基于AltiumDesigner的电路设计

基于AltiumDesigner的电路设计
基于Altium Designer的电路设计
1 Altium Designer软件介绍 (2)
2使⽤Altium Design设计电路的基本步骤 (2)
3基于ATMEGA 328的总体⽅案设计 (3)
3.1单⽚机控制系统模块 (4)
3.2 LT3469电压控制压电陶瓷模块 (7)
3.3MAX232串⼝信号控制模块 (10)
3.4电路中其他各个部分的简介 (11)
4⾃适应系统印制电路板的设计 (14)
5结论 (15)
1 Altium Designer软件的介绍
澳⼤利亚的Altium公司于2006年初推出了⼀款新型的电路板设计软件——Altium Designer！Altium Designer的前⾝是Protel软件，新推出的这款软件是全新32位的，具有更加强⼤的功能，更加友好的⼈机交互式界⾯，并且容易上⼿，更容易使⽤。

软件设计者可以使⽤该软件设计出更加完美的电路原理图和电路的元器件图。

新推出的Altium Designer相较于Protel具有更⾼的集成度和可扩展性，⼀经推出风靡与设计者间，迅速占领全球的电⼦电路设计⾃动化软件的霸主地位，⽽后成为新⼀代电⼦电路等电⽓化的⾏业标准。

Altium Designer主要有电路设计部分和电路仿真与可编程逻辑器件设计两部分组成，每⼀部分⼜有多个模块组成。

电路设计部分有主要包含原理设计系统和印刷电路板设计系统。

原理设计系统主要⽤于电路原理图的设计，原理图的设计包括原理图库的编辑器和原理图库修改的编辑器，⽽后根据原理图库设计出原理图并导出原理图中所需要的元器件等报表。

印刷电路板设计系统主要⽤于设计元器件库，⽽后根据元器件库对设计印刷电路板的编辑与修改[37]。

2使⽤Altium Design设计电路的基本步骤
在使⽤Altium Designer设计电路是需要遵循下述步骤PCB板设计流程图如图1中所⽰。

1、设计原理图
2、定义组件封装
3、PCB 图纸的基本设置
4、⽣成原理图和电路板之间的⽹表和载⼊原理图和电路板之间的⽹表
5、布线规则设置
6、⾃动布线
7、⼿动布线
8、⽣成报表⽂件
9、档打印输出
图1PCB板设计流程图
3基于ATMEGA 328的总体⽅案设计
AO系统的PCB板是基于ATmega328单⽚机作为主要控制芯⽚的；它通过MAX232EWE(16)芯⽚获取到上位机发出的信号，然后通过ATmega328具备PWM输出功能的管脚来控制LT3469电压芯⽚来控制供给压电陶瓷电压的变化得到上位机所需要的位置变化。

LT3469芯⽚控制压电陶瓷变化之后，通过相机得到的图像后再判断图像是否在相机的正中⼼，如果不在正中⼼继续
控制单⽚机控制LT3469芯⽚来调节压电陶瓷继续变化；如果是在中⼼，则此次控制结束得到想要的图⽚。

在AO系统的⼯作原理中，所需要的芯⽚有ATmega328、LT3469、MAX232、CP2102和TPS5450等芯⽚共同⼯作来完成系统的电路控制。

在此AO系统中的原理图主要分为以下⼏个模块：单⽚机控制系统模块、LT3469电压控制压电陶瓷模块、CP2102串⼝烧写程序模块和MAX232串⼝信号控制模块。

它们之间的关系如下图2所⽰：
图2 AO系统的⼯作原理图
3.1单⽚机控制系统模块
单⽚机控制系统模块的主要功能是获得上位机的控制信号后，通过单⽚机内部的程序使其能够得到相应的控制程序编码，然后通过PWM输出功能的管脚输出信号，校正当前的平⾯反射镀膜反射镜的位置，来校正⼤⽓湍流所带来的误差，使⼊射光到达成像⾯的⾓度能够达到理想的状态；从⽽得到理想的星空图⽚。

其原理如下图3所⽰：
图3单⽚机系统⼯作PCB原理图
3.1.1 ATmega328芯⽚简介
本论⽂的⾃适应系统中单⽚机控制系统模块中使⽤的单⽚机芯⽚为ATmega328。

