CAD课程设计调音台.doc

目录1. 电路设计要求11.1 题目的内容和要求12. 电路系统总体设计12.1 电路系统总体设计方案12.2 设计方案的分析与选取12.3 层次原理图的设计12.4 多通道设计23. 电路系统详细设计23.1原理图总图设计23.2 子原理图的设计53.2.1电源电路模块63.2.2 接收器电路系统模块63.2.3信号输入信道系统模块93.2.4信号输出信道与LED电平指示系统模块103.2.5混频器电路系统模块103.2.6监控器电路系统模块103.2.7带通滤波器电路系统模块114.原理图报表的生成114.1 元器件报表的生成114.2 网络表文件的生成124.3元器件交叉报表的生成175.PCB板的设计185.1绘制印制电路板185.2生成PCB报表225.3建立项目元件库226.总结与经验237.参考文献231. 电路设计要求1.1 题目的内容和要求调音台，即音频信号混合控制台，也称调声控制台，它是包括录音、扩声音响系统的控制中心，是声音信号、各警示信号以及监听信号的控制台。调音台可以接受多路不同阻抗、不同电平的输入声源信号，并对这些信号进行放大及处理，然后按不同的音量对信号进行混合、重新分配或编组，产生一路或多路输出。通过调音台还可以对各路输入信号进行监听。设计的调音台电路，带有8个输入通道，2个输出通道。利用多通道设计方法，子图上建立一个输入通道，一个输出通道，就可以完成。2. 电路系统总体设计2.1 电路系统总体设计方案调音台由电源电路模块、接收器电路系统模块、信号输入信道系统模块（8条通道）、信号输出信道与LED电平指示系统模块（2条通道）、混频器电路系统模块、监控器电路系统模块和带通滤波器电路系统模块七个功能模块组成。2.2 设计方案的分析与选取 原理图设计有两种设计思路：一种是在整张图纸上设计出所有电路，由于本设计的元器件较多，该原理图将显得臃肿、庞杂，不便于检测和修改，并且可读性差。另一种方法是采用层次原理图的设计方法完成原理图的设计，即先根据系统的结构，将系统划分成不同功能的子模块，再根据划分，将系统的层次原理图母图画出，然后再将层次原理图母图中各个方块电路符号对应的子原理图分别绘制。逐步细化，最终完成整个系统原理图设计。其特点是可以使很复杂的电路变成相对简单的几个模块，电路结构清晰明了，非常便于检查和日后修改。本设计采用第二种设计方法。2.3 层次原理图的设计本设计采用自顶向下的层次原理图的设计方法，是指由电路方块图生成电路原理图，因此在绘制层次原理图之前，首先要设计出电路方块图，改方法的设计流程如图2-3-1所示。图2-3-1 自顶向下设计流程图2.4 多通道设计所谓多通道设计其实就是对同一个通道（子图）的多次引用。PROTEL DXP支持多通道设计。多通道设计可以大大提高设计效率，节省重复画图和布线的时间。画原理图时，通过Repeat命令复制子图。PCB布线时，通过ROOM格式来复制已有的布线格式。3. 电路系统详细设计3.1原理图总图设计原理图总图包括电源电路模块（图1Power）、接收器电路系统模块（图2Headphone）、信号输入信道系统模块（图3Input channel）、信号输出信道与LED电平指示系统模块（图4Output channel）、混频器电路系统模块（图5Monitor）、监控器电路系统模块（图6Auxilary）和带通滤波器电路系统模块（图7Effects）七个功能模块。总原理图的绘制过程如下：（1） 启动原理图编辑器，并建立层次原理图的文件名。（2） 在绘图工具栏中单击按钮，此时光标将变成十字形状，并带有虚线形式的方块电路，在此状态下，按Tab键，会弹出方块电路属性设置对话框，如图2所示，在“Designator”文本框中输入“AUX”；在“Filemane”中输入“图6-Auxilary.SchDoc”，如图3-1-1所示（3） 属性设置完毕后，选择合适的位置单击鼠标左键，同时向右下角拖动光标，确定方块图的大小后，再单击鼠标左键，即完成电路方块图的放置。（4） 绘制完一个电路方块图后，仍处于放置电路方块图状态，此时按Tab键，在弹出的对话框中可修改下一个方块图属性，用同样的方法完成电源电路模块（图1Power）、接收器电路系统模块（图2Headphone）、混频器电路系统模块（图5Monitor）、带通滤波器电路系统模块（图7Effects）电路方块图的放置。