简易数字频率计的设计电路仿真分析与PCB板图绘制.docx

简易数字频率计的设计电路仿真分析与PCB板图绘制.docx

《简易数字频率计的设计电路仿真分析与PCB板图绘制.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《简易数字频率计的设计电路仿真分析与PCB板图绘制.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

简易数字频率计的设计电路仿真分析与PCB板图绘制

毕业设计（论文）

设计（论文）题目简易数字频率计的设计

---电路仿真分析与PCB板图绘制

学院电信工程学院

教学系通信技术系

班级原理图和PCB图我剪了。

要的加QQ

姓名不要图就直接下吧QQ1300400058。

指导教师我花了200买的图。

2012年4月

简易数字频率计的设计—电路仿真分析与PCB板图绘制

摘要

数字频率计是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器。

被测信号可以是正弦波、方波或其它周期性变化的信号。

数字频率计主要由放大整形电路、闸门电路、计数器电路、锁存器、时基电路、逻辑控制、译码显示电路几部分组成。

随着微电子技术和计算机技术的不断发展，信号完整性分析的应用已经成为解决高速系统设计的唯一有效途径。

借助功能强大的Protel99SE仿真软件，利用IBIS模型，对高速信号线进行布局布线前信号完整性仿真分析是一种简单可行的分析方法，可以发现信号完整性问题，根据仿真结果在信号完整性相关问题上做出优化的设计，从而缩短设计周期。

讨论了基Protel99SE仿真软件模型的建立并对仿真结果进行了分析。

研究结果表明在高速电路设计中采用基于信号完整性的仿真设计是可行的,也是必要的。

关键词：

数计频率设计方案优化设计PCB

1绪论

随着信息宽带化和高速化的发展，以前的低速PCB已完全不能满足日益增长信息化发展的需要，人们对通信需求的不断提高，要求信号的传输和处理的速度越来越快，相应的高速PCB的应用也越来越广，设计也越来越复杂。

高速电路有两个方面的含义，一是频率高，通常认为数字电路的频率达到或是超过45MHZ至50MHZ，而且工作在这个频率之上的电路已经占到了整个系统的三分之一，就称为高速电路；二是从信号的上升与下降时间考虑，当信号的上升时小于6倍信号传输延时时即认为信号是高速信号，此时考虑的与信号的具体频率无关．高速PCB的出现将对硬件人员提出更高的要求，仅仅依靠自己的经验去布线，会顾此失彼，造成研发周期过长，浪费财力物力，生产出来的产品不稳定。

高速电路设计在现代电路设计中所占的比例越来越大，设计难度也越来越高，它的解决不仅需要高速器件，更需要设计者的智慧和仔细的工作，必须认真研究分析具体情况，解决存在的高速电路问题．一般说来主要包括三方面的设计：

信号完整性设计、电磁兼容设计、电源完整性设计．

在电子系统与电路全面进入1GHz以上的高速高频设计领域的今天，在实现VLSI芯片、PCB和系统设计功能的前提下具有性能属性的信号完整性问题已经成为电子设计的一个瓶颈。

从广义上讲，信号完整性指的是在高速产品中有互连线引起的所有问题，它主要研究互连线与数字信号的电压电流波形相互作用时其电气特性参数如何影响产品的性能。

传统的设计方法在制作的过程中没有仿真软件来考虑信号完整性问题，产品首次成功是很难的，降低了生产效率。

只有在设计过程中融入信号完整性分析，才能做到产品在上市时间和性能方面占优势。

对于高速PCB设计者来说，熟悉信号完整性问题机理理论知识、熟练掌握信号完整性分析方法、灵活设计信号完整性问题的解决方案是很重要的，因为只有这样才能成为21世纪信息高速化的成功硬件工程师。