ATmega328是低功耗8 位CMOS微控制器，其结构是基于增强的A VR RISC ⽽设计出来的。

ATmega328具有先进的指令集，并且其执⾏时间可以达到为单
时钟指令周期。

ATmega328具有较⾼的数据吞吐量，解决了功耗和处理器速度不能兼得的难题。

A VR 内核结构中，集成了⼤量的先进的指令集，并且拥有32个通⽤⼯作寄存器。

A VR 内核中所以的寄存器都直接和算术逻辑单元联接在⼀起，使得⼀条指令在相同的时间内可以访问2倍于之前的设计。

这种设计提⾼的代码编译的效率，并且提⾼了数据的吞吐量。

相较于前⼀代产品，其代码编译速度提⾼⼀倍，数据吞吐量提⾼10倍。

ATmega328有如下特点:
1、系统中可编程Flash扩展到32K，该系统的可编程Flash具有同时都系的能⼒；系统具有1K的EEPROM和2K的SRAM；
2、该系统中具有通⽤I/O⼝32个，通⽤⼯作寄存器也是32个，具有JTAG 接⼝⽤于边界的扫描，以及⽐较灵活的⽚外/内中断，定时器/ 计数器(T/C)以及串⾏接⼝；
3、该单⽚机⽀持⽚内调试与编程，节省了⼤量时间，提⾼了⼯作效率；
4、具有8路10位的ADC，ADC是具有可选差分输⼊级可编程增益；
5、在空闲模式下，CPU停⽌⼯作，⽽USART端⼝，A/D转换器以及中断端⼝等端⼝继续⼯作；
6、在芯⽚掉电时，芯⽚处于掉电模式，这时只有中断端⼝和硬件复位端⼝继续⼯作，其余功能端⼝均停⽌⼯作；
7、当芯⽚处于省电模式时，异步定位器继续⼯作，其余功能模块均停⽌⼯作或者处于休眠状态；
8、当芯⽚处于ADC噪声抑制模式时，终⽌所有可能存在噪声污染的端⼝，除了那些必须⼯作的端⼝如异步定时器和ADC；
9、当芯⽚处于Standby模式时，除了晶振外所有的端⼝都处于休眠状态，但是这个模式时，⼀切端⼝都具有快速启动的能⼒；
10、当芯⽚处于扩展Standby模式时，则只允许振荡器和异步定时器继续⼯作。

ATmega328具有⼀整套的编程与系统开发⼯具。

4.3.1.2 ATmega328芯⽚管脚PWM功能
PWM即脉冲宽度调制，PWM的英⽂全称为“Pulse Width Modulation”；脉冲宽度调制对模拟电路的控制是通过微处理器的数字输出来实现的，是⼀种⾮常⾼
效和有⽤的技术[38]。

如图4所⽰为PWM输出。

图4 PWM输出⽰意图
脉宽调制（PWM）基本原理[39]：控制⽅式就是对逆变电路开关器件的通断进⾏控制，使输出端得到⼀系列幅值相等的脉冲，⽤这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。

也就是在输出波形的半个周期中产⽣多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少。

按⼀定的规则对各脉冲的宽度进⾏调制，即可改变逆变电路输出电压的⼤⼩，也可改变输出频率。

PWM是根据⽅波的占空⽐不同来实现“模拟输出”的⼀种⽅式[40,41]。

PWM 有什么作⽤？
1.模拟量的输出是通过电路的简单滤波来实现的；其模拟量具有真正量的效果；
2.调节灯光的明暗程度，控制电机实现其转速的调节；
3.控制舵机⾓度；
4.输出信号；
Arduino包含硬件和软件两部分，硬件为各种型号的arduino板，软件是由Arduino的核⼼开发团队开发出来的Arduino IDE。

Arduino是⼀款使⽤⽅便快捷，并且容易学的开源的电⼯电⼦平台。

Arduino可以通过以下三种⽅式可以产⽣PWM：
1、⽤Analog Write(pin, Val)命令
2、⼿动⽤代码实现PWM
3、使⽤PWM寄存器
3.1.3 ATmega 328的时钟。