PROTEUS 课程设计

Cadence Design Systems 是一个专门从事电子设计自动化（EDA）的软件公司，由 SDA Systems 和 ECAD 两家公司于 1988 年兼并而成。是全球最大的电子设计技术 (Electronic Design Technologies)、程序方案服务和设计服务供应商。其解决方案旨在提 升和监控半导体、计算机系统、网络工程和电信设备、消费电子产品以及其它各类型电 子产品的设计。Cadence Allegro 系统互连平台能够跨集成电路、封装和 PCB 协同设计 高性能互连。应用平台的协同设计方法，工程师可以迅速优化 I/O 缓冲器之间和跨集成 电路、封装和 PCB 的系统互联。该方法能避免硬件返工并降低硬件成本和缩短设计周 期。约束驱动的 Allegro 流程包括高级功能用于设计捕捉、信号完整性和物理实现。由 于它还得到 Cadence Encounter 与 Virtuoso 平台的支持，Allegro 协同设计方法使得高效 的设计链协同成为现实。
Proteus 软件是英国 Lab Center Electronics 公司出版的 EDA 工具软件。它不仅具 有其它 EDA 工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真 单片机及外围器件的工具。从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一 键切换到 PCB 设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路 仿真软件、PCB 设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持 8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086 和 MSP430 等， 2010 年又增加了 Cortex 和 DSP 系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编 译方面，它也支持 IAR、Keil 和 MPLAB 等多种编译器。还可以直接在基于原理图的虚 拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚 拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus 建立了完备的电子设计开发环境。用户甚至可以实 时采用诸如 RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分 SPI 器件，部分 IIC 器件。
At first, this paper analyzes the common principle of square wave generator circuit as well as the advantages and disadvantages, followed by the selection of a suitable for design scheme, then using Proteus software of circuit principle diagram and simulation analysis, finally using Cadence software to design the circuit principle diagram and PCB design, completed the design task of the square wave generator. Key words: square wave;Proteus;Cadence;frequency
方案三：利用 555 定时器构成方波发生器。555 定时器成本低，性能可靠，只需要 外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产 生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控 制等方面。555 定时器的内部电路框图如图 2.2 所示。
图 2.2 555 定时器内部电路框图
过电阻和电容充放电进而引起输出电压翻转的，假设初始输出电压为负向饱和，而加于
反向端的电压由于电容器上的电压不能突变，只能由输出电压通过负反馈电阻向电容充
电来建立，当 Vn 愈来愈负，低于 Vp 时，则输出电压立即从负饱和值迅速翻转到正饱
和值，输出电压从正的饱和值翻转到负饱和值同理可得，只不过是 Vn 愈来愈正，高于
1
2 方案论证
方案一：利用施密特触发器，再加上少量的电阻、电容元件，如图 2.1 所示，即迟 滞比较器构成的方波发生器。
图 2.1 迟滞比较器构成的方波发生器
ห้องสมุดไป่ตู้
该发生器具有正反馈和负反馈，其中电路的正反馈系数为 F R2 R1 R2
（1）
在接通电源的瞬间，输出电压究竟是正向饱和还是负向饱和，这是随机的。它是通
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Abstract
Square wave is a kind of non sinusoidal wave, square wave frequency components are abundant, contains a lot of harmonic, frequency, cycle, amplitude, duty cycle and other technical indicators, can produce square wave circuit structure called a square wave generator, square wave generator is often referred to as a multivibrator.