（5）信号输入信道系统模块（8通道）（图3Input channel）；信号输出信道与LED电平指示系统模块（2通道）（图4Output channel）均为多通道电路，需采用多通道设计方法，其操作方法如下：画出需要重复的子图；在顶层原理图里放置这个子图生成的Symbol； 修改这个Symbol的属性，标志符为：Repeat(原理图元件标志符，第一 个通道，最后一个通道)，如Repeat(IN,1,8)，原理图元件标志符应尽量简单，因为当项目被编译时，原理图元件标志符会自动加到各元件名字后面，如 R3->R3_MC1；信号输入信道系统模块的方块电路属性设置对话框如图3-1-2所示。图3-1-1 方块电路属性设置对话框 图3-1-2 多通道方块电路属性设置对话框（6）放置电路方块图的电路端口。执行“PlaceSheet Entry”命令或单击绘图工具栏中的按钮，此时光标将变成十字形状，并带有虚线形式的电路端口符号。在此状态下按Tab键，弹出电路端口符号属性设置对话框，如图3-1-3所示。可在“Name”中输入该端口名称，在“I/O Type”中选择端口的类型。图3-1-3 电路端口属性设置对话框 （6）在顶层原理图中利用电路原理图设计工具栏中的绘制总线工具、绘制导线工具、绘制总线入/出口导线工具、放置网络标号工具建立各方块电路图之间的连接；（7）编译PCB工程。最终完成绘制的总图如3-1-4图所示图3-1-4 调音台电路原理图总图3.2 子原理图的设计执行“DesignCreate Sheet From Symbol”命令，此时光标将变成十字形状，将其移至方块电路图上方，在此状态下单击鼠标左键，将弹出如图3-2-1所示的对话框。若单击按钮，则生成的新原理图中的I/O端口将于方块电路图的端口相反，即输入变为输出，输出变为输入；若单击按钮，则生成的新原理图中的I/O端口将与方块电路的端口相同。接收器电路系统模块（图2Headphone）新产生的原理图如图3-2-2所示。图3-2-1 转换I/O端口方向的对话框 图3-2-2 新产生的原理图3.2.1电源电路模块整个电源模块是由桥式整流电路和滤波电路组成，包括变压器、整流桥和稳压管，电路板工作电压为直流+15伏和-15伏。如图3-2-3所示。图3-2-3 电源电路模块电路图3.2.2 接收器电路系统模块接收器的功能是接受外来信号，再将信号传送到耳机或扬声器。接收电路系统由一级集成运算放大电路和一级功率放大电路组成。首先外来信号通过一个12路的选择器，将所有信号中的某一个频率的信号输入到接收器里，这个信号在通过一个集成运放将信号放大，再传送到耳机或扬声器里。由于在信号放大的过程中可能会产生失真，这样就会使接收器接收到的信号不准确，因此本设计在集成运放后在添加了OCL电路，增大输入阻抗，尽量消除交越失真，以完善其功能。其操作步骤为：装载元器件库。执行“DesignBrowse Library”,将弹出Libraries元器件库面板，单击“Libraries”按钮，弹出“Add Remove Libraries”（添加或删除元器件库）对话框，该对话框中列出了当前加载的所有元器件库文件。单击“Add Libraries”按钮，弹出“Open”对话框，在该对话框中选中想要加载的元器件库，单击“Open”按钮即可加载元器件库。一次完成如图3-2-4所示的元器件库文件的加载。图3-2-4 所需加载的元器件库文件放置元器件。放置元器件之前要先选择元器件，然后将选择的元器件放置在图纸中适当的位置，以便于绘制原理图时连接方便。可以通过查找元器件的方法得到所需要的元器件，然后再将所需的元器件放置在图纸中。通常有两种方法查找元器件。若用户只知道元器件的名称，可以用鼠标左键单击元器件库面板上的“Search”按钮进行查找。若用户知道所需元器件所在的元器件库的名称，则可直接在元器件库面板中进行查找。电阻、电容和多路选择开关都在Miscellaneous Devices.IntLib中，芯片TL071在TI Operational Amplifier.IntLib中，Phonejack在Miscellaneous Connectors.IntLib中，三极管在Motorola Discrete BJT.IntLib中。找到所需的元器件后单击“Place”按钮，该元器件将黏贴在光标上，将它拖到工作区的合适位置，单击鼠标左键即可放置该元器件。编辑元器件。将绘制电路原理图所需的元器件放置到工作区后，下一步工作就是要对其属性进行编辑。