电子设计自动化实验研究论文 实验报告.doc

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1、电子设计自动化实验研究论文摘 要Altium Designer 6.0，它是完全一体化电子产品开发系统的一个新版本，也是业界第一款也是唯一一种完整的板级设计解决方案。Altium Designer 是业界首例将设计流程、集成化 PCB 设计、可编程器件（如 FPGA）设计和基于处理器设计的嵌入式软件开发功能整合在一起的产品，一种同时进行PCB和FPGA设计以及嵌入式设计的解决方案，具有将设计方案从概念转变为最终成品所需的全部功能。关键字：Altium Designer、仿真、电子技术目 录摘要. i目录. ii第1章前言第2章电路原理图的绘制与仿真2.1. 了解Altium Designer的

2、界面及基本操作。2.2. 学会使用Altium Designer绘制电路原理图。2.3. 绘制一个555闪光电路的原理图。2.4. 对该电路进行仿真分析。第3章印制电路板的设计和制作3.1.印制电路板设计的一般步骤。3.2. 熟悉印制电路板图设计界面和各种工具的使用。3.3. 绘制印制电路板图3.4. 生成元件清单，根据此清单购买所需的元件。第4章实际电路的制作和调试4.1. 认识元器件。4.2. 焊接电路与通电检测。4.3. 观察并分析电路现象。第5章结论. 致谢. 参考文献.第1章 前言随着现代集成电路技术及其配套的计算机软件技术的快速发展，使得复杂的电路设计简单化。一方面，集成电路把整个

3、电路封装在一个很小的外壳里，所以你只要挑选好合适的集成电路块就行了，不必用晶体管和其它元件来组成工作电路的各个部分。然后你可以把那些集成电路块组合起来构成非常复杂的电路。另一方面，随着EDA软件的大量涌现，过去需要进行的面包板实验和试验电路板的制作也已经被计算机软件仿真逐步取代。在折中考虑软件的仿真能力和印制电路板的绘制的便利性上，本实验将以Altium公司的新一代集成一体化设计软件Altium Designer作为基础进行。我们为同学们提供了一些关于此软件的简单使用的视频讲义和教程，但是对于如此庞大、功能如此强大的一套软件系统来说，这一点材料是远不足够的，所以，还请感兴趣的同学寻找一些额外的

4、资料来阅读和学习。第2章电路原理图的绘制与仿真2.1. 了解Altium Designer的界面及基本操作 （1）单击/开始/程序/Altium Designer Winter09/Altium Designer Winter09 进入主界面。（2）启动进入Altium Designer的主界面后，点击左上角的DXP/Preferences命令。将System/General中的Localization栏中的Use localized resources选项的钩上，可将Altium Designer转换到中文界面。注意：由于这个中文化是不完全的，所以不建议大家使用。（3）执行File/New/

5、Project/PCB Project命令，当弹出选择PCB类型的对话框时，选择PCB类型Protel Pcb。执行File/Save Project As命令将该项目的名称命名为（555flash_学号.PrjPCB），把项目存放在指定的目录中，即D:学号。（4）执行File/New/Schematic，建立电路图文件，之后进入电路图设计主界面。 （5）配合视频讲义，熟悉各窗口、工作条以及任务菜单的名称及用途。（6）配合视频讲义，学习如何在工作平面上放置元件。特别注意电气节点的意义。2.2学会使用Altium Designer绘制电路原理图图1.1所示的是最简单的一种闪光电路。这种电路利用两

6、只发光二极管，时暗时明地闪闪发光。下面我们介绍如何绘制该电路原理图。（1）建立一个空白的原理图文档，将其另存为555flash.SchDoc。（2）点击右侧边栏上的Libraries按钮，弹出元件库对话框，选择Libraries，再选择Installed标签，分别添加Miscellaneous Connectors.IntLib集成库、Miscellaneous Devices.IntLib，以及Simulation目录下的各仿真单元库。（3）在单元库中寻找所需要的元件并放置。（4）按照实验内容1中学会的方法绘制和图1.1相同的电路原理图。所需的元件相关情况请参照表1.1。（5）元件的编号可使

