CAD课程设计调音台电路的ProtelDXP设计.docx
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CAD课程设计调音台电路的ProtelDXP设计
课程设计
课程名称电子线路CAD课程设计
题目名称调音台电路的
ProtelDXP设计
学生姓名馥语甄心
2016年6月3日
广东工业大学课程设计任务书
题目名称
调音台电路的ProtelDXP设计
学生学院
材料与能源学院
专业班级
13微电子
(2)班
姓名
曹兴聪
学号
3113007232
一、课程设计的内容
1.用ProtelDXP建立一PCB工程项目。
2.各基本模块的原理图设计。
3.层次原理图的总原理图设计。
4.生成原理图报表(元器件清单、网络表)。
5.印刷电路板图绘制(设置PCB环境参数,元器件布局规则设置,元器
件布局手工调整;按设计任务书要求完成指定网络的布线宽度设置、其它
布线规则、布线参数设置,自动布线,手工调整布线)。
6.按设计任务书要求对指定网络进行覆铜。
7.建立项目元件库。
二、课程设计的要求与数据
1.按题目要求,每一位学生独立完成设计全过程。
2.采用自底向上的层次原理图设计方法。
三、课程设计应完成的工作
1.层次原理图的总原理图设计。
2.各基本模块的原理图设计。
3.印刷电路板图绘制。
4.设计报告。
四、课程设计进程安排
序号
设计各阶段内容
地点
起止日期
1
讲授设计要求、布置设计题目;电路整体规划
教3-306
5.23上午
2
各基本模块原理图设计,生成原理图报表
宿舍
5.23∽5.26
3
层次原理图的总原理图设计
宿舍
5.27
4
完成元器件布置,印刷电路板绘制,项目元件库的建立
宿舍
5.30∽5.31
5
老师验收
宿舍
6.1∽6.2
6
撰写、完成、提交设计报告和电子版图
宿舍
6.1∽6.3
五、应收集的资料及主要参考文献
[1]王浩全、傅英明、洪华、龙怀冰.ProtelDXP电路设计与制版实用教程[M].北京:
人民邮电出版社,2005.
[2]赵建领.Protel电路设计与制版宝典[M].北京:
电子工业出版社,2007.
[3]唐俊翟、冯军勤、张曜.ProtelDXP应用实例教程[M].北京:
冶金工业出版社,2004.
[4]任富民.电子CAD-ProtelDXP电路设计[M].北京:
电子工业出版社,2007.
发出任务书日期:
2016年5月23日指导教师签名:
贺春华
计划完成日期:
2016年5月23日基层教学单位责任人签章:
主管院长签章:
摘要
这次课设的内容是:
多通道调音器电路的ProtelDXP设计。
设计的调音台电路,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。
整个系统主要由电源电路系统模块、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)、监控器电路系统模块、混频器电路系统模块、带通滤波器电路系统模块这几个部分组成。
本次课程设计设计原理图采用的是自底向上的层次原理图的设计方法,原理图设计完成后,生成原理图报表,再绘制并印刷电路板,最后建立这次设计的项目元件库。
目录
一、多通道调音器电路的基本组成和工作原理1
1.1总体电路的基本组成1
1.2各个模块的基本工作原理1
1.2.1电源电路系统1
1.2.2接收器电路系统模块1
1.2.3信号输入信道系统模块1
1.2.4信号输出信道与LED电平指示系统模块1
1.2.5监控器电路系统模块2
1.2.6混频器电路系统模块2
1.2.7带通滤波器电路系统模块2
二、多通道调音器电路的设计方案与设计步骤2
2.1设计方案2
2.2设计步骤2
2.2.1子原理图的绘制步骤2
2.2.2各功能模块的子原理图2
2.2.3由子原理图生成总原理图的步骤6
2.2.4总原理图6
2.2.5对整个工程文件进行编译和检查7
2.2.6层次原理图之间的切换7
2.2.7生成原理图网络表文件7
三、电路系统的PCB设计10
3.1用向导创建新的PCB10
3.2导入PCB网络表,加载元器件10
3.3元件自动布线规则设定12
3.4元器件标注的调整13
3.5放置焊盘,并修改属性13
3.6覆铜14
3.7生成PCB报表15
3.8建立项目元件库16
四、设计过程遇到的困难及解决方法17
五、心得体会18
六、参考文献18
一、多通道调音器电路的基本组成和工作原理
1.1总体电路的基本组成
整个电路系统由七个功能模块组成:
(1)电源电路系统模块;