信号完整性的研究还是一个不成熟的领域，很多问题只能做定性分析，为此，在设计过程中首先要尽量应用已经成熟的工程经验；其次是要对产品的性能做出预测和评估以及仿真。

在设计过程中可以不断积累分析能力，不断创新解决信号完整性的方法，利用仿真工具可以得到检验。

2数字频率计功能及要求

2.1频率计功能

频率计主要用于测量正弦波、矩形波、三角波和尖脉冲等周期信号的频率值。

其扩展功能可以测量信号的周期和脉冲宽度。

数字频率计的整体结构要求如图所示。

图中被测信号为外部信号，送入测量电路进行处理、测量，档位转换用于选择测试的项目------频率、周期或脉宽，若测量频率则进一步选择档位。

图2-1总体结构图

2.2元器件数量

型号

名称及功能

数量

NE555

定时器

1片

74151

8选1数据选择器

2片

74153

双4选1数据选择器

2片

7404

六反向器

1片

4518

十进制同步加/减计数器

2片

74132

四2输入与非门（有施密特触发器）

1片

74160

十进制同步计数器

3片

C392

数码管

3片

4017

十进制计数器/脉冲分配器

1片

4511

4线－七段所存译码器/驱动器

3片

TL084

1片

10K电位器

1片

电阻电容

拨盘开关

1个

2.3整体电路设计图及原理

2-2测量频率计的原理图

2-3测量周期的原理框图

输入电路：

由于输入的信号可以是正弦波，三角波。

而后面的闸门或计数电路要求被测信号为矩形波，所以需要设计一个整形电路则在测量的时候，首先通过整形电路将正弦波或者三角波转化成矩形波。

在整形之前由于不清楚被测信号的强弱的情况。

所以在通过整形之前通过放大衰减处理。

当输入信号电压幅度较大时，通过输入衰减电路将电压幅度降低。

当输入信号电压幅度较小时，前级输入衰减为零时若不能驱动后面的整形电路，则调节输入放大的增益，时被测信号得以放大。

频率测量：

测量频率的原理框图如图2.2.测量频率共有3个档位。

被测信号经整形后变为脉冲信号（矩形波或者方波），送入闸门电路，等待时基信号的到来。

时基信号有555定时器构成一个较稳定的多谐振荡器，经整形分频后，产生一个标准的时基信号，作为闸门开通的基准时间。

被测信号通过闸门，作为计数器的时钟信号，计数器即开始记录时钟的个数，这样就达到了测量频率的目的。

周期测量：

测量周期的原理框图2.3.测量周期的方法与测量频率的方法相反，即将被测信号经整形、二分频电路后转变为方波信号。

方波信号中的脉冲宽度恰好为被测信号的1个周期。

将方波的脉宽作为闸门导通的时间，在闸门导通的时间里，计数器记录标准时基信号通过闸门的重复周期个数。

计数器累计的结果可以换算出被测信号的周期。

用时间Tx来表示：

Tx=NTs式中：

Tx为被测信号的周期；N为计数器脉冲计数值；Ts为时基信号周期。

3Multisim8电路仿真分析

Multisim8提供的电路仿真分析有:

直流工作点分析交流分析瞬态分析傅里叶分析传输函数分析灵敏度分析直流扫描分析温度扫描分析为用户设计分析电路提供了极大的方便最坏情况分析、蒙特卡罗分析、批处理分析及RF分析等多种分析，分析结果以表格或波形直观地显示出来。

我在此介绍简要介绍几种常用的分析。

3.1直流工作点分析

直流工作点分析（Analysis）直流工作点分析（DCOperatingPointAnalysis）在进行直流工作点分析时，软件将交流电压源视为短路，交流电流源视为开路，电容视为开路，电感视为软件将交流电压源视为短路，交流电流源视为开路，电容视为开路，短路。