元器件属性的编辑主要在“Component Properties”(元器件属性)对话框中实现，可以在元器件的上方双击鼠标左键，即弹出如图3-2-5所示的元器件属性对话框；也可以在元器件的上方单击鼠标左键不放松，该元器件将黏贴在光标上随光标移动，此时按Tab键，也可弹出元器件属性对话框。图3-2-5 元器件属性对话框元器件位置调整。元器件位置调整后如图3-2-6所示。图3-2-6 元器件位置分布图放置电源与接地元器件。放置节点和连接线路。选取布线工具栏中的绘制总线工具、绘制导线工具、绘制总线入/出口导线工具、放置网络标号工具建立各元器件之间的连接，电路图如图3-2-7所示；图3-2-7 接收器电路系统模块电路图3.2.3信号输入信道系统模块信号输入信道系统主要由多级集成运算放大电路组成。通过输入信号，信号先由第一级的集成运算放大器进行信号放大，然后分成两路进行再次放大，第一路通过两个积分放大电路形成的反相放大器将信号进行放大再输出，第二路通过同相放大电路将信号放大再由另一个端口输出，从而实现将声音信号转化为电信号。其电路图如图3-2-8所示。图3-2-8 信号输入信道系统模块电路图3.2.4信号输出信道与LED电平指示系统模块信号输出信道与LED电平指示系统模块由三级集成运算放大电路和显示电路组成，将信号输入信道系统模块输出来的信号进行三级放大，通过一个输入插口，信号通过集成运算放大器LM833N、LM3915N，信号会送到10个LED指示灯，对信号的电平进行指示。其电路图如图3-2-9所示。图3-2-9信号输出信道与LED电平指示系统模块电路图3.2.5混频器电路系统模块监控器电路系统模块由一级电压跟随器和一级集成运算放大电路组成，其中电压跟随器增大了电路的输入阻抗，从而增强了电路的信号抗干扰能力。其电路图如图3-2-10所示图3-2-10 混频器电路系统模块的电路图3.2.6监控器电路系统模块混频器电路系统模块由两级集成运算放大电路组成，通过两个积分放大电路将输出的音乐信号与电子混响后的声音信号混合进行放大。其电路图如图3-2-11所示。图3-2-11监控器电路系统模块电路图3.2.7带通滤波器电路系统模块带通滤波器电路系统是由两级集成运算放大电路组成，其中一级为低通滤波电路，另一级则为高通滤波电路，可以只让一定范围频率的信号通过，而其它频率的信号则不能通过。其电路图如图3-2-12所示。图3-2-12带通滤波器电路系统模块电路图4.原理图报表的生成4.1 元器件报表的生成选择【Reports】菜单中的Bill of materials选择相应的项目本设计选择LibRef、Description、Designator、Footprint、Quantity和Value项，清单的部分内容如表4-1-1所示。 表4-1-1元器件报表部分内容4.2 网络表文件的生成执行【Design】Nelist For Project Protel命令，就可以生成以下网络报表如表4-2-1所示（只列出了其中的一部分）。其中以“”为开始标志，接着是元器件名称、元器件封装形式和元器件注释，以“”结束对元器件属性的描述。C1RAD-0.3CapC2RAD-0.3CapC3RAD-0.3CapC4RAD-0.3CapR11_IN4AXIAL-0.3Res1R11_IN5AXIAL-0.3Res1R11_IN6AXIAL-0.3Res1R11_IN7AXIAL-0.3Res1VR4_IN6VR5RPotVR4_IN7VR5RPotVR4_IN8VR5RPotVR5POT4MM-210k LOGVR6POT4MM-210k LOGVR7_OUT1POT4MM-210kLOGVR7_OUT2POT4MM-210kLOGVR8VR5LOGVR9_IN1VR5RPotVR9_IN2VR5RPotVR9_IN3VR5RPotVR9_IN4VR5RPot VR10_IN3VR5RPotVR10_IN4VR5RPotVR10_IN5VR5RPotVR10_IN6VR5RPotVR10_IN7VR5RPot(NetC8_IN5_1C8_IN5-1C26_IN5-2R40_IN5-1U7_IN5-1)(NetC8_IN5_2C8_IN5-2R4_IN5-1R46_IN5-2)(NetC9_IN5_1C9_IN5-1C33_IN5-2R6_IN5-2R47_IN5-2U9_IN5-6)(NetC9_IN5_2C9_IN5-2R20_IN5-1R21_IN5-1R51_IN5-1VR4_IN5-1)(NetC10_IN5_1C10_IN5-1VR3_IN5-3)表4-2-1 网络报表4.3元器件交叉报表的生成执行ReportComponent Cross Reference即可生成元器件交叉报表，如下表4-3-1所示：表4-3-1 元器件交叉报表5.PCB板的设计5.1绘制印制电路板（1）在与前面电路图的同一个工程项目下，新建并保存一个PCB文件，打开PCB设计界面。