(2)接收器电路系统模块;(3)信号输入信道系统模块(8条通道);(4)信号输出信道与LED电平指示系统模块(2条通道);(5)监控器电路系统模块;(6)混频器电路系统模块;(7)带通滤波器电路系统模块。
1.2各个模块的基本工作原理
1.2.1电源电路系统
整个电源模块是由桥式整流电路和滤波电路组成,首先交流电U1通过电源变压器变为合适的交流电U2,然后交流电再通过由四个二极管组成的整流桥,将交流电U2变为脉动的直流电压U3,最后通过滤波电路和稳压电路将脉动的直流电压U3转换为平滑、稳定的直流电压U4,这就是实现了将交流电压转换为直流电压的功能。
1.2.2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。
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。
1.2.3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。
1.2.4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,由LED显示模块显示出是哪个信道的信号输出。
1.2.5监控器电路系统模块
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。
1.2.6混频器电路系统模块
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。
1.2.7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。
二、多通道调音器电路的设计方案与设计步骤
2.1设计方案
本次设计采用自下而上的层次原理图的设计方法,先设计各部分的子原理图,再由各部分子原理图生成各部分的子原理图框图,最后连线,完成层次原理图的总图—方框图。
2.2设计步骤
2.2.1子原理图的绘制步骤
(1)点击文件创建项目PCB项目,新建一个工程项目;
(2)点击文件创建原理图,新建一个原理图,设置原理图图纸;
(3)加载元件库、依次放置各元件、I/0口,更新元件流水号
(4)采用导线进行电气连接,并放置网络标号;
(5)检查原理图,并保存为相应的名称;
(6)重复以上步骤,依次完成7个子原理图的绘制。
2.2.2各功能模块的子原理图
(1)电源电路系统模块,如图
(1)所示
(2)接受器电路系统模块,如图
(2)所示
(3)信号输入信道系统模块,如图(3)所示
(4)信号输出信道与LED电平指示系统模块,如图(4)所示
(5)监控器电路系统模块,如图(5)所示
(6)混频器电路系统模块,如图(6)所示
(7)带通滤波器电路系统模块,如图(7)所示
2.2.3由子原理图生成总原理图的步骤
(1)文件创建原理图,创建一个总原理图;
(2)设计根据图纸建立图纸符号,选择一个子原理图,生成相应的符号框图放置在总原理图合适位置;
(3)重复以上步骤,依次放置7个模块的子原理图符号框图;
(4)绘制导线和总线,完成各部分的电气连接,并放置网络标号。
总原理图里有两个电路模块是多通道的,多通道的设计方法如下:
1.双击击方块电路图,将弹出方块电路图的属性框;
2.修改方块电路图的属性,如图(8)所示,点击完成即可
2.2.4总原理图
最终得到的总原理图如图(9)
2.2.5对整个工程文件进行编译和检查
点击项目管理CompilePCBProject,如果编译后没提示Error,则电路图是正确的,如果出现了Error,则应该检查电路,并予以改正。
编译出现以下“错误”是由于多通道端口的原因,可以忽略,继续进行PCB的布线
2.2.6层次原理图之间的切换
(1)总原理图切换到子原理图
单击工具
,当鼠标变为十字光标时,点击方块电路图,就可以切换到子原理图。
(2)子原理图切换到总原理图
单击
,当鼠标变为十字光标时,点击子原理图的端口,就可以切换到总原理图。
2.2.7生成原理图网络表文件
单击设计设计项目的网络表Protel,即可生成原理图网络表,原理图网络表如下所示(截取部分进行说明):
[
C1元器件序号
RAD-0.3元器件封装形式
]
[
C2元器件序号
RAD-0.3元器件封装形式
]
[
C3
RAD-0.3
]
[
C4
RAD-0.3
]
(
NetC44_1元器件名称
C44-1与该元器件相连的引脚
F1-2(即PCB板上“C44-1”、“F1-2”、“S3-2”的引脚是相连的)
S3-2
)
(
NetC44_2
C44-2
S3-1
T1-1
)
(
NetC45_1
C45-1
D4-2
D6-2
