1、方波三角波仿真设计方波三角波仿真设计1.课程设计目的课程设计是对课程理论和课程实验的综合和补充。 EDA 技术及应用使学生能够学会并利用一种电路分析软件，对电路进行分析、计算和仿真，通过查找资料，选择方案，设计电路，撰写报告，完成一个较完整的设计过程，将抽象的理论知识与实际电路设计联系在一起，使学生在掌握电路基本设计方法的同时，加深对课程知识的理解和综合应用，培养学生综合运用基础理论知识和专业知识解决实际工程设计问题的能力，以及工程意识和创新能力。不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的内容。理论与实际相结合是很重要的， 只有理论知识是远远不够的， 只有把所学的理论知识
2、与实践相结合起来，从理论中得出结论，才是真正的知识， 才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程遇到各种各样的问题，同时在设计的过程中发现自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻， 掌握得不够牢固，通过这次课程设计，把以前所学过的知识重新温故，巩固所学的知识。2设计方案论证2.1 概述将方波进行积分， 可以得到线性度比较好的三角波。因此，将滞回比较器和积分电路适当地连接起来，即可组成方波 三角波放生电路。一个方波 三角波放生电路如图 1 所示。其中集成运放 A 组成滞回比较器， B 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
3、回比较器的同相输入端， 控制滞回比较器输出端的状态发生跳变。 由于采用了由集成运算放大器组成弄鬼的积分器，电容 C 始终处在恒流充放电状态，使三角波和方波的性能得到很大的改善， 不仅能得到线性度较理想的三角波， 而且也便于调节振荡频率和幅度。方波 三角波放生电路如图 1 所示：图 1 方波 三角波原理框图注明： Vo1 是方波输出点、 Vo2 为三角波输出点假设 t=0 时积分电容上的初始电压为零，而滞回比较器的输出端为高电平，即Vo1=+Uz。因集成运放 A 同相输入端的电压 u+同时与 uo1 和 uo 有关，根据叠加定理可得： u+=+ Uz/-Uz 。此时 uo=0，而 uo1=+Uz
4、，故 u+也为高电平。而当 uo1=+Uz 时，经反向积分，输出电压 uo 将随着时间往负方向线性增长，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 uo1 由 +Uz 跳变为 -Uz，此时 u+也将跳变成为一个负值。当 uo1=-Uz 时，积分电路的输出电压 uo 将随着时间往正方向线性增长， u+将随之逐渐增大，当增大至 u+=u-=0 时，滞回比较器的输出端再次发生跳变， uo1 由-Uz 条变为 +Uz。以后重复上述过程， 于是滞回比较器的输出电压 uo1 成为周而复始的方形波， 而积分电路的输出电压 uo 也成为周期性重复的三角波。方波的输
5、出幅度由稳压管Dz 决定，方波经积分后得到三角波， 因此三角波输出幅度为：0R1( Uz )R2U omR2R1 R2R1可解得三角波的输出幅度为 U omR1U zR2如原理图可知：方波和三角波的振荡频率为：4R3CU om 4R1R3CR2TR2，f =U z4R1 R3C3单元电路设计3.1 单元电路结构方波 三角波发生电路主要由滞回比较器和积分电路组成（ 1）滞回比较器图 2 滞回比较器滞回比较器的抗干扰能力强， 滞回比较器又称为施密特触发器。 这种比较器有两个不同的门限电平，故传输特性呈滞回形状。滞回比较器元件的选择如下：集成运放的选择：由于方波的前后沿时间和滞回比较器的转换速率有关
6、， 当方波频率很高或方波前、 后沿要求较高时，应选择高速集成运算放大器来组成滞回比较器分压电阻R1 和R2 的阻值的确定：R1 和 R2 的作用是提供一个随输出方波电压而变化的基准电压， 并由此决定三角波的输出幅度。所以 R1 和 R2 的阻值应根据三角波输出幅度的要求来确定。而且当要求三角波的幅度可以调节时，可以选择用电位器来代替 R1、R2。稳压管的选择：稳压管的作用是限制和确定方波的幅度。 此外，方波幅度和宽度的对称性也与稳压管的对称性有关。为了得到稳定而且对称的方波输出，通常选用高精度双向稳压管。 R3 是稳压管的限流电阻，其值根据稳压管的稳压电流来确定。（ 2）积分电路图 3 积分电