（2）规划电路板。点击PlaceKepoutTract然后拉动鼠标绘制出所需电路板大小，必须等到光标变成圆圈时才连接到一起，保存。（3）点击DesignImport Changes From PCB_PROJECT1.PRJPCB后出现对话框如图5-1-1所示，点击Execute Changes之后，如图5-1-2所示，显示正在加载元器件的对话框。图5-1-1 工程网络变化对话框图5-1-2 元器件全部正确的过程网络变化对话框（4）加载网络表和元器件封装后的电路板图如图5-1-3所示，原先所确定的电路板电气边界太小，可通过执行DesignBoard ShapeRedefine Board Shape重新确定电路板电气边界的大小。图5-1-3 加载网络表和元器件封装后的电路板图（5） 手动调整元器件布局并自动布线。执行“EditMoveMove”命令，选中想要移动的元器件，按空格键进行旋转，直至找到自己想要的角度，再单击鼠标左键来放置元器件。为了便于在调试制成的电路板时快速地找到每一个元器件，通常将元器件的标注朝向同一个方向。依次对每个ROOM进行手工布局，使其面积尽量小，且美观。其命令为：Auto RouteRoom，此时光标会变成十字形，单击需要进行布线的Room即可对其进行自动布线。由于信号输入信道系统模块（Input）有8通道，信号输出通道与LED电平指示系统(Output)有2通道故有2块相同的COUT ROOM模块和8块相同的CIN ROOM模块，可先对一块ROOM进行手工调整和自动布线，然后复制ROOM空间格式，命令为:DesignRoomsCopy Rooms Formats，此时光标变成十字型，首先点击源ROOM，然后点击要复制的目标ROOM即可。最后，点击Auto RouteAll将剩下的线布通，如图5-1-4所示：图5-1-4自动布线后的效果(6)调整电路板的边框，放置安装定位孔。放置方法是首先在安装定位孔的位置放置好焊盘，然后修改焊盘的属性。 （7）覆铜。点击PCB设计工具栏中的放置敷铜平面工具，此时会弹出多边形敷铜平面属性设置对话框，如图5-1-5所示，为增强电路板的抗干扰能力，对整个电路板的接地网络进行敷铜，所以Connect to net后的方框应设置为GND，点击“OK”，选中要覆铜的部分即可，分别完成Top Layer覆铜（如图5-1-6所示）和Bottom Layer覆铜（如图5-1-7所示）。图5-1-5 多边形敷铜平面属性设置对话框图5-1-6 Top Layer覆铜（红色）图5-1-7 Bottom Layer覆铜（蓝色）5.2生成PCB报表执行【Reports】Board Information，Netlist Status（网络布线长度）等菜单生成相应的报表，Netlist Status的部分报表如表5-2-1所示： 表5-2-1 PCB报表5.3建立项目元件库执行DesignMake Schematic Library命令，得到PCB元器件如图5-2-2所示。图5-2-2 PCB元器件库6.总结与经验通过本次课程设计，了解了调音台电路的基本原理，同时进一步熟悉了对 Prtol DXP 软件的使用，学会使用Prtol DXP 软件对一个电路系统从原理图到印制电路板整个过程的设计，还懂得了理论知识与实际结合是十分重要的，只有理论知识而不亲自动手来设计只是空谈，身为一个工科生不仅要掌握好理论知识，更重要的是把理论知识用到实际设计中去。学习了多通道设计及其PCB布线的方法，大大提高了设计效率。同时对电子工程产生了浓厚的兴趣，让我受益匪浅。7.参考文献1李小坚 赵山林等编著.Protel DXP电路设计与制版使用教程.第2版.人民邮电出版社.2009年2月.2贺春华编写.电子线路CAD课程设计指导书.广东工业大学材料与能源学院.3 唐俊翟、冯军勤、张曜.Protel DXP应用实例教程M.北京：冶金工业出版社，2004.4 任富民.电子CAD-Protel DXP电路设计M.北京：电子工业出版社，2007.