U10-1
)
(
NetC46_2
C46-2
D3-1
D5-1
U11-2
)
(
NetD3_2
D3-2
D4-1
T1-3
)
(
NetD5_2
D5-2
D6-1
T1-5
)
(
NetF1_1
F1-1
J8-1
)
(
三、电路系统的PCB设计
3.1用向导创建新的PCB
在file面板底部的“newfromtemplate”区域内,单击“PCBBoardWizard”选项来创建新的PCB文档。
然后是设置各参数:
选择英制,纸的尺寸选择20000mile*25000mile,信号层2层,电源层0,过孔方式为“thruholevisaonly’,选择过孔元器件、单根导线,然后采用系统默认的最小布线尺寸、最小焊孔外径、最小焊孔内径、最小布线间距,最后完成PCB向导。
3.2导入PCB网络表,加载元器件
(1)点击设计ImportChangesFromProject,就会出先如图(11)所示:
(2)点击“使变化生效”检查有没有错误,然后点击“执行变化”即可加载元器件。
由于自动布局好时太长(约1个小时一次),而且布线的效果也不好,所以本次布线采用手工局方法,主要考虑以下的布局原则:
(1)机械安装:
考虑到方便进出接线,接插件放置在印刷电路板边缘;
(2)电气性能:
相关部分的元件放置在一起,电源部分放在电路板一角,有利于接线。
采用稳压器、电压器等应该留出一定的空间或用散热片加以固定,以解决电路系统的散热问题。
(3)美观紧凑:
元件排列有序、整齐(采用模块化布局),便于焊接;电源和接插件如前面所述放置
(4)在PCB板的四个角放置安装孔,以便于成品电路板的装配。
(5)在能完成布线的前提下,尽量减小PCB板尺寸
在手工布局时候,对于多输入的(8个输入通道、2个输出通道),可以通过以下方法较为高效地布线:
(1)线把一个模块的room的元器件合理放置好位置,拖入pcb板内部
(2)菜单栏“设计”、“room空间”、“复制room空间格式”,当鼠标变成十字光标后,选择那个room,然后选择要修改的room,即可把前面设置好的那个room的布局复制到要修改的room中
(3)用此方法可以完成所有多通道room的布局
手工布局完成后如图(11)
3.3元件自动布线规则设定
在“设计”“规则”,可以对自动布线的规则进行设定,界面如下图(11)
在布线规则中,比较重要的是导线的宽度和安全间距的设置
(1)(电气)规则设定:
clearance里修改“最小间隙”为10mile
(2)布线规则设定:
线宽preferredwidth、maxwidth选择12mile
(3)(工艺)规则设定:
采用系统默认
(4)(阻焊层)规则设定:
采用系统默认
(5)(电源层)规则设定:
采用系统默认
(6)(测试点)规则设定:
采用系统默认
设置完规则后,就开始自动布线。
方法:
“自动布线”、“全部对象”、“routeall”,用双层板的布线规则布线,自动布线完成的图如下
3.4元器件标注的调整
自动布线完成后,电路板上的元件标准显得很混乱,可以通过以下方法对其进行调整。
(通常元件的标注放在元件正中间)
(1)点击“工具”里的“重新注释”,将弹出一个对话框,点击Ok,将生产成一个新的网络表;
(2)点击“设计”里的UpdateSchematicsinProject,将弹出一个对话框,点击yes,就可以更新元器件标注。
然后调整电路板的边框,完成后,放置安装定位孔。
方法是在安装定位孔的位置放置焊盘,然后修改焊盘的属性。
3.5放置焊盘,并修改属性
方法:
(1)点击“放置”里的焊盘,在PCB板的四个角放置四个焊盘;
(2)双击焊盘,将弹出焊盘的属性框,修改焊盘的属性。
3.6覆铜
为增强电路板的抗干扰能力,可对整个电路板的接地网络进行覆铜。
方法如下:
(1)点击“放置”里的覆铜选项,将弹出一个对话框,将对话框里的NetOptions选项改为GND,点击确认即可。
如图(13)所示
(2)对底下的信号层的接地网络进行覆铜,重复步骤
(1)。
3.7生成PCB报表
点击“报告”里的“PCB板信息”、“报告”,就可以生成PCB报表。
PCB报表如下(截取部分)
SpecificationsForPCB3.PcbDoc
On2016/5/30at11:
47:
10
Sizeofboard21.39x24.817inch
Componentsonboard564
LayerRoutePadsTracksFillsArcsText
------------------------------------------------------------------------