7、路积分电路是一种应用比较广泛的模拟信号运算电路。 它是组成模拟计算机的基本单元，用以实现对微分方程的模拟。 同时，积分电路也是控制和测量系统中常用的重要单元， 利用其充放电过程可以实现延时、定时以及各种波形的产生。积分电路元件的选择如下：积分元件 R 和 C 参数的确定： R 和 C 的值应根据方波和三角波发生器的振荡频率来确定。当分压的电阻 R1 和 R2 的阻值确定后，先选择电容 C 的值，然后确定 R 的值。而且为了减小积分漂移，应尽量将电容 C 的值取大些。但是电容量大的电容漏电也大，所以通常积分电容应不超过 1uF。3.2 选定仪器列表表 1仪器列表结构名称符号标识个数电阻R1、R2
8、、R33 个滞回比较器集成运放A1 个稳压管D1、 D22 个电阻R4、 R52 个积分电路集成运放B1 个电容C1 个4.仿真原理图4.1 用 Protel 软件绘制的仿真原理图仿真原理图如图 4 所示：图 4 用 Protel 软件绘制的仿真原理图4.2 仿真元件列表表 2 仿真元件列表参数元件名称标号说明封装形式所属元件库型号LM324NA集成运算DIP-14/D19.7LTOperationalB放大器Amplifier.IntLibR1、R240KAXIALMiscellaneousRes2R3 R4电阻10K-0.4Devices.IntLibR530K1N5233BD1稳压管DI
9、O7.1-3.9X1.9FSC DiscreteD2Diode.IntLibCapC0.01uRADMiscellaneous电容-0.3Devices.IntLibfVSRCVcc15VVee电源-15V5仿真分析方案5.1 仿真类型及参数本次课程设计重点是观测 Vo1 方波和 Vo2 三角波的波形，所以选择的仿真类型是：瞬态分析瞬态分析主要包括以下特点：它用于求电路的时域响应；在其中可以设置 Start time , End time, Step time,Max step time 等。而且最重要的是它的分析结果是以波形图的形式显示。5.2 仿真分析步骤（1）进入 Protel DXP
10、环境界面，首先安装元件库，常用元件库有 Miscellaneous Devices.IntLib和 Simulation Sources.Intlib，另外还需要安装 FSC Discrete Diode.IntLib,TI OperationalAmplifier 。（ 2）设计仿真原理图，双击仿真元件，设置仿真元件参数。（ 3）设置仿真类型和参数，执行 Design Simulation MixSim 命令，单击如图 5 所示工具栏中的设置仿真分析按钮，打开仿真分析参数设置对话框。图 5 设置参数表（4）保存文件：执行 File Save命令，运行仿真分析，自动进入仿真结果显示环境，观察输
11、出结果。5.3 数据记录表 3数据记录表观察点幅值频率波形Vo16.31V754HzVo26.92V739Hz6仿真结果分析6.1 仿真波形及测量值Vo1 仿真波形及测量值如下：图 6 Vo1 矩形波仿真输出波形图 7 矩形波输出波形频率及幅值Vo2 仿真波形及测量值如下：图 8 Vo2 三角波仿真输出波形图 9 三角波输出波形频率及幅值以下是两波形同步比较：图 10 波形同步比较7印制电路板图7.1 设计步骤（1）在原理图设计界面中检查是否所有元件都设置了正确的封装形式。（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
12、的轮廓线（宽度和高度各为30mil ）。图 11 绘制的 PCB 原理图图 12 印制电路板 3D 显示图 13 布线框架图显示8.设计体会通过这学期对 EDA 技术及应用课程的设计使我对 Protel DXP 这种仿真软件有了进一步的了解， 通过对原理图的绘制与仿真我弄懂了很多以前不懂的知识， 也学到了很多新的知识。让我懂得了 Protel DXP 仿真软件在工作与学习中的重要用途。通过这次课程设计培养了我对 EDA 技术及应用这门课的学习兴趣，同时也提高了我的自己动手的能力，也提高了我与别人的合作能力。同时，通过制作电路板，让我进一步了解了电路板的组成，懂得了制作电路板的大体步骤， 同时丰
13、富了我的知识面。通过这次课程设计的制作，为以后的工作、学习积累了一定的经验，感谢学校我们提供这次课程设计的机会。而且我不但巩固了以前的知识而且还学到了许多教材上没有的知识， 开阔了知识面。 同时也发现自己有很多知道知识都没有学透甚至根本不会。今后我会加倍努力学习学会更多的知识。9参考文献1李方明电子设计及其自动化 M 清华大学出版社， 2008.6： 70742罗杰电子线路 设计及实验 M 北京：电子工业出版社， 2008.4：72 863王英 EDA 技术应用及分析 中国信息导报 2007 年第 2 期4汤山军 .电路设计与 PCB 制作研制 J科学出版社， 2006 年 8 月第 5 期5王强 .电子设计自动化与印制电路板 M 电子工业出版社， 2007.4： 3052
