電子設(shè)計自動化實驗研究論文 實驗報告

1、電子設(shè)計自動化實驗研究論文摘 要altium designer 6.0，它是完全一體化電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)的一個新版本，也是業(yè)界第一款也是唯一一種完整的板級設(shè)計解決方案。altium designer 是業(yè)界首例將設(shè)計流程、集成化 pcb 設(shè)計、可編程器件（如 fpga）設(shè)計和基于處理器設(shè)計的嵌入式軟件開發(fā)功能整合在一起的產(chǎn)品，一種同時進行pcb和fpga設(shè)計以及嵌入式設(shè)計的解決方案，具有將設(shè)計方案從概念轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K成品所需的全部功能。關(guān)鍵字：altium designer、仿真、電子技術(shù)目 錄摘要. i目錄. ii第1章前言第2章電路原理圖的繪制與仿真2.1. 了解altium designer的

2、界面及基本操作。2.2. 學(xué)會使用altium designer繪制電路原理圖。2.3. 繪制一個555閃光電路的原理圖。2.4. 對該電路進行仿真分析。第3章印制電路板的設(shè)計和制作3.1.印制電路板設(shè)計的一般步驟。3.2. 熟悉印制電路板圖設(shè)計界面和各種工具的使用。3.3. 繪制印制電路板圖3.4. 生成元件清單，根據(jù)此清單購買所需的元件。第4章實際電路的制作和調(diào)試4.1. 認識元器件。4.2. 焊接電路與通電檢測。4.3. 觀察并分析電路現(xiàn)象。第5章結(jié)論. 致謝. 參考文獻.第1章 前言隨著現(xiàn)代集成電路技術(shù)及其配套的計算機軟件技術(shù)的快速發(fā)展，使得復(fù)雜的電路設(shè)計簡單化。一方面，集成電路把整個

3、電路封裝在一個很小的外殼里，所以你只要挑選好合適的集成電路塊就行了，不必用晶體管和其它元件來組成工作電路的各個部分。然后你可以把那些集成電路塊組合起來構(gòu)成非常復(fù)雜的電路。另一方面，隨著eda軟件的大量涌現(xiàn)，過去需要進行的面包板實驗和試驗電路板的制作也已經(jīng)被計算機軟件仿真逐步取代。在折中考慮軟件的仿真能力和印制電路板的繪制的便利性上，本實驗將以altium公司的新一代集成一體化設(shè)計軟件altium designer作為基礎(chǔ)進行。我們?yōu)橥瑢W(xué)們提供了一些關(guān)于此軟件的簡單使用的視頻講義和教程，但是對于如此龐大、功能如此強大的一套軟件系統(tǒng)來說，這一點材料是遠不足夠的，所以，還請感興趣的同學(xué)尋找一些額外的

4、資料來閱讀和學(xué)習(xí)。第2章電路原理圖的繪制與仿真2.1. 了解altium designer的界面及基本操作 （1）單擊/開始/程序/altium designer winter09/altium designer winter09 進入主界面。（2）啟動進入altium designer的主界面后，點擊左上角的dxp/preferences命令。將system/general中的localization欄中的use localized resources選項的鉤上，可將altium designer轉(zhuǎn)換到中文界面。注意：由于這個中文化是不完全的，所以不建議大家使用。（3）執(zhí)行file/new/

5、project/pcb project命令，當彈出選擇pcb類型的對話框時，選擇pcb類型protel pcb。執(zhí)行file/save project as命令將該項目的名稱命名為（555flash_學(xué)號.prjpcb），把項目存放在指定的目錄中，即d:學(xué)號。（4）執(zhí)行file/new/schematic，建立電路圖文件，之后進入電路圖設(shè)計主界面。 （5）配合視頻講義，熟悉各窗口、工作條以及任務(wù)菜單的名稱及用途。（6）配合視頻講義，學(xué)習(xí)如何在工作平面上放置元件。特別注意電氣節(jié)點的意義。2.2學(xué)會使用altium designer繪制電路原理圖圖1.1所示的是最簡單的一種閃光電路。這種電路利用兩