TopLayer26226902400
BottomLayer02632000
Mechanical1020302073
Mechanical2032000
TopOverlay0320741431286
Keep-OutLayer04000
DrillDrawing00002
Multi-Layer12350000
------------------------------------------------------------------------
Total14978768281631361
LayerPairVias
----------------------------------------
TopLayer-BottomLayer297
----------------------------------------
Total297
Non-PlatedHoleSizePadsVias
----------------------------------------
----------------------------------------
Total00
3.8建立项目元件库
将本设计的所有元件封装存入一个自己命名的元件库中,单击“设计”“生成PCB库”,即可生成一个元件封装后项目元件库。
四、设计过程遇到的困难及解决方法
1.在元器件放置时,有些元器件不太好找,例如电源模块的那个“conmains”,开始时候没找到,后来通过看插孔(jack)的原理图,看到各引脚标注的名称和书上标注的一样,就明白了这个元件主要是一个3端插孔,分为火线、零线、地线,所以最后就选用了一个插孔来代替。
另外,在放大器的放置过程也有几个放大器是和书本的图不太匹配的,最后老师指导说可以采用类似的代替,所以还是顺利地完成了各个原理图的绘制。
2.绘制完原理图后,编译出现了不少错误,主要是以下几个方面:
(1)网络标号放置的位置有点偏移,导致系统提示网络标号重复。
根据提示把标号位置挪动以下,就正确了;
(2)部分元器件流水号没有标注或者标注重复,导致编译提示错误。
把全部流水号都编好号码,确认无重复后,就正确了;
(3)提示网络标号包含多个输出口。
经过老师指导后,知道这个是多端口的原因,不影响,可以忽略,继续进行后面的布线。
3.在进行PCB布线时,自动布线的效果很不理想。
通过看书本,用向导的方法创建PCB文件,设置PCB的一些相关的参数,再进行自动布线,得到的布局图就好多了。
五、心得体会
本次课程设计的原理图主要应用的是模电的知识,由于模电学习没有学得很扎实,所以借助了网上查阅的一些资料以及书本的知识,才对原理图有了一个比较好的理解,也基本理解了各个模块的基本工作原理和功能。
在设计中遇到了各种的问题,从原理图绘制到编译,遇到的关于元件和一些电气法则错误的问题,在自己的仔细摸索和书本查阅下,大多都解决了。
然后就是PCB板的规划和布线,在最开始布线时候,没有很好的设置好PCB的参数(尺寸、禁止布线层),所以自动布线的效果很不理想。
然后采用了一个新的方法——用向导来创建PCB,再进行布线,这次的自动布线的效果就挺好的,比较美观。
在不断地检查和修整之下,最终完成了总原理图和各个子原理图、PCB板布局图,顺利地完成了多通道调音器电路的设计。
通过这次“多通道调音器电路的ProtelDXP设计”的课程设计,我对ProtelDXP这个软件了解更加深入了,也更加熟练地使用这个软件进行原理图绘制、生成网络表、PCB板规划、自动布线和手动调整、调整元件标注及边框、覆铜、简历项目元件库。
通过一个系统的设计流程,让我对PCB板的设计有了一个更加完整和深刻的认识。
这次的课程设计很有趣,不但巩固了自己的一些电路原理知识,还增强了使用软件进行具体应用的电路原理图、PCB板设计的能力,获益匪浅。
六、参考文献
[1]李小坚、赵山林、冯晓军、龙怀冰.ProtelDXP电路设计与制版实用教程[M].北京:
人民邮电出版社,2009
[2]贺春华、陈先朝、何玉定、魏爱香.课程设计指导书[M].2014
[3]杨婷等.电子CAD职业技能鉴定教程[M].广州:
广东人民出版社,2014
[4]赵建领.Protel电路设计与制版宝典[M].北京:
电子工业出版社,2007.
[5]唐俊翟、冯军勤、张曜.ProtelDXP应用实例教程[M].北京:
冶金工业出版社,2004.
[6]任富民.电子CAD-ProtelDXP电路设计[M].北京:
电子工业出版社,2007.
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