7、用Tools/Annotate，在弹出对话框后点击Update Changes List按钮后确定，再点击Accept Changeds按钮，最后点击Execute Changes按钮即可。提示：电阻的元件名称为RES，意为Resistor的简写。电容的元件名称为CAP。所用到的所有元件均可在以上库中找到。如遇找不到的元件时可使用查找按钮，输入所要查找的元件名称进行查询，如需要查找555集成块，可输入*555*进行查询。表1.1 元件清单元件编号Designator元件型号Part Type元件描述Description封装Footprint库参考名Lib RefC110uPolarized

8、Capacitor (Radial)RB7.6-15Cap Pol1C20.01uCapacitorRAD-0.3CapDS1LED0Typical INFRARED GaAs LEDLED-0LED0DS2LED0Typical INFRARED GaAs LEDLED-0LED0IC10Initial Condition.ICR1500k待添加的隐藏文字内容2PotentiometerVR5RPotR2470ResistorAXIAL-0.3Res1R32.2kResistorAXIAL-0.3Res1R4150ResistorAXIAL-0.3Res1R5150ResistorAXIAL

9、-0.3Res1U1NE555NGeneral-Purpose Single Bipolar TimerDIP8NE555NV16VVoltage SourceVSRC2.3. 绘制一个555闪光电路的原理图。图1.1 实验电路原理图2.4. 对该电路进行仿真分析。为了对前面设计555闪光电路进行仿真，我们需要对电路原理图作一定程度上的修改。（1）双击NE555N或者选中NE555N后点右键选择Properites，在Models for NE555N列表框中点击Add按钮。选择模型类型为“Simulation”，选择模型子种类中的“Spice Subcircuit”，并将Model Name

10、改为555B，Description改为SUBCKT。模型位置使用Full Path，使用实验提供的555B.ckt文件。点击Port Map标签将原理图引脚和模型引脚一一对应，即1对1，2对2，以此类推。（2）双击电阻R1进入属性对话框，编辑Models for R1中的Simulation类型。选择Parameters标签，将其中的Value值改为R1的给定值500K，并将Set Position设为0.99，实际电阻值为（Value Value * Set Position）。（3）按照以上方法，将其他元件的模型参数值一一进行修改为给定值一便进行下一步的仿真。（4）点击Design/Si

11、mulation/Mixed Sim命令打开分析设定对话框。（5）从分析选项列表框中选择Transient/Fourier Analysis（瞬态特性分析/傅里叶分析）选项条。去掉Use Transient Defaults选项前的小勾，设置Transient Start Time为0，Transient Stop Time为1s，Transient Step Time和Transient Maximum Step均为1ms。（6）从可用信号列表中将信号OUT加入到Active信号列表中，并将SimView设定改为Show active signals。OUT信号在仿真结束后将自动显示。点击“

12、确认”进行仿真。（7）如果有错误产生，返回电路原理图进行检查，解决错误后再进行仿真。（8）观察并分析仿真结果，如要显示其他波形可使用位于左侧的SimData对话框，任选一个波形点击加波形到图即可。其中需要说明的是*i和*p分别表示该元件上的电流和功率。如想要察看波形的具体信息可以点击/波形/光标A和光标B后拖动即可，信息将在SimData的测量光标栏中显示。如图1.2所示。第3章印制电路板的设计和制作3.1.印制电路板设计的一般步骤。（1）规划电路板。在绘制电路板之前，用户要对电路板的有一个初步的规划，比如说电路板采用多大的物理尺寸，采用几层电路板，是单面板还是多面板，各元器件采用何种封装及其

13、安放位置等。这是一项极其重要的工作，是确定电路板设计的框架。（2）设置参数。参数的设置是电路板设计的非常重要的步骤。设置参数主要是设置元器件的布置参数、板层参数、布线参数等等。一般来说，有些参数用其默认值即可，有些参数在使用过Altium Designer以后，即第一次设置后，以后几乎无需修改。（3）装入网络表及元件封装。网络表是电路板自动布线的灵魂，也是电路原理图设计系统与印制电路板设计系统的接口。因此这一步也是非常重要的环节。只有将网络表装入之后，才可能完成对电路板的自动布线。元器件的封装就是元器件的外形，对于每个装入的元器件必须有相应的外形封装，才能保证电路板布线的顺利进行。3.2. 熟