6、只發(fā)光二極管，時暗時明地閃閃發(fā)光。下面我們介紹如何繪制該電路原理圖。（1）建立一個空白的原理圖文檔，將其另存為555flash.schdoc。（2）點擊右側(cè)邊欄上的libraries按鈕，彈出元件庫對話框，選擇libraries，再選擇installed標簽，分別添加miscellaneous connectors.intlib集成庫、miscellaneous devices.intlib，以及simulation目錄下的各仿真單元庫。（3）在單元庫中尋找所需要的元件并放置。（4）按照實驗內(nèi)容1中學(xué)會的方法繪制和圖1.1相同的電路原理圖。所需的元件相關(guān)情況請參照表1.1。（5）元件的編號可使

7、用tools/annotate，在彈出對話框后點擊update changes list按鈕后確定，再點擊accept changeds按鈕，最后點擊execute changes按鈕即可。提示：電阻的元件名稱為res，意為resistor的簡寫。電容的元件名稱為cap。所用到的所有元件均可在以上庫中找到。如遇找不到的元件時可使用查找按鈕，輸入所要查找的元件名稱進行查詢，如需要查找555集成塊，可輸入*555*進行查詢。表1.1 元件清單元件編號designator元件型號part type元件描述description封裝footprint庫參考名lib refc110upolarized

8、capacitor (radial)rb7.6-15cap pol1c20.01ucapacitorrad-0.3capds1led0typical infrared gaas ledled-0led0ds2led0typical infrared gaas ledled-0led0ic10initial condition.icr1500kpotentiometervr5rpotr2470resistoraxial-0.3res1r32.2kresistoraxial-0.3res1r4150resistoraxial-0.3res1r5150resistoraxial-0.3res1u1n

9、e555ngeneral-purpose single bipolar timerdip8ne555nv16vvoltage sourcevsrc2.3. 繪制一個555閃光電路的原理圖。圖1.1 實驗電路原理圖2.4. 對該電路進行仿真分析。為了對前面設(shè)計555閃光電路進行仿真，我們需要對電路原理圖作一定程度上的修改。（1）雙擊ne555n或者選中ne555n后點右鍵選擇properites，在models for ne555n列表框中點擊add按鈕。選擇模型類型為“simulation”，選擇模型子種類中的“spice subcircuit”，并將model name改為555b，desc

10、ription改為subckt。模型位置使用full path，使用實驗提供的555b.ckt文件。點擊port map標簽將原理圖引腳和模型引腳一一對應(yīng)，即1對1，2對2，以此類推。（2）雙擊電阻r1進入屬性對話框，編輯models for r1中的simulation類型。選擇parameters標簽，將其中的value值改為r1的給定值500k，并將set position設(shè)為0.99，實際電阻值為（value value * set position）。（3）按照以上方法，將其他元件的模型參數(shù)值一一進行修改為給定值一便進行下一步的仿真。（4）點擊design/simulation/mi

11、xed sim命令打開分析設(shè)定對話框。（5）從分析選項列表框中選擇transient/fourier analysis（瞬態(tài)特性分析/傅里葉分析）選項條。去掉use transient defaults選項前的小勾，設(shè)置transient start time為0，transient stop time為1s，transient step time和transient maximum step均為1ms。（6）從可用信號列表中將信號out加入到active信號列表中，并將simview設(shè)定改為show active signals。out信號在仿真結(jié)束后將自動顯示。點擊“確認”進行仿真。（7）

12、如果有錯誤產(chǎn)生，返回電路原理圖進行檢查，解決錯誤后再進行仿真。（8）觀察并分析仿真結(jié)果，如要顯示其他波形可使用位于左側(cè)的simdata對話框，任選一個波形點擊加波形到圖即可。其中需要說明的是*i和*p分別表示該元件上的電流和功率。如想要察看波形的具體信息可以點擊/波形/光標a和光標b后拖動即可，信息將在simdata的測量光標欄中顯示。如圖1.2所示。第3章印制電路板的設(shè)計和制作3.1.印制電路板設(shè)計的一般步驟。（1）規(guī)劃電路板。在繪制電路板之前，用戶要對電路板的有一個初步的規(guī)劃，比如說電路板采用多大的物理尺寸，采用幾層電路板，是單面板還是多面板，各元器件采用何種封裝及其安放位置等。這是一項極

