1电路图说明
如图2,为总原理图
图2总原理图
2.1.2具体设计步骤
1.建立工程文件、原理图文件,设置编辑环境
(1)建立工程文件及原理图文件。
选择菜单【File】/【New】,弹出对话框如图3,建立名为“梁晓庆.ddb”的工程文件,如图4所示。
图3设计任务对话框
把MyDesign.ddb改成梁晓庆.ddb,如图4所示,然后点OK就行。
然后进入界面如图5。
图4所创建的工程对话框
图5文档管理界面
然后再悬着菜单【File】/【New】,弹出如图6所示的对话框。
单击“SchematicDocument”,建立名为“频率计.sch”的原理图文件如图7。
图6NewDocument
图7
(2)设置编辑环境。
选择菜单【Design】/【Options…】,弹出“DocumentOptions”对话框,如图8。
注意根据原理图的大小,设置图纸尺寸,一般选择A4。
同时要选择捕捉栅格(SnapGrid)和电气特性(ElectricalGrid)复选框,注意电气栅格的尺寸一定要比捕捉栅格小,而可视栅格可以根据个人的喜好显示或不显示。
画图方向一般都是横向。
图8DocumentOptions
2.添加库元件
点击图7,进入如图9所示界面,在BrowseSch状态下,点击Add/Remove,会弹出对话框如图10所示。
图10ChangeLibraryFileList
选择自己能用到的元件库,点击Add,再点OK,添加元件库成功。
由于Protel元件库中没有电路图中要用的有些元件和插接件。
所以需要自己用其他功能相似的元件代替或者重新设计电路图或者自己重新画相对应的原件。
把所有元件放好后,对元件进行布局,连线。
3.元件布局、绘制原理图
单击“Browse…”按钮寻找需要添加的库元件。
依次添加各个元件。
并分别对元件编号和输入相应的封装号如图11所示。
强调:
选择菜单【Place】/【PowerPort】,进入放置电源端口状态。
按Tab键进入其属性对话框,电源端口类型分为:
Circle,Arrow,Bar,Wave,PowerGround,SignalGround,Earth7种类型。
图11part
元件布局结束后,就可以对器件间的管脚进行电气连接。
选择菜单【Place/Wireless】,或者单击工具栏中的(放置导线)按钮,即可执行连线操作。
4.设计检查
原理图绘制完成之后,还需要对原理图进行编译并对其连接进行检查,检查无误后才能进入PCB班的设计阶段,系统会按照用户的设置及问题的严重性,分别以“Error”(错误)或“Warning”(警告)等信息来提醒用户。
选择【Tools】/【ERC】菜单,弹出对话框如图12,保留默认设置,单击“OK”,进行电气规则设计检查。
检查后会生成与电路图同名、后缀为“ERC”的文件如图13所示,证明没错误。
至此原理图设计完成。
图12SetupElectricalRuleCheck
图13ERC检查结果
5.建立网络表
网络表是原理图与印制电路板之间的一座桥梁,是印制电路板自动布线的依据。
网络表提供了电路的元件清单以及元件之间的互联关系。
使用菜单命令【Design】/【CreateNetlist…】,在弹出的对话框中如图14所示,除了SheettoNetlist选择ActiveSheet外,其余选项均使用默认值。
单击OK即可生成与原理图同名的网络表文件*.net,如图15所示。
图14NetlistCreation
图15网络表
2.2Protel电路仿真
对于“频率计电路”,由于在protel的仿真元件库里,即在sim.ddb里,有些仿真元件没有,不能进行仿真;所以进行新部分仿真。
2.2.1绘制原理图
元件必须选自Sim.ddb,其它所有的元件库都不能用于仿真。
所以首先要在原理图编辑器中载入仿真元件库Sim.ddb。
在电路图上放置仿真元件,并设置元件的仿真参数;放置连线,绘制仿真电路原理图;在仿真电路原理图中添加电源及激励源;设置仿真节点以及电路的初始状态;接着对电力原理图进行ERC检查,如果电路中存在错误,要先纠正错误才能进行仿真。
这些步骤及绘制方法与第四部分电路原理图的绘制内容完全一致,最后绘制的仿真原理图如图16所示。
图14绘制仿真电路原理图
图16仿真原理图
由于开关不能仿真,所以开关所控制的地方用导线代替。
分别连接四次。
2.2.2电路仿真分析的设置
执行菜单命令【Simulation】/【Setup...】,弹出如图17的对话框。
图17仿真分析对话框
在【General】标签中的【SelectAnalysestoRun】栏下,选择仿真分析的方法。
这里选择【OperatingPointAnalysis】(直流工作点分析)和【Transient/FourierAnalysis】(瞬态分析/傅里叶分析)。
在对话框中的【CollectDataFor】下拉表中,有5个不同的数据存储类型。
这里选择“NodeVoltages,SupplyCurrents,DeviceCurrentsandPowers”(存储每个节点的电压、每个供电电源的电流以及每个元件上的电流和功耗)。
接着指定所要显示数据的节点,直接双击【AvailableSignals】列表总需要的节点,就会在【ActiveSignals】列表栏中列出。
2.2.3运行电路仿真
图16在TransientAnalysis仿真波形分析器窗口
仿真器在仿真时需要用到SPICE网络表。
执行菜单命令【Simulate】/【CreateSPICENetlist】生成SPICE网络表文件*.nsx。
在设置好电路原理图和仿真分析的参数后,执行菜单命令【Simulated】/【Run】就可以运行电路仿真了。
仿真结果文档*.sdf将存储在本电路的设计数据库文件中,并在一个新的窗口(仿真波形分析器窗口)中显示,同时还会生成一个“*.cfg”的文件,其内保存有仿真分析参数的设置内容。