进行电路的其它分析时，首先进行直流工作点分析，以便建立小信号模型。

短路。

进行电路的其它分析时，首先进行直流工作点分析，以便建立小信号模型。

具体分析步骤如下

1、创建电路、例如我们要建立如图所示单管放大电路，单击主菜单Options命令大电路，单击主菜单命令下的Preferences项，在弹出的对下的项标签，话框中选择Circuit标签，选中标签Shownodename节点号就显示在节点号就显示在电路图上。

2、分析设置、

点击主菜单的Simulate选项下Analysis\Analysis\DCOperatingPoint”命Analysis\令，弹出Analysis\DCOperatingPointAnalysis对话框如图所Analysis对话框如图所该对话框包括:

示，该对话框包括:

OutputAnalysisSummary共3个标签。

3、进行仿真分析

单击Simulate按按单击钮即可进行分析。

钮即可进行分析。

3.2瞬态分析

瞬态分析（TransientAnalysis）对选定的电路节点进行的时域响应分析。

即观察节点的电压波形。

压波形。

在进行瞬态分析时，直流电源具有恒定的数值，定的数值，交流电源的数值随时间而变化。

瞬态分析的具体步骤如下

点击主菜单的Simulate选项下Analysis\TransientAnalysis”命令，Simulate选项下Analysis弹出TransientAnalysis对话框如图所示，该对话框包括。

Parameters、Output、AnalysisOptions及Summary共4个标签。

除了AnalysisParameters标签Parameters标签外，其余标签页与直流工作点分析的设置一样。

在AnalysisParameters标签页中则包括标签页中则包括如下项目：

1）Initialconditions区：

其功能是设）区置初始条件，包括以下选项：

置初始条件，包括以下选项：

Automaticallydetermineinitialconditions程序自动设置初始值。

初始值设置为0Settozero初始值设置为0。

由用户定义初始值。

Userdefined由用户定义初始值。

CalculateDCoperatingpoint通过计算直流工作点得到的初始值。

Automaticallydetermineinitialconditions自动获得规定的初始值。

Parameters区：

对时间间隔和步长等参数进行设置。

包括：

步长等参数进行设置。

包括：

tarttime：

设置：

分析开始的时间。

Endtime：

设置：

分析结束的时间。

分析结束的时间。

Maximumtimestep：

设置最大。

Generatetimestepsautoma：

由软件自动决：

3.3交流分析

交流分析（ACAnalysis）就是对电路进行交流频率响应分析。

分析时Multisim仿真软件首先对电路进行直流工作点分析，仿真软件首先对电路进行直流工作点分析，以建立电路中非线性元件的交流小信号模型。

以建立电路中非线性元件的交流小信号模型。

然后对电路进行交流分析，并且输入信号源都被认为是正弦波信号。

行交流分析，并且输入信号源都被认为是正弦波信号。

若使用函数信号发生器作为输入信号时，用函数信号发生器作为输入信号时，即使选用三角波或方波信号，也自动将它改为正弦波形输出。

信号，Multisim也自动将它改为正弦波形输出。

首先在Multisim用户界面的电路窗口中，创建用户界面的电路窗口中，首先在用户界面的电路窗口中电路。

的RCL电路。

然后单击Simulate菜单中菜单中Analyses选项下然后单击菜单选项下命令，命令弹出ACAnalysis对话框

该对话框含有4个标签，除FrequencyParameters标签外，其余与直流工作点分析的标签一样，在此不再赘述。

FrequencyParameters标签页主要用于设置AC分析时的频率参数分析时的频率参数。

用于设置分析时的频率参数。

Startfrequency：

设置交流分析的起始频率。

Stopfrequency（FSTOP）：

设置交流分析的终止频率。

Sweeptype：

设置交流分析的扫描方式，主要有：

Decade（十倍：

设置交流分析的扫描方式，主要有：

十倍程扫描）、八倍程扫描）和线性扫描）。

Octave（八倍程扫描和Linear（线性扫描。

通常采用十八倍程扫描线性扫描，以对数方式展现。

倍程扫描选项以对数方式展现。