13、其重要的工作，是確定電路板設(shè)計的框架。（2）設(shè)置參數(shù)。參數(shù)的設(shè)置是電路板設(shè)計的非常重要的步驟。設(shè)置參數(shù)主要是設(shè)置元器件的布置參數(shù)、板層參數(shù)、布線參數(shù)等等。一般來說，有些參數(shù)用其默認值即可，有些參數(shù)在使用過altium designer以后，即第一次設(shè)置后，以后幾乎無需修改。（3）裝入網(wǎng)絡(luò)表及元件封裝。網(wǎng)絡(luò)表是電路板自動布線的靈魂，也是電路原理圖設(shè)計系統(tǒng)與印制電路板設(shè)計系統(tǒng)的接口。因此這一步也是非常重要的環(huán)節(jié)。只有將網(wǎng)絡(luò)表裝入之后，才可能完成對電路板的自動布線。元器件的封裝就是元器件的外形，對于每個裝入的元器件必須有相應(yīng)的外形封裝，才能保證電路板布線的順利進行。3.2. 熟悉印制電路板圖設(shè)計界面

14、和各種工具的使用。（1）啟動進入altium designer得主界面后，進入上次實驗使用的項目中。（2）執(zhí)行/file/new/pcb文件命令，建立一個pcb文件。（3）進入設(shè)計界面后，根據(jù)視頻講義，熟悉各操作命令的名稱和用途3.3. 繪制印制電路板圖（1）新建一個pcb文件，采用同前的命名方式555flash.pcbdoc。執(zhí)行/design/board options命令，系統(tǒng)將彈出pcb板選擇項對話框。轉(zhuǎn)到上次實驗繪制的電路原理圖中，將電路原理圖修改或新建如圖 2.1所示。圖2.1 修改后的實驗電路原理圖（2）使用tools/component placement/auto place

15、r命令，分別使用兩種放置方法進行布局并觀察結(jié)果。最后使用手工調(diào)整元件到你覺得合適的位置。圖2.2顯示的是經(jīng)過自動布局和手工調(diào)整后的一種電路布局方案。圖2.2 經(jīng)調(diào)整后的電路布局方案3.4. 生成元件清單，根據(jù)此清單購買所需的元件。返回電路原理圖，點擊reports/bill of material命令，生成一份元件列表清單。根據(jù)此清單購買所需要的各種元器件，為下次實驗做準備。第4章實際電路的制作和調(diào)試4.1. 認識元器件（1）認識各元器件的實際外觀、封裝。（2）測量幾種典型元件的管腳的尺寸并和軟件中使用封裝進行比較。（3）使用萬用表測量各元件，觀察元件標稱值和實際值之間的誤差。4.2. 焊接電

16、路與通電檢測（1）根據(jù)上兩次實驗所繪制的實驗電路原理圖和印制電路板圖焊接電路。（2）檢查焊接的電路有否存在短路，斷路，焊接等可能存在的錯誤。（3）確認沒有錯誤后，通電檢測電路。觀察現(xiàn)象是否和設(shè)計目標一致。發(fā)光二極管是否可以閃動。4.3. 觀察并分析電路現(xiàn)象該電路實際上是一個由555構(gòu)成的多諧振蕩電路。該電路的時間參數(shù)可由多諧振蕩電路公式計算t1=(r1+r2+r3)cln2, t2=r3cln2, q=(r1+r2)/(r1+r2+r3)，結(jié)合實驗一中的仿真方法，比較理論計算值、軟件仿真值和實際觀察值之間的差別。例如：當r1=0k，r2=470，r3=2.2k時。（1）理論計算值為：t10.0

17、185s t20.0152s t=t1+t2=0.0337s f=1/t29.67hz（2）仿真波形如圖3.1所示。從該仿真波形的測量結(jié)果可看出：t10.0186s，t20.0159，t=0.0344s，f=1/t=29.07這個結(jié)果和理論計算值是一致的。這種程度的誤差在實際電路中完全可以忽略。（3）實際觀察值。使用示波器對輸出波形進行觀察。在r1為0時，t10.020s，t20.017s，t=0.037，f=1/t=27hz。這個頻率略低于理論值和仿真值，這是因為實際的可變電阻器不可能真正將其阻值變?yōu)?，此外，從實驗內(nèi)容1中大家可以清楚地認識到所有的元件度不可能精確的達到其標稱值，這也就使得實際電路并不可能產(chǎn)生和理論分析同樣的結(jié)果。圖3.1 一個仿真波形圖第5章 結(jié)論u 使用軟件仿真具有以下優(yōu)點：不需要試驗電路板；具有檢測電路任一信號的能力；能