14、悉印制电路板图设计界面和各种工具的使用。（1）启动进入Altium Designer得主界面后，进入上次实验使用的项目中。（2）执行/File/New/PCB文件命令，建立一个PCB文件。（3）进入设计界面后，根据视频讲义，熟悉各操作命令的名称和用途3.3. 绘制印制电路板图（1）新建一个PCB文件，采用同前的命名方式555flash.PcbDoc。执行/Design/Board Options命令，系统将弹出PCB板选择项对话框。转到上次实验绘制的电路原理图中，将电路原理图修改或新建如图 2.1所示。图2.1 修改后的实验电路原理图（2）使用Tools/Component Placement

15、/Auto Placer命令，分别使用两种放置方法进行布局并观察结果。最后使用手工调整元件到你觉得合适的位置。图2.2显示的是经过自动布局和手工调整后的一种电路布局方案。图2.2 经调整后的电路布局方案3.4. 生成元件清单，根据此清单购买所需的元件。返回电路原理图，点击Reports/Bill of Material命令，生成一份元件列表清单。根据此清单购买所需要的各种元器件，为下次实验做准备。第4章实际电路的制作和调试4.1. 认识元器件（1）认识各元器件的实际外观、封装。（2）测量几种典型元件的管脚的尺寸并和软件中使用封装进行比较。（3）使用万用表测量各元件，观察元件标称值和实际值之间的

16、误差。4.2. 焊接电路与通电检测（1）根据上两次实验所绘制的实验电路原理图和印制电路板图焊接电路。（2）检查焊接的电路有否存在短路，断路，焊接等可能存在的错误。（3）确认没有错误后，通电检测电路。观察现象是否和设计目标一致。发光二极管是否可以闪动。4.3. 观察并分析电路现象该电路实际上是一个由555构成的多谐振荡电路。该电路的时间参数可由多谐振荡电路公式计算T1=(R1+R2+R3)Cln2, T2=R3Cln2, q=(R1+R2)/(R1+R2+R3)，结合实验一中的仿真方法，比较理论计算值、软件仿真值和实际观察值之间的差别。例如：当R1=0K，R2=470，R3=2.2K时。（1）理

17、论计算值为：T10.0185s T20.0152s T=T1+T2=0.0337s f=1/T29.67Hz（2）仿真波形如图3.1所示。从该仿真波形的测量结果可看出：T10.0186s，T20.0159，T=0.0344s，f=1/T=29.07这个结果和理论计算值是一致的。这种程度的误差在实际电路中完全可以忽略。（3）实际观察值。使用示波器对输出波形进行观察。在R1为0时，T10.020s，T20.017s，T=0.037，f=1/T=27Hz。这个频率略低于理论值和仿真值，这是因为实际的可变电阻器不可能真正将其阻值变为0，此外，从实验内容1中大家可以清楚地认识到所有的元件度不可能精确的达

18、到其标称值，这也就使得实际电路并不可能产生和理论分析同样的结果。图3.1 一个仿真波形图第5章 结论u 使用软件仿真具有以下优点：不需要试验电路板；具有检测电路任一信号的能力；能够将反馈环路拆开；可以方便地修改电路；可在不同温度下对电路进行分析。u 但是计算机仿真也有一些缺点：仿真的结果受到仿真时使用的模型影响；有时由于不收敛而得不到结果；对大电路进行仿真很费时间；无法使用计算机代替人的思维。适当地进行计算机软件仿真可以大大的节省电路设计环节中，验证性能指标和修改电路参数所需的时间，但是也需要注意到仿真软件的局限性和建立试验电路板的不可替代性。任何条件下仿真和现实结果都是有出入的。所以本实验要求我们搭建试验电路板进行最后的分析，最后的实际分析结果与仿真结果基本相似，但存在一定的误差。 参考文献：实验讲义、视屏资料