非门仿真如图18所示。
图18非门仿真
图194518计数器仿真
图12在OperatingPoint下的显示
图20555多谢震荡仿真
3PROTELPCB印制板电路的绘制
3.1创建PCB文件
同创建sch电路图文件一样,双击进入document,执行菜单命令
/【NEW】,显示如图6,双击即可创建PCB文件弹出界面如图21。
在生成PCB文件之前应保证原理图没有错误,文件生成后将所需要的库文件导入到PCB,否则即使原理图无错误系统也会报错。
图21初建PCB图
3.2规划PCB版并导入网络表
(1)设定工作层面:
执行菜单命令Design/Options后,得到图22所示对话框。
图22Design/Options页面
基本工作层面说明:
信号层(SignalLayers):
用来放置元件、导线等与电气信号有关的电气元素。
对于制作双面板而言,要选中顶层铜膜布线面(TopLayers)和底层铜膜布线面(BottomLayers)。
丝印层(Silkscreen):
用于绘制元件的外形轮廓,元件序号和标注字符等。
一般选中顶层(Topoverlay)即可。
防护层(Mask):
自动生成,不选。
禁止布线层(KeepOutLayer):
用于规定放置元件和布线的区域。
多层面(Multilayer):
用于快速把对象(例如,焊盘和过孔)加入到所有的信号层,选中即可。
其它的选项使用默认设置即可。
(2)规划电气边界:
在禁止布线层(KeepOutlayer)进行。
首先点击相应的层面标签:
然后在此层面上绘制一个区域(一般为方形)。
在*.Sch文件界面下,执行菜单命令Design/UpdatePCB,会出现一个界面,如图23所示。
全部使用默认值。
然后单击按钮
进入UpdateDesign对话框的Changes选项卡,可以发现更新过程是否存在错误。
如果没有错误,单击对话框的按钮Execute即可将本次更新的变动反映的PCB文件中。
图23UpdateDesign
(3)在PCB状态下执行菜单命令【Design】/【Netlist……】,在出现的对话框中点击标签然后选择之前创建好的后缀名为.net的网络表。
若元件封装、原理图均无错误后即可在PCB版上生成元器件。
在网络表文件载入时,常常会出现两种错误:
FootprintNotAvailable(封装元件遗漏)、NodeNotFound(引脚遗漏)。
在加载的时候,应该注意改正错误,得到正确的网络表。
而在此次电路中,因为插接件库元件是自己制作,在PCB的库元件里,没有相应的封装,所以还要自己画封装。
在选择菜单【File】/【New】,出现如上图6的新建文档对话
框里,双击图标,执行菜单【Tools】/【NewComponeent】按创建元件向导绘制封装。
最后得到插接件封装如图24。
图24插接件封装
3.3布局与布线
布线有自动布局和手工布局,也可以两者的结合可以提高效率。
对于制作“频率计电路”的PCB文件,具体如下:
1、原理图界面,点击Design/UpdatePCB得图25。
图25刚生成的PCB
用鼠标将所有的元件选中,并将她们移出所设定的电路板范围。
移动完毕后,取消图件的选中状态。
如图26所示。
图26移动后的PCB
3、PCB选用的TopLayer层,执行菜单命令【AutoPlace…】,在弹出的自动布局设置对话框如图27,设置线的粗细及其它,然后点击OK。
图27AutorouterSetup
然后再手动,首先删除不理想的线,点击Edit/Delete选项,光标变成十字,左击要删除的线。
最后不限完毕PCB如图27所示。
3
图28布线完毕PCB
4、调整电路板的大小,并放置安装孔(即没有网络名称的焊盘),得电路板如图27。
接着要在电路板底层上对“GND”覆铜,即网络名称为“GND”的焊盘要与覆铜完全连接,而不是辐射方式连接。
所以对设计规则进行设置。
执行菜单【Design】/【Rules…】,弹出对话框如图28所示。
单击对话框中的【Manufacturing】标签,在【PolygonConnectionStyle】设置项中对整块电路板进行设置。
接下来放置覆铜。
执行菜单命令【Place】/【PolygonPlane…】,在弹出的对话框中进行设置,单击“OK”。
之后指定放置覆铜区域即可。
接着,在对电路板上的其他走线进行适当地调整。
如加粗电源线等等。
最后得到的电路板如图29。
图29DesignRules
5、布线完毕后,执行菜单命令【Tools】/【DesignRulesCheck…】弹出对话框如图30,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。
图30DesignRuleCheck
4心得和体会
这次课程设计历时一个星期多,本次课程设计与以往不同,更强调对EDA的实用,使我对电子设计自动化有了初步的认识。
我认识到EDA技术在电子设计中以及实际生产应用中的重要性,EDA技术是在电子CAD技术基础上发展起来的计算机软件系统,是以计算机为工作平台,融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果,进行电子产品的自动设计。
利用EDA工具,电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统,大量工作可以通过计算机完成,并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成。
对我而言,此次课程设计的过程中我遇到了许多挫折,如软件使用中的很多问题,但我认为挫折是一份财富,经历是一份拥有。
这次课程设计
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- Protel 应用 实践 频率计 资料