Vp 时可以实现翻转，如此不断循环下去，则可以形成方波输出。
根据一阶 RC 电路的三要素法，输出高电平的时间间隔 T1 RC ln 1 F 1 F
（2）
同理，输出低电平的时间间隔等于输出高电平的时间间隔。则方波的周期为
T T1 T 2 2RC ln 1 F 1 F
（3）
2
方案二：利用 DDS 技术进行方波发生器的设计，芯片选用 AD9850。AD9850 是 AD 公司生产的最高时钟为 125 MHz、采用先进的 CMOS 技术的直接频率合成器，主要 由可编程 DDS 系统、高性能数模变换器（DAC）和高速比较器 3 部分构成，能实现全 数字编程控制的频率合成。AD9850 内含可编程 DDS 系统和高速比较器，可实现全数 字编程控制的频率合成。可编程 DDS 系统的核心是相位累加器，由一个加法器和一个 N 位相位寄存器组成，N 一般为 24～32。每来一个外部参考时钟，相位寄存器便以步 长 M 递加。相位寄存器的输出与相位控制字相加后可输入到正弦查询表地址上。正弦 查询表包含一个正弦波周期的数字幅度信息，每一个地址对应正弦波中 0°～360°范围 的一个相位点。查询表把输入地址的相位信息映射成正弦波幅度信号，然后驱动 DAC 输 出模拟量，再通过内部高速比较器便可形成方波发生器。
该电路进行仿真。 3、查阅至少 5 篇参考文献。按要求撰写设计报告书。全文用 A4 纸打印，图纸应符
合绘图规范。
时间安排：
2015.1.12 做课设具体实施安排和课设报告格式要求说明。
2015.1.12-1.15 学习 Proteus 软件和 Cadence 软件，查阅相关资料，复习所设计内
容的基本理论知识。 2015.1.16-1.20 对方波发生电路进行设计仿真工作，完成课设报告的撰写。 2015.1.21 提交课程设计报告，进行答辩。
利用 555 定时器构成的方波发生器如图 2.3 所示。从电路的连接来讲，也是将 555 定时器接成施密特触发器的结构，即将 2、6 端并联，再与 RC 构成的充放电电路的串
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联点连接，将 7 端接到接到放电点。
图 2.3 555 定时器构成的方波发生器
当电路与电源接通瞬间，C 两端没有存储电荷，两端的电压为零，555 定时器的 2， 6 端输入电压为零，即出现 6 端输入电压小于 2/3Vcc，2 端的输入电压小于 1/3Vcc 的情 况，输出信号为高电平，使 555 定时器内部晶体管截止，电源 Vcc 经 R1、Rv 和 D2 对 C 充电，这种情况一直维持到 C 的两端电压超过 2/3Vcc。当 C 两端的电压超过 2/3Vcc 时，出现 6 端输入电压大于 2/3Vcc，2 端的输入电压大于 1/3Vcc 的情况，输出信号为低 电平，使晶体管导通，电容 C 放电，这种情况一直维持到 C 的两端电压低于 1/3Vcc。 此后又重新回到上述的充电过程，如此周而复始，形成振荡，产生方波脉冲。
4.1 电路原理图设计···········································································9 4.2 PCB 设计·················································································· 10 5 心得体会···························································································13 参考文献····························································································· 14
指导教师签名： 系主任（或责任教师）签名：
年月日 年月日
目录
摘要····································································································· I Abstract································································································ II 1 绪论·································································································· 1 2 方案论证···························································································· 2 3 利用 Proteus 软件进行电路设计及仿真······················································ 5 4 利用 Cadence 软件进行电路设计及 PCB 绘制··············································9
摘要
方波是一种非正弦曲线的波形，方波的频率成分非常丰富，含有大量的谐波，有频 率、周期、幅度、占空比等技术指标，能够产生方波的电路结构称为方波发生器，方波 发生器常称为多谐振荡器。
本文首先分析了常见方波发生电路的原理以及优缺点，紧接着选择了一种适用于设 计任务的方案，然后利用 Proteus 软件进行电路原理图的绘制以及仿真分析，最后利用 Cadence 软件进行了电路原理图设计和 PCB 设计，完成本次方波发生电路的设计任务。 关键字：方波；Proteus；Cadence；频率
课程设计任务书
学生姓名：
专业班级：
指导教师：
工作单位：
题 目: 方波发生电路
初始条件：
计算机、Proteus 软件、Cadence 软件
电子 1102 班 信息工程学院
要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写
等具体要求） 1、课程设计工作量：1.5 周 2、技术要求： （1）学习 Proteus 软件和 Cadence 软件。 （2）设计一个方波发生电路。 （3）利用 Cadence 软件对该电路设计原理图并进行 PCB 制版，用 Proteus 软件对
II
1 绪论
方波是一种非正弦曲线的波形，方波发生器的应用非常广泛，广泛应用于各种电子 电路、信号处理和控制系统中，特别是数字电路，几乎离不开方波。矩形脉冲信号是数 字逻辑电路的工作信号，所有的数字形式都是靠矩形脉冲信号进行传送的，同时在数字 电路中常用矩形脉冲信号时间周期作为定时脉冲和计时脉冲信号。